Gaussian程序在化学教学中的应用.pdfVIP

第29卷第6期 泰 山学 院学 报 Vo1．29 N0．6 2007年 11月 J0URNAL 0F TAIsHAN UNIVERSITY Nov． 20o7 Gaussian程 序 在 化 学 教 学 中 的 应 用 程学礼 ，赵燕云 (1．泰山学院化学系，山东 泰安 271021；2．曲阜师范大学化学科学学院，山东 曲阜 273165) [摘 要] 本文讨论了Gaussian程序在高校化学学科教学中的一些应用，如进行结构优化并能计算振动 频率、电子布居、核磁共振、前线轨道等数据．这些化学信息可以极大地丰富课堂教学的内容． [关键词] Gaussian程序；化学教学；结构优化；振动频率；前线轨道 【中图分类号] 0611．6 [文献标识码] A [文章编号] 1672—259o(2oo~)o6—00100—04 随着计算机技术和软件的迅速发展，它们也逐渐渗透到高校化学课堂中并受到重视，得到越来越广 泛的应用．计算机辅助教学已逐步深入到化学教学 和化学实验中 。】，不仅大量的化学软件及Power． Point，Authorware，Hash，Photoshop 等都应用于课件制作中，也包括一些专业软件如CS Chem3D，Chem． Window，GaussView和Gaussian程序等．在化学学科教学中使用专业化学软件，可以解决教学中的许多难 题，克服传统教学中可视化差、形象不够直观的缺点，从而使深奥、抽象的理论知识形象化、简单化，在有 限的学时内增加教学容量和信息量，提高教学质量 ．量子化学计算达到的精度不但能与实验结果很好 的符合，有时甚至能超过实验中所测得的精度 】，因而在药物辅助设计，大气化学、光化学和燃烧化学的 反应机理的研究中得到广泛应用．但是，把量子化学计算应用于化学学科教学中才剐刚起步，目前在有 机化学教学中应用较多 ，主要局限在分子结构的优化上 ．笔者认为，把化学专业软件应用于教 学，可以丰富课堂教学的内容，为学习提供大量的化学信息，激发学生的学习热情．在本文中，笔者将根 据近年来在量子化学计算方面的经验，结合一些绘图软件和结构查看软件如GaussView、ChemWindow 等，对Gaussian程序在高等学校化学学科教学中的应用展开探讨． 1 结构优化 使用Gaussian程序可以对物质进行结构优化，包括一些含有特异键型、结构复杂的物质．它特别适 合那些不能够稳定存在、实验上难以观测的自由基、中间体和过渡态的结构优化，与实验相互补充，并能 够节省大量的实验费用和药品，成为研究反应机理的重要工具．由于量子计算Gaussian程序越来越成为 理论和实验化学家的重要工具，它理所当然应该成为我们课堂教学手段．例如，乙环唑(etaeonazoh)对多 种真菌具有抑制或杀灭作用，是原汽巴嘉基公司开发的一种环菌唑类杀菌剂n ．它的结构非常特殊，含 有一个苯环和两个五元环．笔者使用Gaussian98程序包在B3LYP／6—31G基组水平上对其进行了全优 化，其结构和部分键长、键角数据如图1所示．只要选择足够小的基组，我们就可以对大分子的结构进行 优化，但太小的基组水平在学术上没有太大意义，但在教学上却可以给学生提供许多重要的信息． Gaussian程序还可以用来区分、优化同一分子的各种不同异构体，任何一个原子的位置变化都可以 优化出来，它甚至可以优化出手性分子对映体的结构．图2画出了一对在B3LYP／6—311++G**对映 体的结构和结构参数，它们互为镜中的像，计算结果表明能量差仅为0．00525kJ／mol，是可以忽略的，二者 能量E没有差别． [收稿13期]2007—09—25 [基金项目]泰山学院教改资助项目(200525)． [作者简介]程学礼(1975一)，男，山东新泰人，泰山学院化学系讲师，硕士 第6期 程学礼等：Caussian程序在化学教学中的应用 l0l 图1 B3LYP／6—31G基组水平上优化得到的农药乙环唑的结