计算机结构化学计算和化学过程模拟

第一节：结构化学计算
• 常用结构化学软件
• 1.Hyperchem*：美国Hypercube公司，是优秀的分子模拟软件。 3D建 模动画、可提供量子化学、分子结构、分子动力学等方面计算。 http://www.9iv.com/down/soft/1376.htm • 2.Gaussian 是做半经验计算和从头计算使用最广泛的量子化学软件，可 以研究分子能量和结构，过渡态的能量和结构，化学键以及反应能量， 分子轨道，偶极矩和多极矩，原子电荷和电势，振动频率，红外和拉曼 光谱，NMR，极化率和超极化率，热力学性质，反应路径。 http://www.gaussian.com/ • 3.WinMOPAC为著名的半经验分子轨道计算程序MOPAC的商业版本， 同共享版相比，界面更友好，方法更多。计算出的分子轨道及电荷密度 等可以用三维图形表示出来。http://www.winmopac.com/ • 4.Spartan04图形界面的量子化学从头计算程序。理论方法：HartreeFork，密度泛函，MPn，相关能计算半经验方法，蒙特卡罗和分子力学。 计算类型：单点能计算，几何优化，组态分析。 全部计算和结果的显示 都在图形界面下完成。http://www.hongcam.com.cn /Spartan.htm • 5.AccuModel*：简单准确的分子力学计算软件，可以进行能量最低化， 分项能量计算，各种结构参数计算等
AccuModel软件的性能和使用 • AccuModel软件的性能和对系统的要求：
• AccuModel软件的操作界面和基本操作： • AccuModel软件的基本应用方法
AccuModel软件的性能和对系统的要求
• 系统要求：windows操作系统，CPU486以上，内存16Mb 以上，彩色显示器，适当高标准显卡。 • 功能： • 能够建立并演示准确的分子结构模型 • 提供计算结构参数和热力学参数的手段 • 基于优化计算对分子模型能够进行几何和构象处理 • 利用能量计算方法对分子进行构象分析
Hyperchem 软件的特征和使用方法
• Heperchem软件的性能： • 本软件提供四种结构化学计算方法：分子力学法，半 经验法，从头计算法和密度函数法。 • 本软件能够进行分子结构几何参数优化，振动参数分 析，电子光谱计算分子动力学分析，蒙特卡罗计算， 分子反应过渡态研究，势能曲线绘制，电磁场影响研 究等。 • Hyperchem软件的特点：操作界面简洁，功能全面，不 同方法获得数据可以进行对比，光谱应用特点突出。
计算机结构化学计算的目的和意义
• 计算目标：
• 获得分子的电子云数据、几何数据、热力学数据等 • 实验数据与计算数据对比
• 结构化学计算的意义：
• 建立理论化学基础 • 与实验数据对比，验证已有相关理论和结论 • 获得构效关系。
计算机结构化学计算方法
* 从头计算(ab initio calculation), * 半经验计算(semiexpirical calculation), * 分子力学计算(molecular mechanics calculation)， 其中后者还可以分成静态计算、动态计算和Monte Carlo 计算。
AccuModel软件的基本应用方法
• 建立准确的分子模型并进行多种格式显示 • 对分子模型进行能量最低化计算和优化 • 分子能量参数的计算
• 分子基本参数的测定和计算
• 分子的构效分析
建立准确的分子模型并进行多种格式显示
• 启动软件，并进入分子模型构筑状态 • 选择分子模板或者相应工具按钮在窗口中初步建立 分子模型骨架。 • 对分子模型中的原子和化学键根据要求进行调整和 修改。 • 对分子模型进行能量最低化计算和优化，得到准确 的分子模型。 • 采用三维多格式显示。
分子基本参数的测定和计算
• 输入或者建立一个合理的分子模型，最好事先经过 能量最低化处理。 • 启动analyze/calculate molecular properties指令进 行计算，可以得到以下数据：分子组成式，分子量、 分子外型尺寸、分子体积、偶极矩、对称度、环指 数、分子密度、中心分支度、分子柔性等。 • 测定结果显示在文字信息窗口中。 • 对其他几何信息也可以利用测定工具进行直接测定。
对分子模型进行能量最低化计算和优化
• 建立或输入一个符合要求的分子模型 • 打开能量最低化参数设定窗口，进行计算参数设 定，包括选择计算方法、力场选择、优化和显示 参数选择。 • 通过computation 指令或按钮进行优化运算，运算 过程中分子模型结构不断随之进行调整。 • 打开文字信息窗口可以显示计算过程得到的所有 数据。 • 打开曲线图形窗口后进行能量最低化可以看到动 态的能量曲线变化。
AccuModel软件的操作界面和基本操作
• 程序操作界面： • 下拉菜单：位于顶部，共9组71条指令，包含所有操作指令。 • 工具按钮：位于菜单下面，共计26个。主要用于常规模型控 制与计算操Fra Baidu bibliotek。 • 工具板：位于窗口左侧，共计48项，主要用于建立准确的分 子模型。 • 模型显示窗口：在屏幕中央，用于显示建立的准确分子模型 的三维图形。 • 文字信息显示窗口：用于显示用文字表述的计算结果。 • 曲线图形显示窗口：以曲线图形式表述在计算过程中热力学 参数的变化趋势。
分子的构效分析
• 构效关系的定义：通过理论分析或数学计算 得到化合物分子结构与相应性质之间定量或 定性关系的过程。 • 测定方法是对输入或建立的分子模型，通过 analyze/calculate molecular properties/log P 指令来进行。然后将得到的log P与实际测得 得性质进行比较进行构效分析。
分子能量参数的计算
• 建立或者输入一个符合要求的分子模型 • 启动菜单中computation/calculate energy指令进行 能量计算，计算结果显示在文字信息显示窗口中。 • 计算的能量包括分子的总能量、伸展能、弯曲能、 扭曲能、电子能和其他组合能量 • 如果要获得更详细的能量数据，需要启动 Computation/output energy detail指令，计算结果 作为一个独立的文件存储，除了上述能量外还增加 了其他类型的能量值 • 分子模型窗口、文字信息窗口和曲线图形窗口可以 单独打印和输出。