石油化学粗粒化分子力学/分子动力学力场:I.烷烃的粗粒化模型

提供了一种用以描述石油中烷烃分子的通用型粗粒化模型.依据石油中烷烃的结构特征,划分出从A1到A7共7种粗粒化珠子.7种烷烃的粗粒化珠子含有3～6个碳原子,与之相对应的既有直链烷烃,也有支链烷烃.这些基本结构单元以不同的组合方式可以得到石油中从C3～C40各种烷烃的粗粒化分子.为了获得精确的力场参数,采用密度泛函方法优化对应于单个粗粒化珠子的分子结构.应用改进的Flory-Huggins方法计算得到各珠子之间的Lennard-Jones非键势能参数.通过全原子分子动力学(AA-MD)模拟得到粗粒化珠子之间的成键势能参数.以此数据为基础,建立CUP1.0粗粒化分子力学/分子动力学力场(CUP1.0CGMM/MDForceField).为了检验力场参数的准确性,应用粗粒化分子动力学(CG-MD),在恒温恒压(NPT)系综条件下计算了石油中37种从C3～C40烷烃模型化合物的密度.模拟计算的结果与实验值之间的误差均小于1.0%,优于采用针对水溶液中生物分子的MARTINI力场的计算结果.此外,还模拟了非键相互作用差异最大的两种粗粒化珠子所对应的丙烷和新己烷分子的相溶性,结果表明这两种粗粒化珠子能够很好地互溶,进一步验证了CUP1.0力场的合理性.