計算化學(xué)-緒論

1、計算化學(xué)是計算化學(xué)是理論化學(xué)理論化學(xué)的一個分支。是計算的一個分支。是計算機科學(xué)與化學(xué)的交叉學(xué)科。機科學(xué)與化學(xué)的交叉學(xué)科。1.1.利用計算機程序解利用計算機程序解量子化學(xué)量子化學(xué)方程來計算方程來計算物質(zhì)的性質(zhì)（如能量，偶極距，振動頻率物質(zhì)的性質(zhì)（如能量，偶極距，振動頻率等），用以解釋一些具體的等），用以解釋一些具體的化學(xué)問題化學(xué)問題。2.2.利用計算機程序做利用計算機程序做分子力學(xué)分子力學(xué)和和分子動力分子動力學(xué)學(xué)模擬。簡稱模擬。簡稱分子模擬分子模擬。1.1.計算化學(xué)的概念計算化學(xué)的概念幾個概念的區(qū)別與聯(lián)系幾個概念的區(qū)別與聯(lián)系 量子化學(xué)：量子力學(xué)量子化學(xué)：量子力學(xué)化學(xué)化學(xué) 理論化學(xué)：量子化學(xué)理論化

2、學(xué)：量子化學(xué)+ +動力學(xué)統(tǒng)計力學(xué)動力學(xué)統(tǒng)計力學(xué) 計算化學(xué)：量子化學(xué)計算化學(xué)：量子化學(xué)- -分子力學(xué)分子力學(xué)- -分子動力學(xué)分子動力學(xué) 理論化學(xué)計算化學(xué)？理論化學(xué)計算化學(xué)？ 計算機化學(xué)計算化學(xué)？計算機化學(xué)計算化學(xué)？ 分子模擬：分子力學(xué)分子動力學(xué)分子模擬：分子力學(xué)分子動力學(xué) 分子模擬計算化學(xué)？分子模擬計算化學(xué)？長期以來，化學(xué)一直被科學(xué)界公認(rèn)為一門長期以來，化學(xué)一直被科學(xué)界公認(rèn)為一門純實驗科學(xué)純實驗科學(xué)。其理由要追溯到人類認(rèn)識自然的兩種科學(xué)其理由要追溯到人類認(rèn)識自然的兩種科學(xué)方法。方法。2.計算化學(xué)的建立計算化學(xué)的建立 歸納法歸納法 ( F. Bacon, 1561-1626 ) 演繹法演繹法 (

3、R. Decartes, 1596-1650 )公理假設(shè)公理假設(shè)模模 型型實驗實驗檢驗檢驗形式理論形式理論二次形式化、二次形式化、近似、計算近似、計算和模擬和模擬預(yù)預(yù) 測測設(shè)計實驗設(shè)計實驗實驗數(shù)據(jù)實驗數(shù)據(jù)唯象理論唯象理論“預(yù)測預(yù)測”數(shù)據(jù)擬合數(shù)據(jù)擬合檢驗檢驗 依 據(jù) 目 標(biāo) 數(shù)學(xué)工具 歸納法 實驗事實 經(jīng)驗公式、 規(guī)律 唯象理論 較簡單 演繹法 正確普適的 公理和假設(shè) 形式理論 較高級、 復(fù)雜 迄迄80年代，歸納法是多數(shù)化學(xué)家采用的唯一科年代，歸納法是多數(shù)化學(xué)家采用的唯一科學(xué)方法；演繹法在化學(xué)界從未得到普遍承認(rèn)學(xué)方法；演繹法在化學(xué)界從未得到普遍承認(rèn)原因：原因：對象復(fù)雜；對象復(fù)雜；習(xí)慣觀念習(xí)慣觀念

4、歸納法歸納法(Reduction)與演繹法與演繹法(Deduction)的比較的比較運用數(shù)學(xué)的多少是一門學(xué)科成熟程度的標(biāo)志。馬克思馬克思數(shù)學(xué)的應(yīng)用：在剛體力學(xué)中是絕對的，在氣體力學(xué)中是近似的，在液體力學(xué)中就已經(jīng)比較困難了；在物理學(xué)中是試驗性的和相對的；在化學(xué)中是最簡單的一次方程式；在生物學(xué)中等于零。恩格斯恩格斯恩格斯的論斷反映了恩格斯的論斷反映了19世紀(jì)中葉自然科學(xué)各學(xué)科的世紀(jì)中葉自然科學(xué)各學(xué)科的“成成熟程度熟程度”。表明各學(xué)科研究對象。表明各學(xué)科研究對象 物質(zhì)運動形式與規(guī)物質(zhì)運動形式與規(guī)律律 其復(fù)雜程度的差異其復(fù)雜程度的差異然而，一百多年來科技的發(fā)展使各學(xué)科的然而，一百多年來科技的發(fā)展使各學(xué)

5、科的“成熟程度成熟程度”發(fā)生了巨大變化發(fā)生了巨大變化二十世紀(jì)八十年代以來，先進的分析儀器的應(yīng)用、量子二十世紀(jì)八十年代以來，先進的分析儀器的應(yīng)用、量子化學(xué)計算方法的進展和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，對化學(xué)化學(xué)計算方法的進展和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，對化學(xué)科學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了沖擊性的影響。其研究內(nèi)容、方法、科學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了沖擊性的影響。其研究內(nèi)容、方法、乃至學(xué)科的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都在發(fā)生深刻的變化。乃至學(xué)科的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都在發(fā)生深刻的變化。冶金、建材工業(yè)推動了無機藥物、染料、釀酒工業(yè)推動了有機 經(jīng)典價鍵理論、苯結(jié)構(gòu)奠定有機化學(xué)基礎(chǔ)經(jīng)典價鍵理論、苯結(jié)構(gòu)奠定有機化學(xué)基礎(chǔ) 元素周期表奠定無機化學(xué)基礎(chǔ)元素周期表奠定無機化學(xué)基

6、礎(chǔ) 無機、有機化學(xué)在19世紀(jì)率先建立物理化學(xué)在20世紀(jì)初形成。旨在揭示化學(xué)反應(yīng)的普遍規(guī)律 反應(yīng)進行的方向、程度和速度Gibbs 化學(xué)熱力學(xué)Gibbs自由能：G = H TS 反應(yīng)速率常數(shù)：RTEaeAk Arrhenius 化學(xué)動力學(xué)物理化學(xué)的建立使化學(xué)科學(xué)開始擁有了理論。高等數(shù)學(xué)首次派上了用場 雖然僅是一階的常、偏微分方程而已（以后在經(jīng)典統(tǒng)計熱力學(xué)中用到了概率論）經(jīng)典物理化學(xué)的理論是唯象的，是有限的地球空間內(nèi)宏觀化學(xué)反應(yīng)規(guī)律的經(jīng)驗總結(jié)30年代量子化學(xué)和量子統(tǒng)計力學(xué)分支的形成使化學(xué)科學(xué)開始與演繹法“沾上了邊”。但在80年代前進展十分緩慢二十世紀(jì)初理論物理兩項重大突破二十世紀(jì)初理論物理兩項重大突

7、破量子力學(xué)是描述微觀世界結(jié)構(gòu)、運動與變化規(guī)律的物理科學(xué)。量子力學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展標(biāo)志著人類認(rèn)識自然實現(xiàn)了從宏觀世界向微觀世界的重大飛躍。 Einstein廣義和狹義相對論（1905） 量子力學(xué)的創(chuàng)建量子力學(xué)的創(chuàng)建（19251926）計算化學(xué)的理論背景計算化學(xué)的理論背景Heisenberg、Schrdinger、Dirac、Born等于19251926創(chuàng)建30年代初由von Neumann完成形式理論體系量子力學(xué)量子力學(xué)的建立未依據(jù)任何實驗事實或經(jīng)驗規(guī)律。它用少數(shù)幾條基本假定作為公理，由此出發(fā)，通過嚴(yán)格的邏輯演繹，迅速地建成一個自洽、完備、嚴(yán)密的理論體系是演繹法最成功的實例微觀粒子或體系的性質(zhì)由狀態(tài)

8、波函數(shù)微觀粒子或體系的性質(zhì)由狀態(tài)波函數(shù) 唯一唯一確定，確定， 服從服從Schrdinger方程方程基本運動方程Hti Schrdinger方程：方程：Hamilton算符：算符：在在 10-13 m的微觀層次，方程放之四海而皆準(zhǔn)的微觀層次，方程放之四海而皆準(zhǔn)方程建立容易，困難在于求解方程建立容易，困難在于求解 Schrdinger方程量子力學(xué)量子力學(xué)為計算化學(xué)的為計算化學(xué)的形成奠定了理論基礎(chǔ)，形成奠定了理論基礎(chǔ)，計算計算機科學(xué)機科學(xué)的發(fā)展促進了計算化的發(fā)展促進了計算化學(xué)的迅速發(fā)展。它幫助化學(xué)學(xué)的迅速發(fā)展。它幫助化學(xué)家在原子、分子水平上闡明家在原子、分子水平上闡明化學(xué)問題的本質(zhì)，在創(chuàng)造特化學(xué)問題

9、的本質(zhì)，在創(chuàng)造特殊性能的新材料、新物質(zhì)方殊性能的新材料、新物質(zhì)方面發(fā)揮重大的作用。面發(fā)揮重大的作用。現(xiàn)代現(xiàn)代化學(xué)發(fā)展的特征之一：計算化學(xué)的化學(xué)發(fā)展的特征之一：計算化學(xué)的蓬勃發(fā)展蓬勃發(fā)展 （1 1）國際科學(xué)界的共識和認(rèn)同）國際科學(xué)界的共識和認(rèn)同 19981998年度的諾貝爾化學(xué)獎，授予了在計算化學(xué)領(lǐng)域做出年度的諾貝爾化學(xué)獎，授予了在計算化學(xué)領(lǐng)域做出杰出貢獻的杰出貢獻的和和3. 計算化學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀計算化學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀（2 2）各類量子化學(xué)、理論化學(xué)、計算化學(xué)等學(xué)各類量子化學(xué)、理論化學(xué)、計算化學(xué)等學(xué)術(shù)機構(gòu)不斷出現(xiàn)，術(shù)機構(gòu)不斷出現(xiàn)，人力、物力、財力向計算化人力、物力、財力向計算化學(xué)領(lǐng)域轉(zhuǎn)移集中；學(xué)領(lǐng)域轉(zhuǎn)

10、移集中；中國化學(xué)學(xué)科的教研基地，幾乎都成立了中國化學(xué)學(xué)科的教研基地，幾乎都成立了理論理論和計算化學(xué)研究中心和計算化學(xué)研究中心：北大、南大、吉大、夏：北大、南大、吉大、夏大、武大、山東大學(xué)等等。大、武大、山東大學(xué)等等。 （3 3）計算化學(xué)相關(guān)學(xué)術(shù)刊物的創(chuàng)刊）計算化學(xué)相關(guān)學(xué)術(shù)刊物的創(chuàng)刊美國化學(xué)會，英國皇家化學(xué)會，美國化學(xué)會，英國皇家化學(xué)會，Elsevier, Springer 等等出版社；出版社；（4 4）論文數(shù)量的劇增、研究工作的廣泛深入）論文數(shù)量的劇增、研究工作的廣泛深入和應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬和應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬（ 5 5）學(xué)術(shù)交流頻繁學(xué)術(shù)交流頻繁2003.7 第一屆國際理論化學(xué)、分子模擬和生命科學(xué)研第

11、一屆國際理論化學(xué)、分子模擬和生命科學(xué)研討會（中國科學(xué)院，北京）討會（中國科學(xué)院，北京）（6 6）可行性、通用性，正在成為一種常規(guī)研究方）可行性、通用性，正在成為一種常規(guī)研究方法：法：第三種科研方法第三種科研方法在過去，分子模擬在過去，分子模擬/ /計算化學(xué)常常局限于那些能夠接觸到必計算化學(xué)常常局限于那些能夠接觸到必要的計算機軟硬件的少數(shù)科學(xué)家。操作者自己編寫程序，要的計算機軟硬件的少數(shù)科學(xué)家。操作者自己編寫程序，自己維護計算機系統(tǒng)，自己修復(fù)崩潰的系統(tǒng)。今天，情況自己維護計算機系統(tǒng)，自己修復(fù)崩潰的系統(tǒng)。今天，情況則發(fā)生了巨變：則發(fā)生了巨變：1)1)個人計算機個人計算機/ /計算機工作站甚至較僅僅

12、幾年前的大型計算計算機工作站甚至較僅僅幾年前的大型計算機的功能都要強大的多，而且能夠相對便宜地買到；機的功能都要強大的多，而且能夠相對便宜地買到；2)2)由于軟件可以從商業(yè)公司或科研實驗室得到，人們不必由于軟件可以從商業(yè)公司或科研實驗室得到，人們不必再自己編寫程序?，F(xiàn)在，分子模擬可以在任何實驗室或教再自己編寫程序?，F(xiàn)在，分子模擬可以在任何實驗室或教室實施。室實施。作為一個迅猛發(fā)展的學(xué)科，計算化學(xué)作為一個迅猛發(fā)展的學(xué)科，計算化學(xué)極大地極大地得益于近年來計算機軟硬件的飛速發(fā)展得益于近年來計算機軟硬件的飛速發(fā)展。相。相當(dāng)一部分計算工作可以由個人電腦當(dāng)一部分計算工作可以由個人電腦/ /PC機完成。機完

13、成。第三種科研方法第三種科研方法：實驗研究，理論研究，：實驗研究，理論研究，計計算模擬算模擬。計算化學(xué)的滲透領(lǐng)域：計算化學(xué)的滲透領(lǐng)域：無機、有機分子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、反應(yīng)；無機、有機分子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、反應(yīng)；反應(yīng)途徑、機理的研究；反應(yīng)途徑、機理的研究；結(jié)構(gòu)性能構(gòu)效關(guān)系（結(jié)構(gòu)性能構(gòu)效關(guān)系（QSAR，QSPR）；）；分子設(shè)計、藥物設(shè)計；分子設(shè)計、藥物設(shè)計；生命過程的研究（蛋白質(zhì)、生命過程的研究（蛋白質(zhì)、DNA等）；等）；化學(xué)領(lǐng)域無不涉及。化學(xué)領(lǐng)域無不涉及。計算化學(xué)是化學(xué)與多個學(xué)科的交叉化 學(xué)物理學(xué)計算機科 學(xué)材料科學(xué)生命科學(xué)數(shù) 學(xué)計 算化 學(xué)環(huán)境科學(xué)計算化學(xué)的研究內(nèi)容計算化學(xué)的研究內(nèi)容q一類是一類是理論

14、化學(xué)家理論化學(xué)家，主要致力，主要致力計算化學(xué)方法計算化學(xué)方法的的研究。這些人需要對某個范圍內(nèi)的理論問題具研究。這些人需要對某個范圍內(nèi)的理論問題具有精深的理解，同時還需要有相當(dāng)?shù)挠芯畹睦斫猓瑫r還需要有相當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)和計數(shù)學(xué)和計算機編程算機編程能力。能力。q另一類人是在計算化學(xué)領(lǐng)域中從事另一類人是在計算化學(xué)領(lǐng)域中從事應(yīng)用研究應(yīng)用研究的的人，他們應(yīng)用已成熟的理論、方法和編寫好的人，他們應(yīng)用已成熟的理論、方法和編寫好的軟件進行軟件進行具體體系具體體系的研究。的研究。4. 計算化學(xué)研究簡介計算化學(xué)研究簡介計算化學(xué)的研究范圍計算化學(xué)的研究范圍計算化學(xué)研究的發(fā)展趨勢和方向計算化學(xué)研究的發(fā)展趨勢和方向靜態(tài)（結(jié)

15、構(gòu)與性能關(guān)系）結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系）動態(tài)（分子分子間的相互作用、相互碰撞與相互反應(yīng)等）間的相互作用、相互碰撞與相互反應(yīng)等）小分子體系納米尺度計算方法的改進和融合計算化學(xué)研究一般包括三個階段：計算化學(xué)研究一般包括三個階段：選擇方法：選擇描述體系中分子內(nèi)和分子間相互作用的選擇方法：選擇描述體系中分子內(nèi)和分子間相互作用的模型，一般采用模型，一般采用量子力學(xué)量子力學(xué)和和分子力學(xué)分子力學(xué)。計算體系中各種。計算體系中各種原子、分子排布的能量，并能得到系統(tǒng)能量隨原子分子原子、分子排布的能量，并能得到系統(tǒng)能量隨原子分子位置改變的相應(yīng)變化。位置改變的相應(yīng)變化。計算過程。如能量最小化，分子動力學(xué)或蒙特卡洛模擬，計算過程

16、。如能量最小化，分子動力學(xué)或蒙特卡洛模擬，構(gòu)象搜索。構(gòu)象搜索。(1) 結(jié)果結(jié)果分析分析和誤差評價。分析計算數(shù)據(jù)，從中提取相關(guān)的和誤差評價。分析計算數(shù)據(jù)，從中提取相關(guān)的分子性質(zhì)；檢查計算的實施是否正確無誤，以及結(jié)果誤分子性質(zhì)；檢查計算的實施是否正確無誤，以及結(jié)果誤差的評價。差的評價。一般計算化學(xué)軟件所具有的功能：一般計算化學(xué)軟件所具有的功能：q 建立和顯示分子結(jié)構(gòu)建立和顯示分子結(jié)構(gòu)q 優(yōu)化分子構(gòu)型優(yōu)化分子構(gòu)型q 研究分子的反應(yīng)性研究分子的反應(yīng)性(如從軌道能量、組合系數(shù)、節(jié)點性質(zhì)如從軌道能量、組合系數(shù)、節(jié)點性質(zhì)等根據(jù)前線軌道理論研究分子不同取代基的相對反應(yīng)性、等根據(jù)前線軌道理論研究分子不同取代基的

17、相對反應(yīng)性、反應(yīng)選擇性以及親核、親電試劑的反應(yīng)位置等反應(yīng)選擇性以及親核、親電試劑的反應(yīng)位置等)q 計算顯示分子軌道、電荷分布、靜電勢圖等計算顯示分子軌道、電荷分布、靜電勢圖等q 估計化學(xué)反應(yīng)途徑和機理估計化學(xué)反應(yīng)途徑和機理q 研究分子的動態(tài)性質(zhì)研究分子的動態(tài)性質(zhì)q 研究分子的研究分子的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)-性質(zhì)性質(zhì)(活性活性)關(guān)系關(guān)系(QSPR/QSAR)計算化學(xué)的應(yīng)用計算化學(xué)的應(yīng)用可用于可用于更全面地了解更全面地了解分子的性質(zhì)分子的性質(zhì) 化學(xué)、化學(xué)、生命科學(xué)領(lǐng)域生命科學(xué)領(lǐng)域可以可以預(yù)測預(yù)測尚未合成的化合物的性質(zhì)尚未合成的化合物的性質(zhì)制藥制藥制藥、材料制藥、材料 最終目的是設(shè)計最終目的是設(shè)計- -藥物設(shè)計

18、藥物設(shè)計 ( (有機分子，多肽等有機分子，多肽等) )- -材料設(shè)計材料設(shè)計 ( (固體，表面，晶體，高分子等固體，表面，晶體，高分子等) )- -生物大分子設(shè)計生物大分子設(shè)計 ( (酶，蛋白質(zhì)等酶，蛋白質(zhì)等) )- -其它其它 ( (有機反應(yīng)合成路線設(shè)計等有機反應(yīng)合成路線設(shè)計等) ) 計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展熱門方向熱門方向大量的化學(xué)和生大量的化學(xué)和生命科學(xué)工作者進入該領(lǐng)域，希望應(yīng)用現(xiàn)代的命科學(xué)工作者進入該領(lǐng)域，希望應(yīng)用現(xiàn)代的計算化學(xué)技術(shù)來輔助、指導(dǎo)他們的研究工作。計算化學(xué)技術(shù)來輔助、指導(dǎo)他們的研究工作。 軟件的發(fā)展軟件的發(fā)展使用戶勿需具備高深的理論知使用戶勿需具備高深的理論知識，只要有一般

19、的計算機應(yīng)用能力，就可以識，只要有一般的計算機應(yīng)用能力，就可以很容易地完成許多計算化學(xué)的簡單工作。很容易地完成許多計算化學(xué)的簡單工作。 問題：問題：有許多人甚至連有許多人甚至連最基本最基本的計算化學(xué)概的計算化學(xué)概念都不清楚，就念都不清楚，就沒有目的地沒有目的地急于計算，這實急于計算，這實際上是沒有意義的。際上是沒有意義的。5.計算化學(xué)研究主要涉及的方法計算化學(xué)研究主要涉及的方法計算量子化學(xué)計算量子化學(xué)分子模擬分子模擬 半經(jīng)驗分子軌道方法半經(jīng)驗分子軌道方法 ab initio 分子軌道從頭算方法分子軌道從頭算方法（HF方法方法） DFT 密度泛函方法密度泛函方法超自洽場方法超自洽場方法 微擾方法

20、微擾方法 組態(tài)相互作用法組態(tài)相互作用法 CC方法方法 多參考態(tài)方法多參考態(tài)方法 分子力學(xué)分子力學(xué) 分子動力學(xué)分子動力學(xué)分子力學(xué)方法 把分子用硬球和彈簧的方式來表示 相對于初步搭建的分子模型, 可以更好地得到其穩(wěn)定結(jié)構(gòu) 可以計算變形的相對能量 計算成本低 需要很多經(jīng)驗參數(shù), 這些經(jīng)驗參數(shù)需要仔細(xì)測試和校準(zhǔn) 只能得到穩(wěn)定幾何結(jié)構(gòu) 無法得到電子相互作用的信息 無法得到分子性質(zhì)和反應(yīng)性能的信息 不能研究包含成鍵和斷鍵的反應(yīng)半經(jīng)驗分子軌道理論 對價電子進行近似的描寫 通過解簡化的 Schrdinger 方程而得到 其中的很多積分用含參數(shù)的經(jīng)驗式子來近似 可以半定量地描寫電子分布, 分子結(jié)構(gòu), 性質(zhì)和相對

21、能量 比從頭算電子結(jié)構(gòu)方法計算快, 但是準(zhǔn)確性比從頭算降低從頭算分子軌道方法 使用完全的 Schrdinger 方程, 得到更精確的電子分布 可以系統(tǒng)地進行改進, 直至達到化學(xué)精度 化學(xué)精度: 鍵長0.02A, 鍵角2o, 鍵能2kcal/mol 不需要參數(shù), 也不用實驗來校準(zhǔn) 可以描寫結(jié)構(gòu), 性質(zhì), 能量和反應(yīng)性能 計算成本高密度泛函理論 使用完全的 Schrdinger 方程, 原則上可以得到準(zhǔn)確的電子分布 可以很容易達到很高的精度, 但是無法系統(tǒng)地改進到化學(xué)精度 需要一些猜測泛函和參數(shù), 體系的適用性必須用實驗來校準(zhǔn) 可以描寫結(jié)構(gòu), 性質(zhì), 能量和反應(yīng)性能 計算成本中等總結(jié)分子力學(xué)(Mo

22、lecular mechanicsm)大體系, 結(jié)構(gòu)半經(jīng)驗方法(Semiempirical)中等體系, 粗略性質(zhì)完全從頭算(ab initio calculation)小體系, 準(zhǔn)確性質(zhì)密度泛函(Density functional)中等體系, 準(zhǔn)確性質(zhì)6.計算化學(xué)的軟件計算化學(xué)的軟件 現(xiàn)在有適用于各種操作系統(tǒng)的很多軟件包 大部分都有圖形界面, 可以很容易地構(gòu)建模型和查看結(jié)果 我們將使用Gaussian09作為范本 軟件的使用經(jīng)驗可以很容易地用于其它類似軟件包目前常用的計算化學(xué)軟件目前常用的計算化學(xué)軟件Gaussian 98,03,09 GAMESSMolproCrystalHyperchem

23、Cerius2, Material Studio(材料)Insight II (藥物，大分子，材料)MDL的各種化學(xué)數(shù)據(jù)庫Gaussian 09的功能 Gaussian 09 分子力學(xué), 半經(jīng)驗、從頭算、 密度泛函的分子軌道計算 可用的操作系統(tǒng)版本有Windows和Linux GaussView Gaussian的圖形界面- 預(yù)測分子結(jié)構(gòu)預(yù)測分子結(jié)構(gòu) 給定一個化學(xué)式，通過理論計算定出它的最優(yōu)結(jié)構(gòu)給定一個化學(xué)式，通過理論計算定出它的最優(yōu)結(jié)構(gòu)計算化學(xué)軟件能解決的問題計算化學(xué)軟件能解決的問題分子中原子核運動的勢能函數(shù)分子中原子核運動的勢能函數(shù)- 分子勢能面分子勢能面 (PES)搜索搜索摘自摘自Gau

24、ssian手冊手冊 分子的能量和結(jié)構(gòu)分子的能量和結(jié)構(gòu) 過渡態(tài)的能量和結(jié)構(gòu)過渡態(tài)的能量和結(jié)構(gòu) 振動頻率振動頻率 紅外和拉曼光譜紅外和拉曼光譜 熱化學(xué)性質(zhì)熱化學(xué)性質(zhì) 成鍵和化學(xué)反應(yīng)能量成鍵和化學(xué)反應(yīng)能量 化學(xué)反應(yīng)路徑化學(xué)反應(yīng)路徑 分子軌道分子軌道 原子電荷原子電荷 電多極矩電多極矩 NMR NMR 屏蔽和磁化系數(shù)屏蔽和磁化系數(shù) 振動圓二色性強度振動圓二色性強度 電子親和能和電離勢電子親和能和電離勢 極化和超極化率極化和超極化率 靜電勢和電子密度靜電勢和電子密度單分子性質(zhì)單分子性質(zhì)集團性質(zhì)集團性質(zhì)不可測量性質(zhì)不可測量性質(zhì)- 分子的化學(xué)性質(zhì)分子的化學(xué)性質(zhì)課程目標(biāo)：課程目標(biāo)：了解計算化學(xué)的了解計算化學(xué)的

25、主要方法主要方法和和基本概念基本概念 能夠讀懂相關(guān)領(lǐng)域的能夠讀懂相關(guān)領(lǐng)域的文獻文獻了解常見的計算化學(xué)了解常見的計算化學(xué)軟件的使用軟件的使用掌握基本的計算化學(xué)掌握基本的計算化學(xué)研究思路和方法研究思路和方法。了解計算化學(xué)能干什么，我們可以作哪些工作，作了解計算化學(xué)能干什么，我們可以作哪些工作，作到什么精度，為在自己的研究域開展計算化學(xué)方面到什么精度，為在自己的研究域開展計算化學(xué)方面的研究打一個基礎(chǔ)的研究打一個基礎(chǔ)拓展知識，開闊視野拓展知識，開闊視野認(rèn)知方法，理解原理認(rèn)知方法，理解原理簡單應(yīng)用，提高檔次簡單應(yīng)用，提高檔次學(xué)習(xí)要求：學(xué)習(xí)要求：具有較好的結(jié)構(gòu)化學(xué)基礎(chǔ)和計算機應(yīng)用能力有不低于 P4的微機供

26、練習(xí)用，內(nèi)存大于256M，可使用硬盤不低于2GB。課程要求課程要求：重視基本概念的了解和實際應(yīng)用能力的培養(yǎng)，淡化理論推導(dǎo)和數(shù)學(xué)教學(xué)和考核方法：教學(xué)和考核方法：教學(xué)方法：教學(xué)方法：1、課堂講授；2、小型專題討論；3、上機實踐；考核方法：考核方法： 1、平時成績+結(jié)業(yè)成績；2、出勤8. 主要參考書：主要參考書：1、徐光憲，黎樂民，王德民，量子化學(xué)基本原理和從頭計、徐光憲，黎樂民，王德民，量子化學(xué)基本原理和從頭計算法，算法，1985，科學(xué)出版社；，科學(xué)出版社； 2、林夢海，量子化學(xué)計算方法與應(yīng)用，、林夢海，量子化學(xué)計算方法與應(yīng)用，2004，科學(xué)出版社；，科學(xué)出版社；3、楊頻，高飛，生物無機化學(xué)原理，、楊頻，高飛，生物無機化學(xué)原理，2002，科學(xué)出版社；，科學(xué)出版社；所資料室有書；所資料室有書；4、J. A. Pople等，江元生譯，分子軌道近似方法理論，等，江元生譯，分子軌道近似方法理論，1976，科學(xué)出版社；，科學(xué)出版社；5、王志中，李向東，半經(jīng)驗分子軌道理論與實踐，、王志中，李向東，半經(jīng)驗分子軌道理論與實踐，1981，科學(xué)出版社；科學(xué)出版社；6、廖沐真等，量子化學(xué)從頭計算法，、廖沐真等，量