分子力学法
より精度を追求した分子力場では、例えば結合距離が伸びたときには二面角によるエネルギーを補正するというような、2種類以上の構造を表す変数を含む交差項とよばれる項が導入されている。
代表的な分子力場の種類としては以下のようなものが挙げられる。それぞれターゲットとしている用途や分子に特色がある。
MM2、MM3、MM4 (Molecular Mechanics program 2 or 3 or 4)
MMFF94 (Merck Molecular Force Field 94)
AMBER (Assisted Model Building and Energy Refinement)
CHARMM (Chemistry at HARvard Macromolecular Mechanics)
分子力学法においては分子力場から受ける力に従って原子の空間的な配置を移動させていくことで、よりエネルギーの低い配座に変化させていき、最終的には停留点として安定配座を求めることができる。単純なソフトウェアでは初期に入力した立体配座に近い安定配座の1つが求まるのみであるが、より高機能なソフトウェアでは複数の初期配座を自動的に発生させて、複数の安定配座を求められるものもある。
通常の分子力学法は静止した分子を扱うのに対し、分子動力学法は分子やその集団の運動を扱う。分子動力学法の中でも分子内あるいは分子間に働く力を記述するために分子力学法が利用されている。
表示
編集
このポテンシャルエネルギーによる力の場を分子力場というため、分子力場計算ともいう。
分子力学法での分子のイメージは原子を球として、その球をその両端の原子の種類によって強さが決まったばねで結びつけたような感じである。それぞれのばねが引きのばされたり押し縮められたりして、すべてのばねのポテンシャルエネルギーの合計が最も小さくなったところで、その分子の持つエネルギーと立体配座が決まることになる。
分子力学法は計算量が量子化学的手法に比べて少ないため、原子数の多い分子においても容易に計算結果が得られるという利点がある。しかし、原子の種類や結合様式が異なるごとに別のポテンシャルエネルギーの式を使わなければならないため、前もって準備しておくパラメータの数が非常に多くなってしまうという欠点がある。
単純な分子力学法においては分子の持つポテンシャルエネルギーEは
E = ∑ E d + ∑ E a + ∑ E t + ∑ E n {\displaystyle E=\sum E_{d}+\sum E_{a}+\sum E_{t}+\sum E_{n}}
Edは直接結合している2原子間の結合距離によるポテンシャルエネルギー
Eaは直接結合している3原子間の結合角によるポテンシャルエネルギー
Etは直接結合している4原子間の二面角によるポテンシャルエネルギー
Enは直接結合していない2原子が空間的に接近することによるポテンシャルエネルギー
と表される。
Edは結合の伸縮によって生じるポテンシャルエネルギーを表す。