计算化学及其应用 01 课程介绍计算化学及其应用 01 课程介绍.ppt

计算化学及其应用 Computational Chemistry and Molecular Modeling 课程目标 介绍当前计算化学领域的基本方法 学会使用各种计算化学软件包, 特别是Gaussian03, InsightII 掌握计算化学领域的理论和计算方法的理论基础, 并且使用它们解决一定的化学问题。 必备条件 量子化学基础 PC机 熟悉Windows以及Linux操作系统 课程安排与考核 学习计算化学的目的是为了解决化学问题 第1个月：集中讲授计算化学的理论体系。 第2个月：确定研究课题，熟悉计算软件。 第3和4个月：进行课题研究，总结计算结果，适当分析计算结果的意义。 课程讨论与考核： 进行两次讨论，各占20分。 期末课题研究总结占60分。 参考资料 量子化学: 基本原理和从头计算法(上,中册), 徐光宪, 黎乐民 Quantum Chemistry, 第五版, I. Levine Molecular Modeling – Principles and Applications, A. R. Leach (Addison Wesley Longman) Computational Chemistry – Introduction to the theory and applications of molecular and quantum mechanics, E. Lewars (Kluwer) A Chemist’s Guide to Density Functional Theory, W. Koch and M. C. Holthausen (Wiley) 参考资料（续） Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods, J. B. Foresman and A. Frisch (Gaussian Inc.) Gaussian03用户使用手册(中文) H. B. Schlegel的讲义, /~hbs/chm6440/ 计算化学理论概述 分子模型的适用范围 可以把分子结构, 性质和反应性能模型化 可以进行简单的定性解释, 也可以得到精确的定量的结果 可以瞬间计算完成, 也可能花费超级计算机几个月的时间 必须平衡计算成本和模型方法的精确度 简单搭建的分子模型 从一些标准的结构或部分来搭建 键长和配位都是固定的 从一些分子的结构来可以得到很好的定性模型 便于使用而且很容易实现 可以对分子的三维结构给出直观的认识 对于分子性质, 能量或反应性能却一无所知 分子力学方法 把分子用硬球和弹簧的方式来表示 相对于初步搭建的分子模型, 可以更好地得到其稳定结构 可以计算变形的相对能量 计算成本低 需要很多经验参数, 这些经验参数需要仔细测试和校准 只能得到稳定几何结构 无法得到电子相互作用的信息 无法得到分子性质和反应性能的信息 不能研究包含成键和断键的反应 半经验分子轨道理论 对价电子进行近似的描写 通过解简化的 Schr?dinger 方程而得到 其中的很多积分用含参数的经验式子来近似 可以半定量地描写电子分布, 分子结构, 性质和相对能量 比从头算电子结构方法计算快, 但是没有它准确 从头算分子轨道方法 使用完全的 Schr?dinger 方程, 得到更精确的电子分布 可以系统地进行改进, 直至达到化学精度 化学精度: 键长?0.02A, 键角?2o, 键能?2kcal/mol 不需要参数, 也不用实验来校准 可以描写结构, 性质, 能量和反应性能 计算成本高 密度泛函理论 使用完全的 Schr?dinger 方程, 原理上可以得到准确的电子分布 可以很容易达到很高的精度, 但是无法系统地改进到化学精度 需要一些猜测泛函和参数, 体系的适用性必须用实验来校准 可以描写结构, 性质, 能量和反应性能 计算成本中等 总结 计算化学的软件 现在有适用于各种操作系统的很多软件包 大部分都有图形界面, 可以很容易地构建模型和查看结果 我们将使用Gaussian03作为范本 软件的使用经验可以很容易地用于其它类似软件包 Gaussian03的功能 Gaussian 03 分子力学, 半经验、从头算、 密度泛函的分子轨道计算 可用的操作系统版本有Windows和Linux GaussView Gaussian的图形界面 * 中等体系, 准确性质 密度泛函 (Density functional) 小体系, 准确性质 完全从头算 (ab initio calculation) 中等体系, 粗略性质 半经验方法 (Semiempirical) 大体系, 结构 分子力学 (Molecular mechanicsm) 当前, 计算机技术的快速发展和量子化学软件包