第1章 木糖水解的从头算分子动力学研究 1
1.1 引言 1
1.2 方法 3
1.3 结果 4
1.3.1 β-1,4-木二糖的醚键在气相中的质子化以及与β-1,2-木二糖的对比 4
1.3.2 水相中β-1,4-木二糖的酸催化水解 7
1.4 结论 8
1.5 致谢 8
1.6 参考文献 8
第2章 纤维素结构的模拟 12
2.1 引言 12
2.1.1 纤维素的应用及其相关背景 12
2.1.2 天然纤维素晶体结构 13
2.1.3 人造或不平常的纤维素晶体 14
2.2 纤维二糖 14
2.2.1 构象能量图 14
2.2.2 纤维二糖晶体 18
2.3 晶体结构的重构 19
2.3.1 利用CSFF进行的1ns模拟 19
2.3.2 斜状晶体及DP40晶体10ns的模拟 22
2.4 纤维素纤丝的扭转及相关氢键 25
2.5 结论 29
2.6 方法 29
2.7 致谢 31
2.8 参考文献 31
第3章 木质纤维素与纤维小体蛋白复合物的计算模拟 35
3.1 引言 35
3.2 木质纤维素生物质趋向真实的模拟 36
3.2.1 木质素的分子力学力场 37
3.2.2 木质纤维素模型的构建 41
3.3 模建纤维小体：粘连模块-对接模块的相互作用 42
3.3.1 基于晶体学结构分析Ⅰ型粘连模块-对接模块的识别 42
3.3.2 粘连模块-对接模块的解离自由能面 43
3.4 总结与展望 45
3.5 致谢 45
3.6 参考文献 45
第4章 纤维小体的多尺度建模 48
4.1 引言 48
4.2 纤维小体的定义与架构 49
4.3 部分纤维小体模块的功能 50
4.4 计算方法 52
4.4.1 纤维小体组装的粗粒模型 52
4.4.2 Ce19A的正则模式分析 57
4.4.3 分子动力学模拟 60
4.5 结论 63
4.6 致谢 63
4.7 参考文献 63
第5章 植物细胞壁多糖介观尺度模建：研究CBM在纤维素表面的运动 66
5.1 引言 66
5.2 方法 68
5.2.1 碳水化合物的粗粒模型 68
5.2.2 纤维素的粗粒模型 69
5.2.3 CBM的粗粒模型 70
5.3 应用实例 71
5.3.1 CBM1在纤维素表面的运动 71
5.3.2 CBHⅠ和CBHⅡ的CBM的比较 73
5.3.3 CBM1的粗粒模型 74
5.4 结论 76
5.5 致谢 76
5.6 参考文献 77
第6章 纤维素酶分子的连接肽可储能吗 80
6.1 引言 80
6.1.1 纤维素酶系统 80
6.2 自由能计算 82
6.2.1 Ciccotti方法 83
6.2.2 伞状取样法 83
6.3 具体模拟过程 84
6.4 结果与讨论 85
6.5 结论 87
6.6 致谢 87
6.7 参考文献 87
第7章 纤维素酶活性位点及其与底物相互作用的QM/MM分析 90
7.1 引言 90
7.2 反应机理 91
7.3 纤维素酶活性位点的结构特征 92
7.4 糖环的扭曲形变 94
7.5 GH酶类从头算与分子动力学早期研究 95
7.6 当前模型的建立及模拟方法 96
7.7 Cel12A与Cel5A的QM/MM模拟 97
7.7.1 H.grisea的Cel12A催化的糖基化过程 97
7.7.2 B.agaradhaerens Cel5A催化的去糖基化过程 98
7.8 结论 101
7.9 致谢 101
7.10 参考文献 102
第8章 分子模拟方法——常规实践与当前挑战 105
8.1 基本方法 105
8.1.1 动态与构象取样 105
8.1.2 相互作用势能函数 106
8.1.3 分子动力学模拟 106
8.1.4 蒙特卡洛取样 108
8.2 精确性要求 109
8.2.1 力场的精确性 109
8.2.2 极化力场 110
8.2.3 QM/MM 110
8.3 速度要求 110
8.3.1 时间尺度 110
8.3.2 增强型取样技术 111
8.3.3 多尺度模拟 113
8.4 总结 115
8.5 参考文献 116
第9章 糖分子热化学的量子力学模拟 120
9.1 引言 120
9.2 量子力学方法 121
9.2.1 组合方法 121
9.2.2 平衡方程／等键反应 123
9.3 扩展到糖分子 125
9.4 初步结果 128
9.5 结论 129
9.6 致谢 130
9.7 参考文献 130
第10章 基于第一性原理与速率估计规则构建生物质热转化动力学模型 134
10.1 引言 134
10.2 计算方法 136
10.2.1 电子结构计算 136
10.2.2 热力学性质 136
10.2.3 速率表达式 138
10.3 结果 138
10.3.1 H原子与CH3自由基参与醇类脱氢反应的速率规则 138
10.3.2 醇类中气相脱水反应的速率规则 144
10.3.3 逆狄尔斯-阿尔德反应：生成小分子裂解产物的快速反应途径？ 154
10.3.4 木质素模型化合物最初的分解步骤是什么？ 155
10.4 讨论 159
10.5 总结 160
10.6 致谢 160
10.7 参考文献 161
第11章 生物质热化学过程中多尺度／多重物理场建模 164
11.1 生物质热化学转化面临的问题与尺度 164
11.2 生物质热转化中多重物理场的组成 165
11.2.1 生物质热化学过程中连续水平的计算流体动力学 166
11.2.2 晶格玻尔兹曼方法 169
11.2.3 蒙特卡洛动力学 171
11.2.4 多尺度／多重物理场耦合方法的应用实例 171
11.2.5 耦合多尺度／多重物理场成分的CWM方法 172
11.2.6 KMC与LBM耦合的时间积分 174
11.2.7 催化表面的分形投影 174
11.2.8 利用时间并行小波矩阵方法对时间加速 175
11.3 总结及展望 179
11.4 参考文献 179
第12章 生物质气化与热裂解的计算流体动力学模型 183
12.1 引言 183
12.1.1 发展的现状与研究需求 184
12.2 生物质热化学转化工艺及建模 185
12.2.1 生物质气化的物理化学特性 185
12.2.2 气固两相流体动力学 186
12.3 CFD对于工艺设计与优化的贡献 188
12.3.1 数值实验 188
12.3.2 反应器放大 189
12.4 从描述CFD到预测CFD 189
12.4.1 现有模型 190
12.4.2 模型的鉴定与认证 192
12.4.3 计算资源与建模的挑战 193
12.5 结论 194
12.6 参考文献 194
第13章 利用路径取样寻找精确反应坐标的新方法 202
13.1 引言 202
13.1.1 自由能与反应坐标 203
13.1.2 过渡态路径取样的中心思想 204
13.2 路径取样算法 205
13.2.1 势阱的定义 205
13.2.2 寻找起始路径 206
13.2.3 过渡态路径取样 206
13.2.4 无的放矢法 207
13.2.5 无的放矢法与其它方法的比较 210
13.3 由路径取样数据寻找反应坐标 210
13.3.1 pB与柱状图测试 210
13.3.2 遗传神经网络方法 212
13.3.3 极大似然法 213
13.3.4 其它寻找反应坐标的方法 215
13.4 通过已知反应坐标计算自由能 216
13.5 由精确的反应坐标计算速率常数 217
13.5.1 过渡态理论速率 217
13.5.2 内摩擦的反应速率 218
13.5.3 高摩擦限制下的反应速率 219
13.6 总结及展望 219
13.7 致谢 220
13.8 参考文献 220
后记 “生物燃料的计算模拟”2011—2012年新进展 224
参考文献 232
作者索引 233
主题词索引 234