※ 引述《peter308 (pete)》之铭言： : 各位好 : 我是物理背景的 : 因为我是做奈米粒子的理论研究 : 所以一些分子构型转换 电荷转移,电荷分布的问题也经常会碰到 : 想请教各位 : 类似 : induced dipole model, drude oscillator, fluctuating charge model : 上述用来预测分子电荷转移及其最终电荷分布的理论模型 : 以及在上述模型的基础上添加电荷修正项的理论 比方说CM3 CM5 : 目前在化学领域的发展如何呢? : 是个已经快要饱和的领域 还是发展潜力仍然不错 值得投入研究? : 感谢各位的分享讨论.. 各位好, 我最近花了一些时间把电荷转移这个领域大致上消化了一下 想利用一点篇幅跟大家分享一下自己的心得 也希望台湾有做这部分领域的人可以一起共襄盛举 本文开始: 电荷转移是一个非常重要的现象, 举凡各种化学反应都会和电荷的转移有所关系 另外像水 本身虽然不带电,但因为水是极性份子 所以针对水的可偶极化的模型也非常广泛 这些都能广泛的称之为电荷模型 除了水本身之外, 像是光合作用,氢键, 酵素催化 ,ligand-protein binding, 蛋白质摺叠等等 都会和所谓的库伦静电位能有关系 而怎麽预测这个电荷的分布就变成一个重要的 关键,因为外在环境的变化或是系统本身结构的微扰都会造成库伦作用势的改变 而这些作用是能都会造成化学能的差别 所以, 能够精准预测化学能和解离能 就变成化学研究一个重要的课题 除了能量的部分 在动力学部分更是重要 因为一般模拟化学反应都会牵扯到众多的化学分子 因此大多是采用 分子力学的方式才能加快运算的速度 所以分子力学如果能搭配上一个准确的电荷作用位能项 就可以在时间可允许范围内 有效的预测生化反应 ex: 解离 催化 蛋白质摺叠等等 这些系统在尺度上如果用DFT 都会是无法想像的庞大计算量 但如果能透过分子力学或是半经验势就能帮助加快运算速度2~3数量级 对於分子动力学模拟就会是一个非常强大的武器 此外针对动态系统还有所谓的动态分析dynamical properties 比方说水分子的OH键在不同尺度的自相关联函数分析等等 与有一些文章指出 一个电荷固定的水分子模型(SPC,TIP4P) 如果加上电荷转移项(SPC+fluq, TIP4P+fluq)之後 会预测出有不同的动态曲线 这也表示不同的电荷模型对於其动态行为上是有非常大的影响的 一般熟知的电荷转移模型有下列三种 1. inducible dipole model 2. drude oscillator 3. fluctuating charge model 其中前面两种因为无法描述电荷转移 所以大多用在水分子等偶极矩作用重要的系统 第三种因为包含了电荷转移和偶极矩作用 目前其实已经非常被广泛应用了 像是QEq( Rappe and Goddard), ReaxFF,CHARMMC22, COMB 都是几个比较有名 也在大型计算软体上有被应用的模型 另外像是一个叫做密度泛函紧束缚(DFTB)的理论其实其本质也是一个电荷转移理论 DFTB = Tight binding+charge model 我自己的评估电荷转移未来10几年应该还是会有非常多的经费挹注和发展 因为它能解释化学反应和生化反应 酵素催化作用 蛋白质摺叠 溶剂效应等等 在生医制药方面 能够被应用的领域也非常广 以上 不知道台湾做电荷转移理论的研究学者多吗??? 诺贝尔化学奖得主Warshel 本身就是研究电荷转移理论非常广泛的一个专家 --

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