量子化学在药物设计中的应用

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1、量子化学在药物设计中的应用量子化学在药物设计中的应用量子化学发展史量子化学的重要性§1量子化学基础一、薛定谴方程二、分子轨道理论分子轨道理论简介2、单电子波函数的近似3、分子轨道由原子轨道线性组合而成§3、从头算基组basisset常见的基组定义用一些符号表示，极小基组minimalbasisset是Slater型轨道Slatertypeorbitals,STO,每个占据轨道只用一个指数项表示，其形式是STO-nG,n为表示每个原子轨道的Gaussian函数个数，适当表示Slater轨道至少要有3个Gaussian函数，

2、随着n的增加，计算量也在增加。为了回避从头计算方法的复杂运算，发展了若干种近似性更大的分子轨道理论计算方法。在物理模型上，它们都引入可调参数，体系基于Hartree-Fock-Roothaan方程，借用经验或半经验参数代替分了积分，统称为半经验semi-empiricalmethod分子轨道法。Z1ND0/1Z1ND0/1将INDO扩展到过渡金属，用于计算含过渡金属分子的能量与几何优化ZTNDO/SZINDO/S可用于预测紫外可见光谱，不适用于计算儿何优化和分子动力学。§6、QM/MM方法二、量子化学参数与结构一活性关系

3、当分子间以形成电荷迁移络合物方式相互作用时，HOMO能可作为分子给电子能力的量度，而LUMO能则可作为分子接受电子能力的量度，即电子从给体的HOMO迁移到受体的LUMOo一般情况下，除库仑作用外，带正电的酶或受体，主要提供LUMO与配体或药物的HOMO作用；而带负电的酶或受体用其HOMO与配体或药物的LLMO作用如胆碱酯酶应用实例Z-：唾诺酮类化合物的定量结构一抗菌活性关系5、量化参数在定量构效关系硏究中的优势及局限性§2量子化学软件及资源简介ADF软件ADF可以进行单点计算、几何优化、寻找过渡态、计算力常数和热化学性质

4、、跟踪反应路径、研究电子结构、通过比较离子的激发态和基态而获得激发能。新版本的ADF包括了含时密度泛函理论，基组库中包含了1〜118号所有元素，而且对常见元素有不同大小的基组，从最小的到高质量的。DF软件在材料科学和生命科学均有应用，但更侧重于前者，尤其在重元素化学、无机化学、催化领域非常流行。最新版的ADF加入了QM/MM方法，可用于生物大分子体系的研究。二、量子化学资源InternationalJournalofQuantumchemistryJournalofmolecularmodelingJournalofph

5、ysicalchemistryJournalofchemicaltheoryandcomputation（美国化学会2005年推出）JournalofmolecularstructureTheochemReviewsinComputationalChemistry（丛书）JournaloftheoreticalandcomputationnlchemistryTheoreticalchemicalaccountsJournalofcomputationalchemistryGaussian公司的官方网站国际上著名的计算化

6、学列表网站，开通较早，内有大量关于计算化学的邮件列表。北京大学化学系开设的量化计算论坛。厦门大学化学系开设的量化计算论坛国内著名的量子化学论坛国内著名的量子化学论坛几十年来，量子化学发展非常迅速，刚开始只是个别的一些工作，目前已成为物理化学的主要内容之一。不仅如此，量子化学已深入到化学的各个领域，并作为一个强有力的工具广泛应用于物理学、生物学、药学、大气科学、坏境科学、材料科学等诸多学科领域。可以毫不夸张地说，只要一个科学领域有从原子或分子层次进行认知的需要，量子化学都有它的用武之地。随着量子化学理论及方法的不断完善，量

7、子化学计算软件用户界面的不断改进以及计算机性能的提高，量子化学将不再是理论化学家的专有工具，而是广大实验科学家包括药物化学家的必备工具之一。分裂价基来考虑,即对内层轨道用一个Slater轨道來拟合原子轨道，价轨道则用2个Slater轨道来拟合。其中一个Slater轨道称为内轨，另一个称为外轨。由于量子化学从头计算方法耗时，需要大的内存和磁盘空间。虽然随着计算机性能的提升，所能处理的体系越来越大，但还是远无法与计算量正比于电子数的四次方相比。因此从头算目前还只能处理相对简单的分子。为了使量子化学方法能处理更大的体系，人们尝

8、试多种办法来减少计算量。半经验量子化学计算方法即是在这一背景下产生的。由于很多药物分子通常具有较大的分子量，而且药物分子设计中往往要对一系列的体系进行处理，因此半经验量子化学计算仍是该领域一种广泛应用的方法。AM1对MNDO中的核一核排斥函数（CRF）进行了修正从整体和大量研究看，两者互有优势，并不存在其中一种方法明