Hydrophobic Interactions pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Arieh Y. Ben-Naim

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1980-01-31

价格:USD 193.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780306402227

丛书系列:

图书标签:

• 疏水作用力
• 分子间作用力
• 物理化学
• 生物物理学
• 蛋白质折叠
• 自组装
• 表面化学
• 胶体化学
• 溶液化学
• 热力学

好的，这是一本名为《分子结构与动力学模拟基础》的图书简介，字数在1500字左右，内容详实，完全不涉及“疏水相互作用”： --- 分子结构与动力学模拟基础 导言：探寻物质世界的微观图景 在现代化学、材料科学、生物物理学以及药物研发等领域，理解物质在原子和分子层面的行为至关重要。宏观世界的现象，无论其复杂程度如何，其根源都深植于分子尺度的相互作用和运动之中。《分子结构与动力学模拟基础》正是为深入探索这一微观世界而设计的一部权威著作。本书旨在系统地介绍理论基础、计算方法以及前沿应用，为研究人员和高年级本科生提供一个坚实的知识框架，使读者能够熟练掌握从静态结构预测到动态过程模拟的全套工具。 第一部分：理论基石——量子力学与分子力学 本书的开篇部分（第一部分）聚焦于描述分子系统能量和结构的两种核心理论框架：量子力学（QM）和分子力学（MM）。 第一章：量子化学基础回顾 本章首先对波函数、薛定谔方程的定态与含时形式进行了回顾，强调了它们在描述电子结构中的核心地位。随后，详细阐述了处理多电子体系的关键近似方法。重点探讨了Hartree-Fock (HF) 方法，包括其局限性，如对电子关联的忽略。在此基础上，本书深入介绍了密度泛函理论 (DFT)，这是当前计算化学中最常用且最成功的理论之一。我们详细剖析了 Kohn-Sham 理论，并对各类泛函（如 LDA、GGA、meta-GGA 以及 Hybrids）的适用范围和精度进行了对比分析。对于激发态的计算，本章也介绍了时间依赖性密度泛函理论（TD-DFT）的基本原理。 第二章：分子力学（MM）的构建与应用 当系统规模扩大到数百甚至数万个原子时，量子力学的计算成本变得无法承受。因此，分子力学成为处理大规模系统的必然选择。本章详细介绍了分子力学的基础——力场（Force Fields） 的构成。这包括对键合项（伸缩、弯曲、扭转）的数学描述，以及对非键合项（静电相互作用和范德华作用）的处理。本书详细分析了经典力场如 AMBER、CHARMM、OPLS 等的设计哲学、参数化过程以及它们在不同体系（如蛋白质、核酸、有机小分子）中的应用优缺点。此外，半经验方法作为连接QM与MM的中间步骤，也在本章中进行了适度的探讨。 第二部分：静态结构优化与构象搜索 理解分子系统的最稳定结构是所有计算模拟的起点。第二部分致力于阐述如何精确地找到能量最小值。 第三章：几何优化算法 本章核心在于介绍能量最小化技术。从最直观的梯度下降法开始，逐步过渡到更高效的解析梯度方法。详细讲解了牛顿法及其在分子体系中的修正版本，尤其是拟牛顿法（如 BFGS），它们通过近似曲率信息实现了更高的收敛速度。本章还探讨了处理复杂势能面时所必需的共轭梯度法的原理与实践。收敛标准的设定、振动频率分析在确认极小点（而不是鞍点）中的作用也被纳入讨论。 第四章：构象空间探索技术 对于具有多个自由旋转键的大分子，能量景观往往崎岖不平，存在众多的局部能量最小值（构象）。本章系统地介绍了用于构象搜索的算法。重点讨论了基于能量梯度的局部搜索方法，以及需要全局视野的随机搜索算法，例如蒙特卡洛（MC）方法在构象抽样中的应用。此外，模拟退火（Simulated Annealing）作为一种有效的全局优化策略，其热力学基础和在分子系统中的实现细节被深入剖析。 第三部分：分子动力学模拟：时间演化的艺术 第三部分是本书的重点，它将视角从静态结构转向了随时间演化的动态过程。分子动力学（MD）模拟是理解时间依赖性过程的强大工具。 第五章：动力学模拟的理论基础 本章首先回顾了牛顿运动方程在分子体系中的应用，即 $m_i ddot{mathbf{r}}_i = mathbf{F}_i(t)$。随后，深入讲解了时间积分算法，特别是 Verlet 算法族（如Velocity Verlet），它们在保持能量守恒和系统稳定方面的优势。本章的精髓在于对系综理论的阐述：正则系综（NVT）、等温等压系综（NPT）以及微正则系综（NVE）。详细解释了如何通过热浴（Thermostats） 和压力控制器（Barostats） 来精确控制模拟体系的温度和压力，并对比了 Langevin 动力学、Nosé-Hoover 算法等不同控制方法的物理意义和计算效率。 第六章：周期性边界条件与长程相互作用 为了模拟宏观尺度下的体相性质，周期性边界条件（PBC）是必需的。本章详细解释了 PBC 的几何原理及其在模拟箱中的应用。对于长程静电相互作用，单纯的截断方法会导致严重的能量不守恒。因此，本章将核心篇幅用于介绍泊松-玻尔兹曼方程以及在MD中计算长程静电力的Ewald 求和法。Ewald 方法的精确构建、截断误差的控制以及其在实际应用中的性能优化策略被全面覆盖。 第七章：高级采样与自由能计算 许多重要的化学和生物过程（如分子识别、构象转换）发生在能量壁垒非常高的区域，传统的MD难以有效采样。本章聚焦于突破这些壁垒的高级采样技术。详细介绍了增强采样（Enhanced Sampling） 方法，包括伞形采样（Umbrella Sampling, US）如何通过引入偏压势来探索受阻区域，以及元动力学（Metadynamics） 如何通过累积的历史信息实现对自由能面的持续重构。此外，自由能微扰（FEP） 和 热力学积分（TI） 作为计算绝对或相对自由能的标准方法，其理论推导和在不同体系中的应用案例也被详尽讲解。 第四部分：应用与未来展望 本书最后一部分将理论与实践相结合，展示了分子模拟在解决实际科学问题中的强大能力。 第八章：晶体与材料模拟 本章将分子动力学和静态计算应用于凝聚态物理和材料科学。讨论了半导体、离子晶体以及聚合物系统的建模。内容涵盖了缺陷工程、晶格常数预测、材料的热膨胀系数计算等。特别关注了如何利用 MD 模拟来研究晶格振动和声子谱的计算方法。 第九章：生物大分子模拟：从蛋白质到核酸 生物分子系统是分子模拟最活跃的应用领域之一。本章详细介绍了蛋白质折叠、酶催化机制以及配体-受体结合过程的模拟。讨论了水分子模型的选择（全原子模型 vs 粗粒化模型）对模拟精度的影响。重点介绍了如何利用 MD 模拟来精确计算结合自由能（如 MM/PBSA 和 MM/GBSA 方法的局限性与改进）。 结论：面向未来的计算方法 总结本书所涵盖的理论工具，并展望计算化学的未来发展方向，包括机器学习势能面（ML-Potentials）的兴起，高通量计算的工作流程，以及在量子计算背景下分子模拟可能实现的突破。 《分子结构与动力学模拟基础》 不仅是一本教科书，更是一本工具手册，旨在培养读者批判性地分析模拟结果、设计有效计算方案的能力，从而推动其在各自研究领域取得更深层次的理解与发现。

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这本书的封面设计就给我一种很特别的感觉，那种深邃的蓝色，仿佛一下子就能将人拉入到科学的海洋。我是一个对物质世界运作原理充满好奇的普通读者，虽然我并非专业的化学家，但“Hydrophobic Interactions”这个名字本身就勾起了我的兴趣。它让我想到了我们日常生活中许多看似平常却又蕴含着深刻道理的现象。比如，为什么油和水不能真正地融合在一起？为什么有些物质会聚集，而有些则会分散？这本书，我期望它能以一种深入浅出的方式，解答这些我脑海中长期存在的疑惑。我希望它不仅仅是一本枯燥的教科书，而是能够把我带入到一个充满探索乐趣的旅程，让我能够理解那些驱动分子行为的“看不见的手”。如果它能在我阅读的过程中，不断地给我带来“原来是这样！”的惊喜，那么它就是一本成功的书。我已经迫不及待地想翻开它，去发现那些隐藏在“疏水相互作用”背后的奥秘了。我对这本书的期待，是它能像一位耐心的导师，引导我逐步理解复杂的科学概念，而不是像一份冷冰冰的文献，让我望而却步。

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老实说，我一开始是被这本书的名字吸引的。在我的印象里，化学相关的书籍总是充满了晦涩的公式和复杂的图表，但这“Hydrophobic Interactions”听起来却带有一丝神秘感。我平常喜欢阅读一些科普类的读物，对于能够解释生活中的一些小奥秘的书籍尤其青睐。我想象中，这本书可能会用生动的例子来阐述疏水相互作用，比如，解释为什么我们洗碗时需要洗洁精，或者为什么一些天然材料具有防水的特性。如果这本书能够让我摆脱对化学的刻板印象，让我觉得它其实离我们的生活很近，那么我会非常满意。我希望它能让我对物质的构成和运动方式有一个全新的认识，也许还能帮助我理解一些环境问题或者材料科学的进展。总之，我希望它是一本能让我读得下去，读得懂，并且能够从中获得启发的好书。

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作为一个对物理化学的理论框架有着较高追求的研究人员，我对“Hydrophobic Interactions”的深入探讨抱有极大的期待。我希望这本书能够不仅仅停留在描述性的层面，而是能够深入到其热力学和动力学本质。我期待书中能够详尽地解析水分子的行为、熵的变化以及其对疏水性物质聚集过程的影响。对于那些复杂的计算模型和模拟方法，我也希望能够有清晰的阐述，从而帮助我理解如何通过理论手段来预测和控制疏水相互作用的强度和模式。此外，我特别关注这本书是否能够涵盖一些前沿的研究进展，例如在纳米材料、表面科学以及生物界面工程等领域中，疏水相互作用是如何被巧妙利用以实现特定功能的。我希望能从中获得一些启发，将这些理论知识应用于我的研究项目中，推动相关领域的创新。

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作为一名对分子生物学领域略有涉猎的学生，我对“Hydrophobic Interactions”这个主题的研究方向一直抱有浓厚的兴趣。我知道，在理解蛋白质折叠、膜结构形成以及药物设计等关键生物过程时，疏水相互作用扮演着至关重要的角色。因此，我非常期待这本书能够提供一个全面而深入的视角，不仅阐述其基本原理，更能深入探讨其在不同生物学系统中的具体应用。我希望能从中学习到如何运用疏水相互作用的概念来解释生物大分子的结构与功能之间的联系，甚至能够为解决一些生物技术难题提供新的思路。我设想这本书的内容会包含大量的实验证据和模型解释，能够帮助我建立起一个扎实的理论基础，并能够将这些知识转化为实际的研究能力。希望这本书能够让我对这个领域有更深刻的认识，甚至激发我进一步深入研究的动力，成为我学术道路上的重要参考。

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坦白讲，我选择这本书很大程度上是因为我对“不沾水”这种性质感到好奇。我是一名普通消费者，我总是对那些能够让生活变得更便利、更舒适的科学技术感兴趣。比如，雨伞的防水涂层，衣服上的防污渍技术，甚至是一些护肤品，感觉都和“不沾水”的原理有关。所以我希望这本《Hydrophobic Interactions》能够用一种我能听懂的语言，解释清楚为什么有些东西会“排斥”水，以及这种“排斥”是如何产生的。我希望能从中了解到，这种性质是如何被应用到我们日常生活中的各种产品上的。也许，这本书还能让我对某些产品的选择有更明智的判断。我不需要它有多么高深的理论，只要能够让我明白“为什么”和“怎么用”，我就觉得这本书非常有价值了。我期待它能够打开我认识世界的一个新视角，让我觉得科学离我们并不遥远。

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