HyperChem

手螺旋及反向；⑤从5’开始按顺序加核酸，如果选择了反向则从3’开始构筑；⑥完成了整个分子的构造后，就把窗口关闭。

图15 核酸构造聚核苷酸

5. Add Counter Ions：在聚核苷酸主链上的每一个磷酸基附近放置一个钠离子，且钠离子

与磷酸基上的每一个氧原子的距离都为1.688?。这些离子只是加在现有的基团上而不是后来的基团。要想除去Na+只能使用Edit／Cut和Clear命令。

6. Mutate：取代那些由数据库或PDB文件构造成的聚核苷酸或多肽上的基因。在Mutate

窗口里列出替代的氨基酸和核苷酸基。在进行变异时，只能选择有主链的基团进行操作。步骤：①打开Select／Residues选项；②点击选择工具图标；③选择要变异的基因；④选择Databases／Mutate命令；⑤在窗口里选择一个新的基团；⑥点击OK。

七、Setup

在这个菜单里的命令选择进行计算的方法。在分子力学、半经验量子化学和从头算量子化学三种计算方法中，只能选择其中一种，选中方法将Compute菜单命令的使用。

1. Molecular Mechanics：将分子力学量子化学设置为当前使用的计算方法。分子力学将分

子结构视为遵循虎克定律的经典力学模型，它把分子处理为一套经典力学势能函数的加和及集合。势能函数主要有键长、键角、扭角及非键作用力（如范德华力、静电吸引力、氢键）。每种分子力学方法都有一套定义原子类型的规则和力学参数。根据需要选择适合的力场进行计算。在设置计算方法的时候，还可以指定计算的条件。步骤：①选择Setup／Molecular Mechanics命令；②在Molecular Mechanics Force Field窗口（如图16所示）里设定分子力学方法，如：MM+、AMBER、BIO+、OPLS；③在Options里设置进行计算的条件；④点击OK。

2. Semi-empirical：将半经验量子化学方法设置为当前使用的计算方法。半经验法计算速

度快，可用来描述原子或分子里电子性质，但计算精确度不够。半经验法作出了许多简化：①只计算价电子，②忽略某些作用力的积分，③使用标准的、非最优化的电子轨道函数使用由实验得出的参数。根据实验得出的参数不但避免了对某些量的计算，还修正了由近似值造成的一些错误。半经验法只适用于那些符合要求且在参数文件储有其相应的参数的原子。步骤：①选择Setup／Semi-empirical命令；②在Semi-empirical Methods窗口中选择使用的方法（如图17所示）；③在Options里设置进行计算的条件；④点击OK。

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图16 分子力学方法选择 图17 半经验量化方法选择

3. Ab Initio：将从头算量子化学方法设置为当前使用的计算方法。在使用本法时，可使用

为分子的s、p、d、sp和spd等层设置的一般基组，也可以使用自己制定的基组。只有当选用分子力学或半经验方法时，系统才会停止使用该法。另外，当储存文件时，相应的基组和计算出的原子电荷会自动加入文件里。激活此选项时会出现一个窗口（如图18所示），窗口里包含下列选项：

(1).

图18 从头算方法的设置

Basis set：为当前的从头算选定使用的基组。该窗口提供以下几种选择：No basis set、Minimal (STO-3G)、Small (3-21G)、Medium (6-31G*)、Large (6-31G**)、Other等。选择No basis set就是不使用任何基组，Other项是选择上述基组之外的其它基组。 Assign Other Basis Set：此项只有当Basis set里的Other被选定时才可使用。点击后会弹出一个窗口，列出其它可选择基组的名。

Extra Basis Function ：点击它会出现一个窗口，可点选窗口里的选项为被选定原子或所有原子加上Extra Basis Function。所谓Extra Basis Functions代表了没有收缩的，处于原始状态下的S、P、D、SP和 SPD壳层。因此，Extra Basis Functions可由壳层类型和Exponent的值准确的定义。为了得到适当的渐近线形态，输入的Exponents的值必须是正值。

Options：点击选项会出现一窗口。通过这一窗口，可对Ab Initio量子化学的计算进行下列设置：Total charge、Spin multiplicity、Convergence limit、Iteration limit、Spin Pairing (UHF、RHF)、Configuration Interaction、Accelerate convergence、Gradient、MP2 correlation energy。点击Configuration Interaction可进行CI的参数设置。

Advanced Options：点击高级选项可以设置Ab Initio算法的速度、精度等高级内容。

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(2). (3).

(4).

(5).

以下为菜单内容：Two-electron Integral Control (Cutoff、Buffer size、Integral format、Direct SCF calculation)、MO Initial Guess、Number of d Orbitals、Ghost-atoms Control。 (6). Apply Basis Set：应用当前选定的Basis set。 4. Periodic Box：将整个分子体系放置于一个充满水分子的Periodic Box里。而该种盒子已

经设置好计算时的边界条件，令分子可以在恒密度的环境里运动。当选择该命令时，HyperChem就会弹出一个关于Periodic Box设置的窗口（如图19所示）。通过该窗口可以设置溶剂的条件，例如盒子的大小以及溶质与水分子之间的最小距离等。当分子处于Periodic Box里时，其体系会发生如下变化：

图19 Periodic Box设置

(1). HyperChem会改变分子体系的方位，使其惯性轴与该盒子对齐非有一平面与屏幕

平行。HyperChem会根据所需水分子的最小量来决定盒子的大小和形状。一般来说，标准盒是一个边长为18.70?的立方体。为了尽量减少分子间的不利影响，可以选择为标准盒大小2~3倍的盒子。另外，HyperChem不接受尺寸大于标准盒3倍（即边长为56.10?）的盒子。

(2). HyperChem会根据选择的盒子大小来决定所加入的水分子数量。而被放置在盒子

边缘的水分子与其它水分子的距离不但要为指定值，而且其氧原子必须位于盒子里。

(3). 溶质分子会保持原始的结构。而溶剂分子的结构则与数据库文件里的TIP3P水分子

相称。

(4). HyperChem会显示盒子里的新分子体系。如果在Display菜单打开了Perspective选

项，则Periodic Box会呈现为三维立体状。可以通过打开或关闭Display／Show Periodic Box选项来决定是否显示Periodic Box，但是不能改变它的边界条件。当关闭显示盒子的外观的选项时，该盒子的边界条件会作为分子体系的一部分继续存在。如果想彻底去除Periodic Box，必须修改包含分子体系信息的HIN文件，将文件里关于盒子的信息删去。Periodic Box的设置步骤如下：①选择Setup／Periodic Box命令；②记录下估计包围溶质所需盒子的最小尺寸（此尺寸只供参考）；③指定将要使用的盒子的尺寸，HyperChem通常会推荐大小是最小尺寸两倍的盒子或边长是18.70?的立方盒子，而实际上使用的盒子尺寸会略小一点；④记录下水分子的最大数目；⑤设置溶剂和溶质间的最小距离，其默认值是2.3，而实际可用范围由1~5；⑥点击OK。

5. Restraints：在进行计算（如几何最优化、分子动力学、Langevin动力学、蒙特卡罗法和

模拟振动等）时，对被选定项加以限制性的设置，不但可以限制范围（单个原子）和原子间距离（两个原子），还可以限制角度（三个原子）和扭角（四个原子）。在进行分子力学、半经验和从头算方法等计算时，Restraints命令会为被选定项加上一个谐波的回

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6.

7.

8.

9.

10.

复力。在计算过程中所加的限制性条件会存储在HIN文件里。步骤如下：①打开Select／Multiple Selections选项；②使用选择工具选定1~4个原子确定需要限定的原子、键长、键角和扭角等；③选择Select／Name Selection命令，并对被选定项进行命名；④选择Setup／Restraints命令；⑤在限制窗口里将选择的名称Add和Remove到限制设置中去；⑥点击OK。

Set Velocity：设置单个原子、单个分子、原子团或分子组的速率。在进行能量不变的分子动力学模拟时，可以指定双分子碰撞时的轨道能量和平移能量。也可以在进行温度不变的分子动力学模拟时，创造一个不平衡（非波尔兹曼）的初始能量分布态。该设置使用起来时比较灵活的。例如：可以通过对分子里每一个原子分别进行设置，而使每个原子的速率不同。与此相反，可以通过对整个分子进行统一设置，而使所有原子的速率相同。在实际操作中，要先选定原子（可以是单个原子或工作窗口上所有原子），然后在Setup菜单里选择此命令。由于速度是一个向量，必须指定它的大小和方向。

Network：建立一个无论是在当地或远程都可运行分子力学、半经验和从头算方法的计算主机。通常情况下，该命令是不可用的。要想激活该命令，需要对注册表进行修改，把注册表里的Networking项的键值改为Yes。

Select Parameter Set：选择适合已选定分子力学方法的力场参数。HyperChem对MM+、AMBER、BIO+和OPLS分子力学方法提供了一个或几个可供选择的Parameter Set（参数组），所谓Parameter Set是指包含有键长、角度、扭角度及静电作用等信息的一类文件。一般来说，每一个分子力学的力学参数值是不相同。另外，每种分子力学还允许使用不止一个力学参数。HyperChem兼容几种标准的参数文件。那些是以TXT为后缀的文本文件或以DBF为后缀的数据库文件。HyperChem直接使用的是一种以PAR为后缀编译过的二进制文件。PAR文件包含了所有TXT或DBF等参数文件的信息。

Compile Parameter Set：将文本文件或数据库文件合并起来并编译为进行分子力学计算使用到的二进制参数文件。这些二进制文件以PAR为后缀，并可在Setup／Select Parameter Set窗口里进行选择。如果想在参数源文件里增加自己的力学参数，必须使用此命令。HyperChem只允许将文本文件（TXT文件）或数据库型文件（DBF文件）编译成PAR文件。虽然每一种分子力学方法都使用不同的PAR文件，但是可以为每种分子力学方法选择不止一个的未编译参数文件（如文本文件TXT和数据库文件DBF）。可以使用文本编辑器或dBase来创造或修改这些文件。

Reaction Map：使用该命令可确定原子在反应物和产物里的映像。因此，在使用从头算方法或半经验方法（扩展休克尔除外）时，HyperChem可以查找在反应物和产物之间的任何过渡态。

八、Compute

这个菜单里的命令是根据在Setup菜单里选定的计算方法和设置的选项进行化学计算。如果要停止计算可选择菜单条上的Cancel命令。如果要储存计算结果，要在计算前选择File／Start Log选项。 1. Single Point：单点计算，计算整个分子体系或被选定项的总能量。计算出来的能量 (kcal

／mol) 要显示在状态档上。另外，由半经验或从头算方法计算得到的分子对称性信息也会显示在状态档上。该斜率是所有原子之间作用力的值的平方根，它代表里分子总能量在分子在x、y、z轴上发生位移时的变化速率。如果已经指定使用半经验方法或从头算方法进行计算，此命令还会测定电子和正电荷的分布。可以通过点选Compute／Plot Molecular Properties选项将计算结果绘制有关电子性质图形。另外，还可以通过点选Compute／Orbitals项对分子轨道进行研究和绘图。

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