量子化学计算方法简介资料.ppt

《量子化学计算方法简介资料.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、计算方法(ComputationalChemistry)分子力学(MolecularMechanics)计算方法分子模拟MolecularModeling（宏观）⑴分子动力学法(MD，MolecularDynamics)基于粒子运动的经典轨迹⑵MonteCarlo法(MC)基于统计力学量子力学（QuantumMechanics）量子化学计算（微观）采用经典物理对分子进行处理，根据所采用的力场的不同,分子理论又分为很多种（Amber,MM+,等）半经验方法(AM1,MINDO/3,PM3等)（Semi-empirical）从头算(abiniti

2、o)HFB3LYPMP2MP4QCISD(T)等价键理论（VB）Heitler-London广义价键理论（GVB）2021/7/29分子模拟WhatisMolecularModeling?用计算机模拟化学体系的微观结构和运动，并用数值运算、统计求和方法对系统的平衡热力学、动力学、非平衡输运等性质进行理论预测分子模拟是化学CAD的重要工具之一什么是分子计算机模拟?2021/7/29宏观化学现象是~1024个分子（原子）的集体行为，固有统计属性化学统计力学的局限性：通常仅适用于“理想体系”理想气体、完美晶体、稀溶液等量子化学方法的局限性：对象为平衡

3、态、单分子或几个分子组成的体系；不适用于动力学过程和有温度压力变化的体系为何进行分子计算机模拟?2021/7/29结果精度取决于所采用的粒子间作用势的合理、精确程度。又称为“计算机实验”，是理论与真实实验之间的桥梁分子模拟将原子、分子按经典粒子处理，可提供微观结构、运动过程以及它们与宏观性质相关的数据和直观图象两种主要的分子模拟方法：⑴分子动力学法(MD，MolecularDynamics)基于粒子运动的经典轨迹⑵MonteCarlo法(MC)基于统计力学2021/7/29分子动力学法MolecularDynamicsMethod一、MD法原

4、理将微观粒子视为经典粒子，服从Newton第二定律或若各粒子的瞬时受力已知，可用数值积分求出运动的经典轨迹2021/7/29假定1：有效作用势近似—同MM法假定2：周期性边界条件(PeriodicalBoudaryCondition)困难—欲重现实际体系的统计行为，模拟体系应有足够数量的粒子1dm3水31027个H2O计算机只能处理102~104个粒子！解决办法—赝无限大近似取较小的模拟体系作中心原胞，令其在空间重复排列MD法基本假定2021/7/298个近邻重复单元包围着中心原胞，为其提供合理的边界条件近似中心原胞N≮102计算机实际处理的

5、是原胞内数量较少的粒子二维周期性边界条件示意图2021/7/29111nm的立方原胞含1个苏氨酸(threonine)分子和24个水分子原子总数88分子总数25粒子数取得过少是为求显示的直观欲得合理的模拟结果，原胞体积至少应增大10倍！三维周期边界实例—苏氨酸水溶液模拟2021/7/29用途—预测：⑴复杂有机分子可能的稳定异构体⑵分子量和元素成分已确定的未知化合物的可能分子结构办法：⑴将分子用计算机“加热”至高温（~1000K）例⑵进行“逐步退火”MD计算，在不同温度下取样作为初始构型⑶用MM法作构型优化MD处理用于单个分子(无周期边界)

6、2021/7/29分子力学法MolecularMechanicsMethod原理原子视为经典粒子，原子间作用力用经验势函数表示体系的平衡几何结构由能量最低原理确定分子力学法(MM)用于预测大分子的几何构型，其势函数可用于分子动力学模拟(MD)2021/7/29考虑原子i在其它原子的作用势场Ei(ri)中运动在平衡位置总作用力：作用在粒子上的瞬时合力2021/7/29有效作用势近似粒子的势能Ei及梯度Ei借助经验势函数计算经验作用势二体及三体以上作用势的叠加2021/7/29MM的优缺点每一系列参数都是针对特定原子得出的.没有对于原子各个状态的

7、统一参数.2.计算中忽略了电子,只考虑键和原子,自然就不能处理有很强电子效应的体系,比如不能描述键的断裂.分子理论方法很便宜,可以计算多达几千个原子的体系.优点缺点2021/7/29量子力学QuantumMechanics经典模型的局限—未涉及化学行为的物理本质化合物的性质电子结构化学反应核与电子运动状态的变化伴随有电子跃迁、转移、变价的过程，经典的分子模拟不能处理2021/7/29几种半经验方法(Semi-empirical)1、HMO(HückelMocularOrbital)　30年代处理共轭分子体系，成功地讨论了共轭分子的结构与稳定性

8、，预言了烯烃的加成和环合的可能性。2、EHMO（ExpendHMO）50年代不仅处理共轭分子体系也能处理骨架σ电子。3、CNDO全略微分