[發明專利]預測表面活性劑最佳同分異構體結構的分子動力學方法在審

申請號：	202010444966.X	申請日：	2020-05-23
公開（公告）號：	CN111445958A	公開（公告）日：	2020-07-24
發明（設計）人：	高斯萌;谷笛;夏坤;袁瑞霞;姜婷婷;江泓	申請（專利權）人：	東北石油大學
主分類號：	G16C10/00	分類號：	G16C10/00
代理公司：	大慶知文知識產權代理有限公司 23115	代理人：	張海霞
地址：	163318 黑龍江省***	國省代碼：	黑龍江;23
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摘要：
搜索關鍵詞：	預測表面活性劑最佳同分異構結構分子動力學方法
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【說明書】：

本發明公開了一種預測表面活性劑最佳同分異構體結構的分子動力學方法，采用分子動力學模擬直接計算出不同結構的表面活性劑同分異構體的界面張力、界面生成能以及界面厚度，根據此數值結果可以預測出不同結構的表面活性劑的界面性能優劣，從而對目標結構進行評估，以達到快速篩選性能最佳的表面活性劑異構體的目的；通過分析徑向分布函數、配位數、氫鍵數量可以從分子水平闡明表面活性劑的同分異構體對界面性能的影響及其微觀作用機理；解決現有實驗方法對于表面活性劑很難定向合成其中某個結構的同分異構體，且分離不同結構的同分異構體較為困難、實驗周期長的問題。

技術領域

本發明涉及分子動力學模擬研究微觀領域，具體的是一種通過分子動力學模擬對表面活性劑的同分異構體的界面性質進行模擬計算，預測出界面性能最好的異構體結構，進一步對表面活性劑的結構設計和篩選提供有效的預測。

背景技術

表面活性劑分子結構中包含親水和疏水基團，有效吸附于界面，形成自組裝的單分子膜結構以增強界面作用，其在食品加工、制藥和納米材料合成等領域有著廣泛的應用，尤其在三次采油技術中用來提高原油采收率、降低殘余油飽和度。表面活性劑降低表面或界面張力的能力是評估表面活性劑性能的重要依據，表面活性劑的分子結構與其溶液行為及界面性能的關系十分密切。

由于同分異構體結構和性質較為相似，實驗合成方法很難定向合成其中某個結構的同分異構體，且采用實驗方法分離不同結構的同分異構體較為困難，實驗周期長，無法從分子水平闡明表面活性劑的同分異構體對界面性能的影響及其微觀作用機理。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種基于分子動力學模擬預測表面活性劑最佳同分異構體結構的方法，解決現有實驗方法對于表面活性劑很難定向合成其中某個結構的同分異構體，且分離不同結構的同分異構體較為困難、實驗周期長的問題。

該方法能夠單純采用分子動力學模擬直接計算出不同結構的表面活性劑同分異構體的界面張力、界面生成能以及界面厚度，根據此數值結果可以預測出不同結構的表面活性劑的界面性能優劣，從而對目標結構進行評估，以達到快速篩選性能最佳的表面活性劑異構體的目的。通過分析徑向分布函數、配位數、氫鍵數量可以從分子水平闡明表面活性劑的同分異構體對界面性能的影響極其微觀作用機理。

為實現上述發明目的，所述的一種預測表面活性劑最佳同分異構體結構的分子動力學方法，其特征在于，包括：

構建表面活性劑和油的單分子結構模型，以獲得真空條件下所述單分子的最佳構象，作為構建多分子聚集模型的基本分子單元；

建立用于模擬計算的單分子力場信息，以獲得用于有機分子計算的GAFF力場；

構建用于模擬表面活性劑在油水界面性質的所述多分子聚集模型；

對所述多分子聚集模型依次進行能量最小化計算和NVT系綜、 NPT系綜的分子動力學模擬，以獲得模擬體系平衡狀態下的動態聚集結構；

應用所述GAFF力場對所述動態聚集結構進行平衡相的分子動力學模擬計算，獲得平衡狀態的動力學軌跡；

依據所述動力學軌跡，計算所述表面活性劑不同同分異構體結構的界面張力、界面生成能和界面厚度數值，及獲得所述表面活性劑分子與水分子之間的徑向分布函數圖、統計出氫鍵數量、計算所述表面活性劑分子與所述水分子之間的配位數。

優選地，構建所述單分子結構模型的方法是：

使用GaussView軟件，構建油分子和所述表面活性劑的不同同分異構體分子的幾何結構，并保存為.mol2格式的坐標文件；

使用Gaussian軟件，在B3LYP/6-31g*水平上對所述幾何結構進行幾何優化計算。

優選地，建立所述單分子力場信息的方法是：

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