计算机化学

原子轨道图
• 可直接选取工具栏“Tool”中的图形
• 选用图形进行组装
练习
N CH3
HC 3
C H OO O H
CH2OCH3 O CH2OCH3 O H CH3 H CH3O CH3 OCH3 O OCH3 CH3O OCH3 CH2OCH3
八 基 糖 甲 蔗
Chem3D软件 软件
• 主要功能： 构建三维化学结构 分子物理化学参数 量子化学计算
一、画原子及原子的性质
• 1. 打开Element Table对话框：在Build菜单中选 择Default Element，或者双击Drawing工具。 • 2. 单击Properties...按钮，或者按下Shift键同时 单击元素按钮，将显示当前选择元素的物理属 性。 • 左键单击Drawing工具，把指针移到工作区。 左键单击工作区，将出现一个小圈，代表未成 键的碳原子。
三、选择原子、分子或基团 选择原子、
1．设置选择的级别 (1)原子（atoms），(2)基（residues），(3)分子 （molecules） 例如设置为原子（atoms）的操作步骤： atoms Select→Atoms。 2．关闭Multiple Selections的操作：(1)左键单击 Select菜单。(2)如果Multiple Selections打开， 左键单击来关闭它。
量子化学计算
• 可进行几何优化、分子电子结构、过渡态、振 动光谱、电子光谱等性质的计算 。 (1)MOPAC：半经验量子化学计算 AM1，MINDO/3, MNDO, PM3 (2)从头算量子化学方法 Gamess Gaussian
性质计算
• • • • • 选择菜单“Analyze/Compute properties” 选择“Available”中要计算的性质 单击“add”按钮 单击“OK”，即算出分子的性质。 例如甲苯的沸点为399.895K
改变键长、键角、 改变键长、键角、二面角
• • • • • 选择对象 object →set bond length object →set bond angle object →set Dehedral angle 在右边窗口出现其数值，进行修改即可
分子力学和量子化学计算
– 分子力学计算 1.几何优化 • MM2力场:MM2→Minimize Energy →Run • 或Mechanics→ Minimize Energy→Force Field → MM2→Minimize Energy→Run MM3力场：Mechanics→ Minimize Energy →Force Field→ MM3→Minimize Energy →Run 显示几何参数： 显示几何参数： Analyze/show measurements
键长、 键长、键角或二面角的设置
• 键长的设置： • (1)选择化学键； • (2)选择“Build”菜单中的“Constrain Bond Length” 命令； • (3)输入所需的键长； • (4)单击“OK”。
键角的设置
• (1)选择化学键角涉及的三个原子； • (2)选择“Build”菜单中的“Constrain Bond angle” 命令； ” • (3)输入所需的键角； • (4)单击“OK”
计算机化学
许旋 09级硕士研究生
主要内容
• 一、二维化学分子结构、化学反应方程式 和反应装置的制作 • 二、三维分子结构的制作、几何参数和物 理化学参数的获取 • 三、量子化学计算 • 四、原子轨道图、分子轨道图、静电势图、 电荷密度图等图形的制作 • 四、分子性质和光谱性质的模拟
介绍软件
• • • • • • • • Chemoffice程序 ChemDraw Chem3D HyperChem量子化学的程序包 Gaussview程序 Gaussian程序 Origin程序 SPSS程序
化学反应方程式
• 分子式、符号、文字标注 • 对象的旋转：“选择对象”→“Objet” →“Rotate”
化学反应装置
1.Tools”工具栏选择 结构与仪器 模板按钮，按住鼠标左键，选取 “Clipware, part 1”或“Clipware, part 2”中所需要的仪器； 2．将所要的仪器进行组装 3．存盘
无机物的结构
• H2O • H2SO4 • Fe(CO)5
读取chemDraw结构 结构 读取
• 在chemDraw中画有甲苯结构，存成 C6H6CH3.MOL文件，则Chem3D可打开。
设置结构的显示方式
• 选取View/Setting/Model Dispaly 菜单或F6键， 共有五种不同的显示方式(Model Type)： • (1)Wire Frame，用线表示化学键; • (2)Sticks，用棍表示化学键; • (3)Ball and stick; • (4) Cylindrical Bonds; • (5)Space Filling
设置结构的显示方式
• 设置其他参数 Atom Fill:选Shadowed color • Color • 其他可用默认值
量取键长、键角、 量取键长、键角、二面角
• 选择对象：Edit→Slect→select atom • 量取键长、键角、二面角 键长和键级：用鼠标指向相应的键 键角：选择三个原子，单击第一个原子， 按住Alt键，再单击其他原子。 二面角：选择四个原子。
选择对象
• 选择一个原子 • 选择化学键 • 选择多个原子
删除原子
(1)左键单击Drawing工具进入绘图模式。 (2)右键单击想要删除的原子，或者想要 删除的价键中部。原子或价键就会消失。
删除多个原子或价键
• 1. 左键单击Selection工具进入选择模式。 2. 用左右键在工作区拖出选择的目标。 • 3. 在Edit菜单选择Clear。 • 4. 在提示框中选择Yes。
构建化学结构
• 简单分子可直接输入分子式 选工具栏中的“A”，在编辑区中单击左 键，输入分子式，按回车键结束。 • 复杂分子可用ChemDraw 构建分子结构， 再由Chem3D读取
输入分子式构建分子结构
• • • • • • • • CH4 C2H6 CH3COOH C2H4 CH2ClCOOH C6H6 C5H5N 2-CH3C6H4COOH
参考书
（1）量子化学计算方法与应用，林梦海， 科学出版社 （2）计算化学实验，胡红智，马思渝，北 京师范大学出版社
Chemoffice ---化学结构和实验装 化学结构和实验装 置设计程序包
• ChemDraw软件的使用 • Chem3D软件的使用 • ChemFinder
ChemDraw软件的使用 软件的使用
§2 HyperChem量子化学的程序包 量子化学的程序包
• 功能： 包括分子三维结构的构建与显示 多种分子力学、量子化学方法的计算 计算结果的图形化显示等功能。
建立、 §2.1建立、显示分子骨架模型 建立
• 程序包含有实验数据构成的数据库（键 长、键角、二面角等），可迅速构成分 子体系骨架，建立起3D、2D分子模型。 • 可打开的如Chemoffice等程序建立的分子 结构，文件类型有：Hin, ent, skc, yz, hdf, mol, zmt,ml2, chm
• 画价键 单键 双键 叁键 共轭键 • 画二维草图
三维结构的显示方式的选择
1．选择“Display”菜单中的“Rendering”命令； 2．选对话框中其中一种方法。共有六种： (1)Stick(棍模型)；(2)Balls(球模型)；(3)Ball and Cylinders(球棍模型)；(4)Overlapping Spheres(重叠球模型)；(5)Dot(点模型)； (6)Sticks & Dot(棍和点模型) 3．对Sticks、Balls、或Cylinders的大小或粗细进 行选择。
• 主要功能: 二维化学结构绘图和简单仪器制作: (1)二维分子结构 (2)化学反应式 (3)反应装置
ChemDraw软件的使用 软件的使用
• 启动
开始→所有程序→Chemoffice→Chemdraw Ultra
• 窗口简介:命令菜单栏、作图区 • 命令菜单栏 • 工具栏
二维分子结构的制作
1.乙烷分子结构 重叠式
二面角的设置
• (1)选择二面角涉及的四个原子； • (2)选择“Build”菜单中的“Constrain Torsion” 命令； • (3)输入所需的二面角角度； • (4)单击“OK”。
量子 化学计算
• 方法选择 • 计算(几何优化和单点计算) • 性质计算
计算结果的显示
• 文本 • 图形 分子轨道图 静电势图 电荷密度图
交叉式
• 部分交叉式
二维分子结构的制作
2.非共轭的环状分子
二维分子结构的制作
• 单环化合物 苯、吡喃、吡啶 • 并(稠)环化合物
N
• 联环化合物
显示分子性质
View→Show Chemical Properties Window → 如
文件保存和打开文件
• 保存文件，文件类型 • 打开文件Fra Baidu bibliotek• 复制粘贴
光谱性质的模拟
振动及振动光谱
定量构效关系(QSAR) 定量构效关系
• 结构描述符的计算 • 定量构效关系的建立 • 根据定量构效关系预测分子的性质 • 根据定量构效关系进行分子设计
• • •
• • • • • • • •
2. 分子动力学模拟 MM2→Molecular dynamics→Run 3. 性质计算(键级、空间能) MM2→Compute properties Pi键级：Pi Bond Order 总空间能：Steric Energy Summary 空间能细项：Steric Energy Detail 或Mechanics→Compute properties: 总空间能：Steric Energy Summary 空间能细项：Steric Energy Detail