异丁烷：ABEEM/MM模型计算的C-C和端甲基的C-H键键长为1.529和1.113，相应的实验值为1.535(1)和1.122(6)；我们模型和实验得到的C-C-C键角为110.7和110.8(2)；绕其中任意的C-C键旋转的势能垒高度为3.87kcal/mol，实验高度为3.9kcal/mol，AMBER力场计算的高度为3.48kcal/mol，这比实验值要低0.41kcal/mol左右。
2，3-二甲基丁烷：该分子具有C2h和C2对称性的两个构象，在溶液中NMR实验测得的98K时的两种构象的00.00.2kcal/mol，气态的电子衍射实验结果表明后者更稳定，自由能差值为0.24kca.l/mol，ABEEM/MM模型计算的构象能差为0.41kcal/mol。
环丁烷：椅式结构的环丁烷的C-C键长为1.538，实验测得的相应值为1.536(2)；C-C-C键角为111.6，实验值为111.4(2)°；实验测得的椅式环丁烷的直立和平俯式的C-H键长都为1.121，而从头计算的结果表明，直立式比平俯式的C-H键略长，我们模型给出的键长也有同样的变化，直立式和平俯式的键长分别为：
1.091和1.092。环丁烷的C-C-C-C二面角的数值为54.3，其实验值为54.9(4)，MM3和MM4力场给出的角度分别为55.3和55.4，都略大于实验值，证明我们模型拟合的浮动电荷静电势和二面角扭转参数能够合理地得到环状烷烃的结构。
Dixon等人利用高水平的从头计算（MP2/DZP）来计算环己烷的构象能差，他计算的扭曲船式和椅式构象的势能差为6.82kcal/mol，高于实验值5.50kcal/mol，同样方法计算的顺反式丁烷的构象能差也比实验值高0.5kcal/mol，因此，该方法存在着内在的误差，都略高于实验值。我们模型计算的该势能差为5.43kcal/mol，与实验结果符合得很好；船式和椅式结构的构象能差为7.62kcal/mol，略高于实验结果7.5kcal/mol。从总体结果看，我们模型能够正确地计算环丁烷的构象能。
我们又计算了反式1，2-二甲基、顺式1，3-二甲基环己烷、环戊烷和环辛烷的构象能，两个拥有直立甲基的反式1，2-二甲基环己烷比两个都是平俯式的构象高2.45kcal/mol，而实验值为2.58kcal/mol；两个拥有直立甲基的顺式1，3-二甲基环己烷比两个都是平俯式的构象高5.35kcal/mol，其相应的实验值为5.50kcal/mol；具有D4d对称性的环辛烷比具CS对称性的构象能高2.47kcal/mol，高于实验值1.90kcal/mol，而其它力场给出的相应值都不同程度上低于实验值，相对于实验值我们模型给出了最小的绝对误差0.57kcal/mol。从环状结构的烷烃分子的结果可以看出，我们模型能够得到相对其它力场更好的构象能和结构。
8.8多肽分子构象
多肽分子在许多生物过程都起着重要的作用，它的气态和在溶液中的构象一直是我们要探究的关键，通过NMR等实验手段能够为我们提供相关的信息，但那并不足以满足我们的需求。计算化学的模拟已经成为一个重要的工具，在最近的20年来，利用量子化学方法和相关算法来研究多肽的构象，从简单的二肽和单肽直到有限的多肽，这些研究为我们提供了关于化学环境对多肽二级结构的稳定性影响的理解和认识，同时也为经典力场的参数提供了充足的数据。经典和极化力场也对多肽和蛋白质体系在气态以及溶液中的构象进行了研究，我们在前言中已经作了介绍。该部分，我们列举和讨论利用ABEEM/MM浮动电荷模型对气态多肽分子的构象进行模拟的结果。
8.8.1单肽分子和团簇
为了获取ABEEM/MM模型中的多肽分子参数和进一步验证模型和参数的合理性，我们选取了典型的单肽小分子N-甲基乙酰胺（NMA）作为模拟肽结构单元，同时选取了一定数目的具有类似各种氨基酸残基结构小分子，利用从头计算方法对NMA与各种模型小分子的团簇进行了计算，通过拟合从头计算的氢键结构和结合能来拟合氢键函数和优化ABEEM和Lennard-Jones非键势能参数。ABEEM-1模型不包含孤对电子和π电荷区域，而ABEEM-2模型包含这两个区域，详细的模型情况参阅前言的ABEEM模型部分。图8-33中描述了具有单肽结构的NMA分子的电荷孤对电子和π电荷区域，其电荷位置在前言中以详细描述。氮原子相连的氢原子为肽结构中的氢原子，分子中的氧原子为肽结构中的氧原子，都是氢键结构中很好的电子受体和给体。
对于力场，尤其是极化力场，电荷分布的情况是至关重要的，尤其在存在氢键的分子中，我们在表8-21中列举了在ABEEM模型下NMA和NMA-H2O二聚体的电荷分布，电荷区域的标号同图8-34中的NMA分子结构图中的各原子标号一致，NMAH2O1表示肽键中的氧原子与水的氢原子之间形成氢键的二聚体，NMAH2O2表示肽键中的氢原子与水的氧原子之间形成氢键的二聚体，其二者的结构如图8-35所示。
孤立的NMA分子由于没有氢键的形成，与有氢键形成的NMAH2O1和NMAH2O2相比，在电荷的分布上有显着的不同，尤其是对于形成氢键的原子或孤对电子区域电荷，从表8-21中我们发现：ABEEM-1模型下NMA和NMAH2O1体系中的肽结构氧原子（O2）电荷为-0.397e和-0.429e，ABEEM-2模型下NMA和NMAH2O1体系中的肽结构氧原子（O2）的两个孤对电子电荷为-0.194e、-0.186e和-0.197e，-0.233e，由于水分子中的氢原子与NMA分子中的氧原子形成氢键具有一定的方向性，所以两个孤对电子电荷有不同程度的极化。在氢键中，水分子中的氢原子也受到了强烈的极化，电荷在两个模型分别为0.368e，0.384e，而没有形成氢键的氢原子电荷只有0.351e和0.24e。NMA分子的偶极矩从3.82（ABEEM-1）Debye和4.10（ABEEM-2）Debye增加到4.12Debye和4.70Debye。ABEEM-1模型下NMA和NMAH2O2体系中的肽结构氢原子（H6）电荷为0.397e和0.428e；ABEEM-2模型下NMA和NMAH2O1体系中的肽结构氢原子（H6）电荷为0.351e和0.391e。由于水分子中的氧原子与NMA分子中的氢原子形成氢键，所以水分子的氧的孤对电子区域电荷也增加到0.222e，NMA分子的偶极矩从3.82（ABEEM-1）Debye和4.10（ABEEM-2）Debye增加到4.21和4.64Debye。从以上的结果我们可以清晰地认识氢键中的静电极化现象，同时也证明我们的模型能够很合理地描述和计算肽分子中的电荷极化，从而确定能够把从小分子中得到的参数转移到多肽大分子的构象研究和模拟中。
ABEEM/MM模型采用了OPLS-AA/L力场中的键伸缩和键角弯曲振动参数，那么由于我们重新拟合了二面角扭转和采用了全新的浮动电荷静电势模型，因而为了验证我们模型下的结构，计算得到了反式NMA分子结构数据，并同时在表8-22中列举了实验和从头计算的结果作以比较，相对实验键长的误差都在0.01以内，键角的误差都在3以内。因而可以确定我们的参数是协调一致的，确信在多肽的构象模拟中也可以得到合理的结构。
在第二章介绍了我们的模型函数中氢键拟合函数，那么连同其它的参数，在计算小分子团簇结合能和氢键键长的结果如何呢？下面在表8-23和8-24中分别列举了ABEEM-1和ABEEM-2模型下的部分分子团簇的结合能和氢键键长，同时列举了从头计算（HF/6-31G）的相应数据，表中的“”表示形成氢键的原子。对于中性的体系，我们的模型得到的结果与从头计算符合得很好，但对于非中性的团簇的结合能一般低于从头计算的结果。为了合理地得到偶极矩、氢键长和多肽中的结构和构象能等其它相关的信息，因而采用了目前的参数。从所列举的模型体系的情况看，总体的结合能在ABEEM-1和ABEEM-2模型下的均方根偏差分别为0.66和0.71kcal/mol，总体的氢键键长在ABEEM-1和ABEEM-2模型下的均方根偏差分别为0.05和0.06，都能够基本上合理地计算类似多肽结构的小分子团簇能量和氢键键长，从而我们可以将其得到的参数转移到多肽分子的构象模拟中。
8.8.2多肽分子的构象
丙氨酸残基是多肽和蛋白质分子体系的重要单元，也是最具代表性的分子，近年来已经有很多的理论和计算化学家对该分子构象进行了模拟，从精密的从头计算到分子力场方法，从头计算的结果是拟合力场参数的重要来源，尤其是对多肽等生物大分子的模拟，由于实验关于分子构象的数据较少，而且不全面，而从头计算方法可以为我们提供非常充分的数据。ABEEMM/MM模型为了得到多肽骨架二面角扭转势能参数，在参照OPLS-AA/L力场的骨架参数的基础上，进行了必要的优化，从而与我们的浮动电荷静电势相一致。我们把NMA、丙氨酸残基二肽分子和甘氨酸残基二肽分子，尤其是丙氨酸残基二肽分子作为模型分子拟合从头计算LMP2/cc-PVTZ(d，f)构象能和HF/6-31G优化的构象结构数据来得到我们模型的肽骨架二面角扭转势能参数，其它的参数来源于对小分子的计算。
首先列举和讨论以下ABEEM模型下的丙氨酸残基二肽分子三种构象的电荷分布，其结构示意图如图8-37所示，分子中原子编号如图8-36所示。表8-25中我们可以看到，由于在c7eq、c7ax构象中存在着肽键结构的氢键，所以在形成氢键的原子或孤对电子电荷区域发生了一定的电荷极化，在ABEEM-1模型下，c7eq、c7ax构象的O3和H19原子的电荷分别为-0.41e，0.44e和-0.40e，0.44e，而c5构象的相应电荷只有-0.38e和0.41e；同样，在ABEEM-2模型下c7eq、c7ax构象的O3的孤对电子区域和H19原子的电荷分别为-0.217e，-0.199e，0.398e和-0.203e，-0.20e，0.402e，而c5构象的相应电荷只有-0.185e，-0.181e和0.357e。
以上对构象中的重要区域电荷进行了比较和分析，来探讨电荷极化。对于不同构象的整体电荷分布情况，我们对六种构象的偶极矩用两种模型作了计算，结果列于表8-26中。ABEEM-1模型下的NMA的偶极矩为3.82，几乎与实验值相等，ABEEM-2模型下的NMA的偶极矩为4.10，略大于实验值。丙氨酸二肽分子的五种构象的偶极矩的大小顺序与从头计算（HF/6-31G）的结果相同。除了C5构象的偶极矩偏小外，其它的构象的偶极矩都与从头计算的结果符合得很好，从而可以证明我们的模型无论从电荷的局域极化还是从全局的电荷分布和极化都能很合理地描述和计算。
