[发明专利]预测表面活性剂最佳同分异构体结构的分子动力学方法

说明书

本发明公开了一种预测表面活性剂最佳同分异构体结构的分子动力学方法，采用分子动力学模拟直接计算出不同结构的表面活性剂同分异构体的界面张力、界面生成能以及界面厚度，根据此数值结果可以预测出不同结构的表面活性剂的界面性能优劣，从而对目标结构进行评估，以达到快速筛选性能最佳的表面活性剂异构体的目的；通过分析径向分布函数、配位数、氢键数量可以从分子水平阐明表面活性剂的同分异构体对界面性能的影响及其微观作用机理；解决现有实验方法对于表面活性剂很难定向合成其中某个结构的同分异构体，且分离不同结构的同分异构体较为困难、实验周期长的问题。

技术领域

本发明涉及分子动力学模拟研究微观领域，具体的是一种通过分子动力学模拟对表面活性剂的同分异构体的界面性质进行模拟计算，预测出界面性能最好的异构体结构，进一步对表面活性剂的结构设计和筛选提供有效的预测。

背景技术

表面活性剂分子结构中包含亲水和疏水基团，有效吸附于界面，形成自组装的单分子膜结构以增强界面作用，其在食品加工、制药和纳米材料合成等领域有着广泛的应用，尤其在三次采油技术中用来提高原油采收率、降低残余油饱和度。表面活性剂降低表面或界面张力的能力是评估表面活性剂性能的重要依据，表面活性剂的分子结构与其溶液行为及界面性能的关系十分密切。

由于同分异构体结构和性质较为相似，实验合成方法很难定向合成其中某个结构的同分异构体，且采用实验方法分离不同结构的同分异构体较为困难，实验周期长，无法从分子水平阐明表面活性剂的同分异构体对界面性能的影响及其微观作用机理。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于分子动力学模拟预测表面活性剂最佳同分异构体结构的方法，解决现有实验方法对于表面活性剂很难定向合成其中某个结构的同分异构体，且分离不同结构的同分异构体较为困难、实验周期长的问题。

该方法能够单纯采用分子动力学模拟直接计算出不同结构的表面活性剂同分异构体的界面张力、界面生成能以及界面厚度，根据此数值结果可以预测出不同结构的表面活性剂的界面性能优劣，从而对目标结构进行评估，以达到快速筛选性能最佳的表面活性剂异构体的目的。通过分析径向分布函数、配位数、氢键数量可以从分子水平阐明表面活性剂的同分异构体对界面性能的影响极其微观作用机理。

为实现上述发明目的，所述的一种预测表面活性剂最佳同分异构体结构的分子动力学方法，其特征在于，包括：

构建表面活性剂和油的单分子结构模型，以获得真空条件下所述单分子的最佳构象，作为构建多分子聚集模型的基本分子单元；

建立用于模拟计算的单分子力场信息，以获得用于有机分子计算的GAFF力场；

构建用于模拟表面活性剂在油水界面性质的所述多分子聚集模型；

对所述多分子聚集模型依次进行能量最小化计算和NVT系综、 NPT系综的分子动力学模拟，以获得模拟体系平衡状态下的动态聚集结构；

应用所述GAFF力场对所述动态聚集结构进行平衡相的分子动力学模拟计算，获得平衡状态的动力学轨迹；

依据所述动力学轨迹，计算所述表面活性剂不同同分异构体结构的界面张力、界面生成能和界面厚度数值，及获得所述表面活性剂分子与水分子之间的径向分布函数图、统计出氢键数量、计算所述表面活性剂分子与所述水分子之间的配位数。

优选地，构建所述单分子结构模型的方法是：

使用GaussView软件，构建油分子和所述表面活性剂的不同同分异构体分子的几何结构，并保存为.mol2格式的坐标文件；

使用Gaussian软件，在B3LYP/6-31g*水平上对所述几何结构进行几何优化计算。

优选地，建立所述单分子力场信息的方法是：