فهرست:
فصل اول:هیدرات گازی
1-1- هیدرات گازی.. 2
1-2- هیدراتهای گازی در گذر زمان.. 3
1-3- ساختار هیدراتهای گازی.. 4
1-3-1- ساختار sI 5
1-3-2- ساختار sII 6
1-3-3- ساختار sH.. 6
1-3-4- نکاتی مربوط به ساختار‌های هیدرات.. 7
1-4- مشخصات مولکول مهمان.. 8
1-5- هیدراتهای گازی در طبیعت... 8
1-6- اهمیت هیدراتهای گازی.. 10
1-6-1- مزایای هیدرات گازی.. 11
1-6-1-1- انتقال گاز طبیعی.. 11
1-6-1-2- منبع انرژی.. 12
1-6-1-3- جداسازی دیاکسیدکربن.. 12
1-6-1-4- هیدراتهای گازی در صنعت غذایی.. 13
1-6-1-4-1- تغلیظ آب میوهها 13
1-6-1-4-2- شیرینسازی آب دریا 13
1-6-1-4-3- جداسازی آنزیمها 14
1-6-2- مضرات هیدرات گازی.. 14
1-7- بازدارندهها 15
1-7-1- بازدارنده‌های ترمودینامیکی.. 15
1-7-2- بازدارنده‌های غیرترمودینامیکی.. 16
1-7-3- معیار‌های بازدارنده. 16
1-8- جذب.. 17
فصل دوم:شبیه سازی دینامیک مولکولی
2-1- تاریخچهی شبیهسازی.. 20
2-2- شبیه سازی دینامیک مولکولی.. 21
2-3- سامانه های مدل و پتانسیل های برهمکنش.... 21
2-4- معرفی مدل پتانسیل برای برهمکنش بین مولکول های سازندهی سامانه. 23
2-5- معرفی مدل پتانسیل برای برهمکنش بین سیستم و محیط.. 23
2-5-1- شرایط مرزی دورهای.. 24
2-5-2- قطع پتانسیل و قرارداد نزدیکترین تصویر. 25
2-6- الگوریتم انتگرالگیری زمانی.. 25
2-6-1- الگوریتم ورله. 26
2-6-2- الگوریتم جهشی ورله. 27
2-6-3- الگوریتم ورله سرعتی.. 28
2-7- اولین گام در شبیه سازی دینامیک مولکولی.. 29
2-7-1- تعیین مکانهای اولیه ی ذرات.. 29
2-7-2- تعیین سرعتهای اولیه ی ذرات.. 30
2-8- دومین گام در شبیهسازی دینامیک مولکولی.. 30
2-9- سومین گام در شبیهسازی دینامیک مولکولی اندازه گیری خواص ترمودینامیکی.. 31
2-10- چهارمین گام در شبیهسازی دینامیک مولکولی: تحلیل نتایج.. 32
2-11- انواع مجموعه ها در شبیهسازی دینامیک مولکولی.. 32
2-12- انواع خطاها در شبیهسازی دینامیک مولکولی.. 33
2-12-1- خطاهای آماری.. 33
2-12-2- خطاهای سیستماتیک... 33
2-13- محدودیتهای شبیهسازی دینامیک مولکولی.. 34
2-13-1- اثرات کوانتومی.. 34
2-13-2- تعیین پتانسیلهای برهمکنش.... 34
فصل سوم: محاسبات انرژی آزاد گیبس
3-1- انواع خواص ترمودینامیکی.. 36
3-1-1- توابع ترمودینامیکی ساده. 36
3-1-1-1- انرژی داخلی.. 36
3-1-1-2- فشار. 37
3-1-1-3- میانگین مجذور نیرو. 37
3-1-2- توابع ترمودینامیکی پاسخ.. 38
3-1-3- خواص وابسته به انتروپی.. 39
3-1-3-1- انتگرال گیری ترمودینامیکی.. 40
3-1-3-2- روش ذرهی آزمایشی.. 40
3-1-4- انرژی آزاد. 41
3-2- انواع روشها برای محاسبه ی اختلاف انرژی آزاد. 43
3-2-1- اختلال ترمودینامیکی.. 43
3-2-1-1- محاسبهی اختلاف انرژی آزاد حلال پوشی بازهای نیتروژندار با روش اختلال ترمودینامیکی 44
3-2-1-2- محاسبهی اختلاف انرژی آزاد هشت لیگاند مربوط به پروتئین پیوندی FK506 با FKBP12 به روش اختلال ترمودینامیکی.. 46
3-2-2- روش تدریجی.. 50
3-2-3- خط سیر چند مرحله ای.. 50
3-2-4- انتگرالگیری ترمودینامیکی.. 53
3-3- کاربرد روشهای محاسبه ی اختلاف انرژی آزاد. 53
3-3-1- چرخههای ترمودینامیکی.. 53
3-3-2- محاسبهی انرژی آزاد مطلق.. 55
فصل چهارم:محاسبات انرژی آزاد گیبس برای تعویض مهمان در هیدرات گازی sI با استفاده از شبیهسازی دینامیک مولکولی
4-1- روش انتگرالگیری ترمودینامیکی.. 58
4-2- سابقه تحقیق.. 59
4-3- مشخصات مولکول هیدروژن سولفید. 67
4-4- نرم افزارشبیه سازی و فایلهای ورودی در این تحقیق.. 68
4-4-1- فایلهای ورودی نرمافزار. 68
4-4-1-1- فایل ساختار اولیه ذرات (CONFIG) 69
4-4-1-2- فایل تعیین پارامترهای کنترل شبیهسازی (CONTROL) 71
4-4-1-3- تهیهی فایل ورودی (FIELD) 72
4-4-2- فایلهای خروجی نرم افزار. 73
4-4-2-1- فایل ساختار نهایی ذرات (REVCON) 74
4-4-2-2- فایل خروجی اصلی شبیهسازی (OUTPUT) 74
4-4-2-3- فایل اطلاعات روند شبیهسازی به زبان ماشین (REVIVE) 74
4-5- محاسبه ی انرژی آزاد جانشینی های مختلف هیدروژن سولفید به جای متان در هیدراتهای گازی sI 75
4-6- محاسبهی خواص ساختاری و ترمودینامیکی.. 83
4-6-1- تابع توزیع شعاعی.. 84
4-6-2- بررسی وابستگی حجم سلول واحد به دما 92
4-6-3- بررسی ضریب انبساط گرمایی خطی.. 97
4-6-4- بررسی ضریب تراکمپذیری هم دما 105
مراجع.. 109
منبع:
[1] Demirbas, A.;.J.Energy Conversion and Management. 2012, 51, 1562.
[2] Solan, E. D.; Introductory overview : hydrate knowledge development, Am. Mineral. 2004, 89, 1155.
[3] Solan, E. D.; and Koh, C. A.; Clathrate Hydrates of Natural Gases, 3rd . Edition, CRC Press, 2008.
[4] Van der Waals, J. H.; and Platteeuw, J. C.; Clathrate Solution, Adv, Chem. Phy . 1959, 2, 1.
[5] Redger .P. M. Mechanims for Stabilising Water Clathrates, 1990, 5, 315.
[6] Stakelberg, V. M.; J. Naturwiss. 1949, 36, 359.
[7] Jeffry ,G.; A. Mcmullan, R.; K. J. Prog. Inorg. Chem. 1967, 8, 43.
[8] Jeffry, G.; A. Inclusion Compounds, Academic Press. 1984.135.
[9] Yakushev ,V. International Conference on Gas Hydrate, 4th Ed. Yokohama, 2002 .
[10] Gudmun dsson , J. S.; Parlaktuna , M.; Khokhare, A. A. J. SPE Production & Facilities. 1994 , 69.
[11] Chatti , I.; Delahaye, A.; Fournaison. L .; Petitet, J . P. J. Energy Conversion and Management. 2005 , 46, 1333.
[12] Javanmardi , J.; Moshfeghian , M . J. Energy Fuels. 1998 , 12 , 219.
[13] Nagahama , N . J. Food Phase Equilibria. 1996 , 116 , 126 .
[14] Solan , E. D. Clathrate Hydrates of Natural Gases. Marcel Decker, Inc. New York. 1998 , 59 .
[15] Chanyu, S.; Wenzhi , L.; Xin, Y.; Fengguangl ; Qing , Y.; Liang , M.; Jun, C.; Bie ,L .; Guangjin , G . J. Chemical Engineering . 2011, 19,151.
[16] keith , A. Kvenvolden U.S. Geological Survery Menlo Park, Gas Hydrates Geological Perspective and Global Change. 1993, 173.
[17] جلیلی، س ، شبیهسازی دینامیک مولکولی ، انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد، 1385.
[18] Alder ,B .J.; Wainwright, T.E. J .Chem. Phys. 1957, 27,1208.
[19] Alder ,B .J.; Wainwright, T.E. J .Chem. Phys. 1959 , 31, 459.
[20] Rahman, A. Phys. Rev . 1964 , 136A , 405.
[21] Mccammon, J. A .; Gelin , B. R.; karplus , M. Nature. 1977, 207, 585.
[22] گوهرشادی، ا، موسوی، م، موسوی، ف، مرسلی، ع، مبانی شبیهسازی دینامیک مولکولی، انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد، 1385.
[23] Norbert ,A .; Kurrt, B.; Helmut .G.; Kurt , K . Johnvon Nevmann Lnstitute for Computing . 2004, 23,1.
[24] Jarsaw, M. Cornell University , Ithaca , New York , USA Nicholas University, Tourn , Poland, 2010.
[25] Jennifer, L.; Miller and Peter A. Kollman. Solvation Free Energies of the Nucloeic Acid Bases. J. Phy.Chem.1996 , 100, 8587.
[26] Lu, N. D.; Kofke ,A. Accuracy of Free Energy Perturbation Calculation in Molecular Simulation I. J .Chem. Phys . 2001, 114 , 7303.
[27] Lu, N. D.; Kofke, A. Accuracy of Free Energy Perturbation Calculation in Molecular Simulation II. J.Chem. Phys. 2001 ,115, 6866.
[28] Florian , J.; Goodman . M . F. and Warshel. Free Energy Perturbation Calculation of DNA Destabilization by base Substiution the Effect of Neutral Guanine Thymine, Adenine Cytosine & Adenine difluorotoluene Mismatches.J .Phys.Chem.B. 2000,104, 10092.
[29] Brandsdal , B.O.; and Smalas .O . A . Evaluation of Protein Association energies by Free Energy Perturbation. Protein Eng. 2000, 13 , 239.
[30] Straatama ,T. P.; and Mccammon .A. Computational Alchemy Annu. Rev.Phys .Chem. 1992, 43 , 431.
[31] Beveridege, D. Free Energy Via Molecular Simulation Application to Chemical and Biomolecular System. Annu. Rev. Biophys. Biol. 1989,18, 431.
[32] Price , D. J . and Jorgensen .W. L. Computational Binding Studies of Human PP60-src SH2 Domain With a Series of nonpeptide Phsophpphenyle Containing Ligands. Bioorg. Med. Chem. Left. 2000, 10, 2067.
[33] Wesolowski ,S.S .; Jorgensen .L.W. Estimation of Binding Affinities for Celecoxib Analogues With COX-2 Via Monte Carlo Extended Linear Response. Bioorg . Med.Chem. Left. 2002 , 12 , 267.
[34]Carlson, H. A.; Masukawa .K.; Rubins .F.; Bushman ,W. L. and McCammon, J. A. Developinge a dynamic Pharmacophore Model For HIV-1 Integrase. J.Med.Chem.2000, 43 , 2100.
[35] Kollman , P. Free Energy Calculation Applications to Chemical and Biochemical Phenomena. Chem . Rev. 1993, 93, 2395.
[36] Ajay.A. Murcko.A. M. Computational Methods to Predict Binding Free Energy in Ligand –Receptor Complexes. J. Med .Chem .1995 , 38 , 4953.
[37] Gilson, M. K.; Bulk, B. L. and McCammon. The Statistical- Thermodynamics Basis For Computation of Binding Affinities. A Critical Review. Biophys . J. 1997,72, 1047.
[38] McCammon, J. A. Theory of Bimolecular Recognition. Curr. Opin. Struct. Biol. 1998, 8, 245.
[39] Simonson ,T; Archontis, G.; Karplus , M. Free Energy Simulation Com Of Age Protein- Ligand Recognition. Acc.Chem.Res. 2002, 35, 430.
[40] Lazaridis,T.; Masunov, A. Gandolfo. Contributions to the Binding Free Energy Of Ligands To Avidin and Streptavidin. Proteins. 2002, 47, 194.
[41] Boresch , S.; Tettinger,F.; Karplus, M. Absolute Binding Free Energys: A Quantitative Approach For Their Calculation .J. Phys. Chem. B. 2003 , 107, 9535.
[42] Woo, H.; Roux, B. Chemical Theory and Computation Special Feature: Calculation Of Absolute Protein – Ligand Binding Free Energy from Computer Simulation .Proc. Natl. Acad.Sci.USA. 2005, 102 , 6825.
[43] Sagui, C.; Darden,T.A. Molecular Dynamics Simulations Of Bimolecules: Long-Rang Electrostatic Effects. Annu. Rev. Biphys. Biomol. Struct. 1999, 28, 155.
[44] Brooks ,C. L.; Karplus, M. Deformable Stochastic Boundaries in Molecular Dynamics. J. Chem. Phys. 1983, 79, 6312.
[45] Essex ,J .W.; Jorgensen, L. W. An Empricial Boundary Pontential For Water Droplet Simulations. J. Comput. Chem. 2009, 16, 951.
[46] Warshel, A.; King, G. Polarization Constraints in Molecular Dynamics Simulation of Aqueous Solutions : The Surface Constraint all Atom Solvent Model. Chem. Phys. Left. 2010, 121.
[47] King. G., Warshel. A. A Surface Constraints All- Atom Solvent Moldel For Effective Simulations of Polar Solutions. J. Chem. Phys. 2008, 121, 124.
[48] Rullmann, J.; Duijnen .P. T. Analysis of Discrete and Continuum Dielectric. Application to the Calculation of Protonation Energies in Solution . Mol. Phys. 2005, 61, 293.
[49] Deng ,Y.; Roux, B. Hydration of Amino Acid Side Chains: Nonpolar and Electrostatic Contributions Calculated from Staged Molecular Dynamics Free Energy Simulations With Explicit Water Molecules. J. Phys. Chem. B. 2004, 108.
[50] Holt, D.A.; Luengo, D.S.; Rozamus,L.W.; Stout, J.T.; Clardy, J. Design, Synthesis, and Kinetic Evalution of High- Affinity FKBP Ligands and the x-ray Crystal Structures of their Complexes with FKBP12. J. Am .Chem .Soc. 2007, 115, 511.
[51] Fujitani, H.; Shirts,M.R.; Sorin,E. J.; Pand. V. S. Direct Calculation of the Binding Free Energy of FKBP Ligand. J. Chem. Phys. 2005,123.
[52] Schreber, S.L. Chemistry and Biology of the Immunophilins and their Immunosuppressive Ligands. Science. 1999, 251, 283.
[53] Levy,R. M.; Zhang, L. Y.; and Felts, A. K. On the Nonpolar Hydration Free Energy of Proteins: Surface Area and Continum Solvent Models For the Solute- Solvent Interaction Energy. J.Am.Chem. Soc. 2003, 125, 9523.
[54] Echevrria, I.; and Amzel ,M.L. Helix Propensities Calculations for Amino Acids in Alanine Based Peptides using Jarzynski Equality. Proteins. 2010,78 1302.
[55] Meynier ,C.; Roche.P. NMR and MD Investigations of Human Galectin-1/Oligosaccharide Complexes. Biophys. J. 2009, 97,3168.
[56] Nohra, M.; Woo, T. K.; Alavi, S.; Ripmeester, J. Molecular Dynamics Gibbs Free Energy Calculations for CO2 Capture And Stronge In Structure I Clathrate Hydrates In The Presence Of SO2,CH4,N2 And H2S impurities, thermo. Chem. 2012, 44, 5-12.
[57] Yamto, O.; Yasouka, K. Free Energy Calculation of Structure-H Hydrates. J. Chem. Phys. 2006, 124.
[58] Yezdimer, M.; Cummings,T.; Chialvo, A. Determination of the Gibbs Free Energy of Gas Replacement in sI Clathrate Hydrates by Molecular Simulation. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 7982.
[59] Dartois, E.; Duret ,U.; Marboeuf ,B. Hydrogen sulfide clathrate hydrate FTIR spectroscopy: A help gas for clathrate formation in the Solar System?. Icarus. 2012, 220, 427.
[60] Udachin, K.A.; Ratcliffe, C.I.; Ripmeester , J. A . J. Supramol. Chem. 2002, 2, 405.
[61] Hester, K. C.; Huo, Z.; Ballard , A. L.; Koh, C. A.; Miller , K. T.; Sloan, E.D. J. Phys. Chem. B. 2007. 34, 465.
[62] Jorgensen, W. L.; Chandrasekhar , J.; Mabura, J. B.; Impey, Y.W.; Kiln. M. L. J. Chem. Physics. 1983, 97, 926.