分子模拟与计算化学 Lec 00 概述

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1、分子模拟与计算化学ComputationalChemistryandMolecularModeling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学习计算化学,需要一些必要的知识和条件,大家还要边学习,边做练习,这样才能真正理解各种概念和理论的含义.一般而言,学习需要一定的量子化学基础,但是大家学习过结构化学,知道薛定谔方程,电子组态也就足够了.PC机计算机是必须的,软件大

2、家自己准备,熟悉Windows以及Linux操作系统计算机操作系统应该掌握Windows和Linux两种,因为Windows对于搭建模型和处理数据十分方便,而Linux对于并行是十分方便的,Windows在并行计算方面就要差很多.虽然Gaussin03的D.01版本支持Windows下并行,但是也是采用了微软提供的仿Linux服务.课程安排与考核学习分子模拟与计算化学的目的是为了解决化学问题1：集中讲授计算化学的理论体系。2：确定研究课题，熟悉计算软件。课程讨论与考核：进行课程讨论占20分。课程研究总结占40分。理

3、论考核占40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QuantumChemistry,第五版,I.LevineMolecularModeling–PrinciplesandApplications,A.R.Leach(AddisonWesleyLongman)ComputationalChemistry–Introductiontothetheoryandapplicationsofmolecularandquantummechanics,E.Lewars(Kluwer)AChemist

4、’sGuidetoDensityFunctionalTheory,W.KochandM.C.Holthausen(Wiley)参考资料（续）ExploringChemistrywithElectronicStructureMethods,J.B.ForesmanandA.Frisch(GaussianInc.)Gaussian公司为计算化学的发展提供了重要的学习材料,就是这本<用电子结构方法研究化学问题>,它把很多可用Gaussian软件研究的化学问题选为测试用的例子,对计算十分有帮助.如果你的计算体系和方法与其中

5、的例子相同或相近,就很容易进行正确的研究.Gaussian03用户使用手册(中文)H.B.Schlegel的讲义(ComputersinChemistry-MolecularModeling),http://chem.wayne.edu/~hbs/chm6440/分子模拟与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我们所研究的对象必然与环境有关,比如其温度,状态,是气体,液体还是固体,压力,搅拌,等等,而我们量子化学计算的是体系在真空,0K下的性质,为了能够从理论上对它们进行研究,必须将

6、实际的化学问题模型化,比如我们计算了一个水分子的结构,那么我们对应最近的可能是水分子在气态下的结构,与其在液态下的结构差别就很大了。在计算化学研究中,关键就是针对所研究的化学对象,所感兴趣的化学问题,进行模型化,模型化的好坏直接关系到研究结果的可靠性,重要性.所有计算化学上的好文章,都满足这个要求。在计算中,主要是把分子结构,化学性质和反应性能等模型化。可以进行简单的定性解释,也可以得到精确的定量结果必须平衡计算成本和模型方法的精确度在计算时,有的计算可能只花费几秒钟,有的可能要花费数个月才能完成.一个模型越接近真

7、实实验情况就会越复杂,就要花费的更多的时间,因此,我们在计算时要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不过这种方法作经常使用,而且在结构化学的发展中曾起过重要的作用,比如蛋白质的alpha螺旋模型,DNA的双螺旋模型等等。即使在现在,如果我们无法得到分子的气相结构或晶体结构,它也是进行量子化学计算所需要的初始结构。把分子用硬

8、球和弹簧的方式来表示在分子力学中,我们把分子看成由原子这种硬球在化学键这种弹簧下组合起来的结合体，我们可以计算各个结构下这个结合体的相对能量,从而得到其最稳定的结构,也就是我们化学上稳定的分子结构。可以计算变形的相对能量在进行分子力学计算前,首先要根据物理模型得到其能量的表达式,也就是力场,在表达式中有很多经验参数,它们必须从实验或从头算量子化学计算推导和拟