计算化学简介省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

计计 算算 化化 学学Computational Chemistry郑郑 文文 旭旭E-mail：第1页第一章计 算 化 学 简 介第2页长久以来，化学一直被科学界公认为一门纯试验科学。其理由要追溯到人类认识自然两种科学方法。第3页 归纳法归纳法 (F.Bacon,1561-1626)演绎法演绎法 (R.Decartes,1596-1650)设计试验设计试验试验数据试验数据唯象理论唯象理论“预测预测”数据拟合数据拟合检验检验公理假设公理假设形式理论形式理论二次形式化二次形式化近似、计算近似、计算和模拟和模拟预预 测测模模 型型试验试验检验检验第4页迄1980年代，归纳法是多数化学家采取唯一科学方法；演绎法在化学界从未得到普遍认可原因：对象复杂；习惯观念归纳法归纳法(Reduction)与演绎法与演绎法(Deduction)比较比较第5页利利用用数数学学多多少少是是一一门门科科学学成成熟熟程程度标志。度标志。马克思马克思马克思马克思第6页数数学学应应用用：在在刚刚体体力力学学中中是是绝绝正正确确，在在气气体体力力学学中中是是近近似似，在在液液体体力力学学中中就就已已经经比比较较困困难难了了；在在物物理理学学中中是是试试验验性性和和相相正正确确；在在化化学学中中是是最最简简单单一一次次方方程程式式；在在生生物物学学中中等等于零。于零。恩格斯恩格斯恩格斯恩格斯第7页恩格斯论断反应了19世纪中叶自然科学各学科“成熟程度”。表明各学科研究对象 物质运动形式与规律 其复杂程度差异然而，百年来科技发展使各学科“成熟程度”发生了巨大改变第8页二二十十世世纪纪八八十十年年代代以以来来，先先进进分分析析仪仪器器应应用用、量量子子化化学学计计算算方方法法进进展展和和计计算算机机技技术术飞飞速速发发展展，对对化化学学科科学学发发展展产产生生了了冲冲击击性性影影响响。其其研研究究内内容容、方方法法、乃乃至至学学科科结构和性质都在发生深刻改变。结构和性质都在发生深刻改变。第9页第10页冶金、建材工业推进了无机冶金、建材工业推进了无机药品、染料、酿酒工业推进了有机药品、染料、酿酒工业推进了有机 元素周期表奠定无机化学基础元素周期表奠定无机化学基础无机、有机化学在19世纪率先建立 经典价键理论、苯结构奠定有机化学基础经典价键理论、苯结构奠定有机化学基础第11页物理化学在20世纪初形成。意在揭示化学反应普遍规律 反应进行方向、程度和速度Gibbs 化学热力学Gibbs自由能：G=H TS 反应速率常数：Arrhenius 化学动力学第12页物理化学建立使化学科学开始拥有了理论。高等数学首次派上了用场 即使仅是一阶常、偏微分方程而已（以后在经典统计热力学中用到了概率论）经典物理化学理论是唯象，是有限地球空间内宏观化学反应规律经验总结1930年代量子化学和量子统计力学分支形成使化学科学开始与演绎法“沾上了边”。但在1980年代前进展十分迟缓第13页HeisenbergHeisenberg、SchrdingerSchrdinger、DiracDirac、BornBorn等等于于1925192619251926创建创建3030年代初由年代初由von Neumannvon Neumann完成形式理论体系完成形式理论体系量子力学是演绎法最成功实例量子力学是演绎法最成功实例量量子子力力学学建建立立未未依依据据任任何何试试验验事事实实或或经经验验规规律律。它它用用少少数数几几条条基基本本假假定定作作为为公公理理，由由此此出出发发，经经过过严严格格逻逻辑辑演演绎绎，快快速速地地建建成成一一个个自自洽、完备、严密理论体系洽、完备、严密理论体系第14页微微观观粒粒子子或或体体系系性性质质由由状状态态波波函函数数 唯唯一一确确定，定，服从服从SchrdingerSchrdinger方程方程基本运动方程基本运动方程 Schrdinger Schrdinger方程方程Schrdinger方程：方程：Hamilton算符：算符：在在 1010-13-13 m m微观层次，方程放之四海而皆准微观层次，方程放之四海而皆准方程建立轻易，困难在于求解方程建立轻易，困难在于求解第15页经历80余年，量子力学经受物质世界不一样领域(原子、分子、各种凝聚态、基本粒子、宇宙物质等)试验事实检验，其正确性无一例外。任何唯象理论无法与之同日而语第16页用完备形式理论体系解释和预测不一样科学领域试验结果。量子力学第一原理(First Principle)计算（即从头算）只需用普适物理常数，如普朗克常数、玻耳兹曼常数、光速等而不依赖任何经验参数即可合理预测微观体系状态和性质第17页2020世世世世纪纪纪纪人人人人类类类类光光光光彩彩彩彩夺夺夺夺目目目目标标标标科科科科技技技技成成成成就就就就大大大大多多多多与与与与量量量量子子子子力力力力学学学学相相相相关关关关。量量量量子子子子理理理理论论论论不不不不但但但但有有有有力力力力地地地地促促促促进进进进了了了了社社社社会会会会物物物物质质质质文文文文明明明明，且且且且改改改改变变变变了了了了人人人人类思维方式类思维方式类思维方式类思维方式第18页量子力学建立和发展促进了：当代化学键理论奠基（当代化学键理论奠基（1930）Pauling是出色代表是出色代表Slater、Mulliken、Hund、Heitler-London分分别作出贡献别作出贡献 量量子子力力学学引引入入化化学学，促促进进量量子子化化学学、量量子子统计力学形成统计力学形成Einstein-Bose、Fermi-Dirac 两种统计理论两种统计理论Hckel 分子轨道理论（分子轨道理论（1932）Roothaan方程（方程（1952）计算量子化学发展计算量子化学发展第19页化学科学体系和结构发生深刻改变化学科学体系和结构发生深刻改变对象：宏观现象宏观现象 微观本质微观本质方法学：描述、归纳描述、归纳 演绎、推理演绎、推理理论层次：定性定性 定量定量化学与物理学界限在含糊，在理论上趋于统一化学各分支学科交叉；与其它学科相互渗透带动生物、材料科学进入分子水平带动生物、材料科学进入分子水平与化学相关新领域不停涌现与化学相关新领域不停涌现第20页化化学学及及与与化化学学相相关关学学科科发发展展促促进进了了数数学向化学渗透学向化学渗透 众多数学工具应用于物理化学领域：矩阵代数矩阵代数 复变函数复变函数 数理方程数理方程 数理统计数理统计 数值方法数值方法 群论群论 不可约张量法不可约张量法 李代数李代数 非线性数学非线性数学 含糊数学含糊数学 分型理论与方法分型理论与方法 数学与物理化学交叉使相关数学知识在其它各化学分支亦得以应用第21页一一一一个个个个新新新新交交交交叉叉叉叉领领领领域域域域计计计计算算算算化化化化学学学学已已已已形形形形成成成成。它它它它将将将将帮帮帮帮助助助助化化化化学学学学家家家家在在在在原原原原子子子子、分分分分子子子子水水水水平平平平上上上上说说说说明明明明化化化化学学学学问问问问题题题题本本本本质质质质，在在在在创创创创造造造造特特特特殊殊殊殊性性性性能能能能新新新新材材材材料料料料、新新新新物物物物质质质质方方方方面面面面发挥重大作用发挥重大作用发挥重大作用发挥重大作用第22页依依依依据据据据物物物物理理理理与与与与化化化化学学学学基基基基本本本本原原原原理理理理，建建建建立立立立一一一一个个个个以以以以计计计计算算算算数数数数据据据据（由由由由计计计计算算算算机机机机执执执执行行行行）代代代代替替替替试试试试验验验验测测测测量量量量研研研研究究究究方方方方法法法法，获获获获取取取取化化化化学信息。学信息。学信息。学信息。第23页分子力学（经典牛顿力学）分子力学（经典牛顿力学）半经验分子轨道理论半经验分子轨道理论从头算分子轨道理论从头算分子轨道理论密度泛函理论密度泛函理论分子动力学理论分子动力学理论第24页惯用量子化学计算方法量子力学理论Born-Oppenheimer近似非相对论近似单电子近似Hartree-Fock方方 程程Roothaan方方 程程自洽场从头算SCF-ab initio密度泛函法DFT超 HFLCMTO-X耦合电子对CEPA组 态相互作用CI微扰处理MP多组态自洽场MCSCF价电子从头算EP(VP)模拟从头算SAMO分子碎片法MF梯度近似GGA浮动球高斯法FSGOAM1C-EHMOEHMOIT-EHMOMCNDOCNDOMINDOINDOMNDONDDOPM3MSW-XDV-XLCAO-X局域密度近 似LDA从头算法Ab Initio半从头算法Slater X半经验法Semi-emperical独立电子对IEPA第一原理计算惯用量子化学计算方法量子力学理论Born-Oppenheimer近似非相对论近似单电子近似Hartree-Fock方方 程程Roothaan方方 程程自洽场从头算SCF-ab initio密度泛函法DFT超 HFLCMTO-X耦合电子对CEPA组 态相互作用CI微扰处理MP多组态自洽场MCSCF价电子从头算EP(VP)模拟从头算SAMO分子碎片法MF梯度近似GGA浮动球高斯法FSGOAM1C-EHMOEHMOIT-EHMOMCNDOCNDOMINDOINDOMNDONDDOPM3MSW-XDV-XLCAO-X局域密度近 似LDA从头算法Ab Initio半从头算法Slater X半经验法Semi-emperical独立电子对IEPA第25页优化分子几何构型优化分子几何构型在在势势能能面面上上寻寻找找分分子子稳稳定定构构型型及及过过渡态渡态预预测测相相互互作作用用能能：键键能能、电电离离能能、电电子子亲亲和和势势、生生成成热热、氢氢键键、范范德德华作用、溶剂效应华作用、溶剂效应预测光谱性质预测光谱性质预测反应速率核反应机理预测反应速率核反应机理第26页计算化学是化学与多个学科交叉化化 学学物理学物理学计算机计算机科科 学学材料材料科学科学生命生命科学科学数数 学学计算计算计算计算化化化化 学学学学环境环境科学科学第27页计算化学在化学中地位计算化学在化学各个分支中作用：计算化学在化学各个分支中作用：物理化学：物理化学：用量子力学计算气体熵、热焓等热力学常数，用量子力学计算气体熵、热焓等热力学常数，解释分子光谱，了解分子间作用力等；解释分子光谱，了解分子间作用力等；有机化学：有机化学：用量子力学预计分子相对稳定性，计算反应中用量子力学预计分子相对稳定性，计算反应中 间物及过渡态性质，研究化学反应机理；间物及过渡态性质，研究化学反应机理；分析化学：分析化学：用量子力学了解谱线频率和强度；用量子力学了解谱线频率和强度；无机化学：无机化学：按量子力学方法用配位场理论解释过渡金属配按量子力学方法用配位场理论解释过渡金属配 位化合物性质等位化合物性质等第28页计算化学主要性R.S.Mulliken 1966 Nobel讲演“总之，我愿意强调我信念，计算化学年代已经到来，成百上千化学家以计算机代替试验室，来获取众多化学信息，唯一障碍是必须偿付机时费。”第29页计算化学主要性S.Wilson 1982年 Nobel 物理奖得主“今天，已到达情况是很多时候，计算化学家可用计算机代替试管。相对于传统试验化学技术，计算化学方法不应看作是一个竞争对手，两种方法是相互补充，一个方法提供另一个方法不能提供数据。”第30页计算化学主要性Atkins 物理化学家“传统物理化学面临革命。化学家最终能够处理真实和高度复杂体系。与此同时，当代课程应该反应这一巨变，计算机正开始改变我们思维与教学方式。习惯上，教科书依靠解析公式，对真实体系进行简化，进行理想化零级近似，如理想气体、理想溶液及稳态假定。今天，借助计算机，理想化处理可被更实际和高级模型所取代。它冲击了我们“概念库”，开辟了超越解析公式思维范围，经过真实模拟，提供形成新思维方法机遇。”第31页计算化学方法发展现实状况计算化学方法发展现实状况1927 年海特勒（W.H.Heitler）和伦敦（W.London）就用量子力学来解氢分子波函数，第一次在“精密科学”水平上认识了化学键本质，开创了量子化学或者说开创了理论化学学科。第32页计算化学方法发展现实状况计算化学方法发展现实状况“The fundamental laws necessary for the mathematical treatment of large parts of physics and the whole of chemistry are thus fully known,and the difficulty lies only in the fact that application of these laws leads to equations that are too complex to be solved”P.A.M.Dirac(1902-1984)第33页计算化学方法发展现实状况计算化学方法发展现实状况1952年年H.Schull等等三三人人用用手手摇摇计计算算机机花花两两年年才才完完成成一一个个N2分子从头算。分子从头算。有有些些人人断断言言：用用尽尽世世界界上上纸纸张张恐恐亦亦无无法法完完成成一一个个Fe原原子子计算计算第34页计算化学方法发展现实状况计算化学方法发展现实状况1958年 R.S.Mulliken：对准确量子化学计算不抱希望。1960年L.Pauling：可能我们能够相信理论物理学家，物质全部性质都应该用薛定谔方程来算。但实际上，自从薛定谔方程发觉以来30年中，我们看到化学家感兴趣物质性质只有极少几个作出了准确而又非经验性量子力学计算。1960年代初 R.G.Parr 曾在与友人信中说：“干吗我们非得憋死在波函数里呢?！”第35页计算化学方法发展现实状况计算化学方法发展现实状况首先要将薛定谔方程作玻恩-奥本海默近似、单电子近似、HF平均场近似和原子轨道线性叠加等处理，化成能够实现详细运算哈特里-福克-罗汤(C.C.J.Roothaan)方程(HFR)；然后从这个方程出发，先算分子中每个电子状态，即分子轨道。继而求出整个分子波函数，即分子状态。最终才能求出分子能量、偶极矩、电荷分布、键级等性质。其中哈特里-福克-罗汤方程组需用自洽场方法叠代求解，因为解方程所需已知项本身又依赖于方程最终解。第36页计算化学方法发展现实状况计算化学方法发展现实状况计算中最为费时，是所谓电子相互作用库仑作用矩阵元和交换作用矩阵元。这类包括两个电子二重积分（双电子积分）数量正比于体系中电子总数4次方。比如，计算一个100个电子小分子竟然需要先算1亿个双电子积分。第37页计算化学方法发展现实状况计算化学方法发展现实状况 量量子子化化学学从从二二十十世世纪纪3030年年代代初初理理论论奠奠基基到到9090年年代代末在计算技术与应用上成熟，经历了漫长快要七十年末在计算技术与应用上成熟，经历了漫长快要七十年 这这是是几几代代出出色色理理论论化化学学家家不不懈懈努努力力结结果果，并并得得益益与计算机和计算技术巨大进步与计算机和计算技术巨大进步 19981998年年诺诺贝贝尔尔化化学学奖奖颁颁布布是是计计算算化化学学在在化化学学和和整整个个自自然然科科学学中中主主要要地地位位被被确确立立和和取取得得普普遍遍认认可可主主要要标标志志第38页1998年诺贝尔化学奖得主年诺贝尔化学奖得主Kohn&Pople第39页“.量子化学已经发展成为广大化学家所使用工具，将化学带入一个新时代，在这个新时代里试验和理论能够共同协力探讨分子体系性质。化学不再是纯试验科学了。”“当靠近90年代快结束时候，我们看到化学理论和计算研究有了很大进展，其结果使整个化学正在经历着一场革命性改变。”“这项突破被广泛地公认为最近一、二十年来化学学科中最主要结果之一。”第40页计算化学方法发展现实状况计算化学方法发展现实状况量子化学量子化学分子动力学分子动力学分子力学分子力学分子分子尺度尺度原子个数 量子量子动力学动力学10从头算方法从头算方法半经验方法半经验方法1001,00010,000100,000 从头算从头算分子动力学分子动力学 经验势经验势经典动力学经典动力学第41页第42页化学化学生物生物材料材料第43页第44页1.验证试验结果验证试验结果2.计算结构和性质计算结构和性质3.理论预测分子设计理论预测分子设计4.研究反应机理研究反应机理计算化学在化学中应用计算化学在化学中应用第45页经过计算可得到经过计算可得到1.1.几何结构几何结构,分子轨道分子轨道,电荷密度电荷密度,偶极矩偶极矩,生成热生成热,质子亲和势质子亲和势,电离能电离能,电子亲和能电子亲和能,热力学数据热力学数据,垂直垂直激发能激发能,溶剂化自由能溶剂化自由能,物质酸性物质酸性pKa,pKa,芳香性芳香性,磁性质磁性质等等等等.2.2.可计算红外光谱可计算红外光谱,拉曼光谱拉曼光谱,紫外可见光谱紫外可见光谱,NMR,NMR谱谱第46页C&EN,Aug.7,page 62 化合物性质预测第47页它是一个平面分子吗它是一个平面分子吗?它是生命前物质吗它是生命前物质吗?它有药品活性吗它有药品活性吗?它是炸药分子吗它是炸药分子吗?它在自然界中存在吗它在自然界中存在吗?它能被合成吗它能被合成吗?它有什么用途呢它有什么用途呢?第48页分子吸收光谱分子吸收光谱S-triazineTri-s-triazine第49页生成热生成热第50页相对冲量相对冲量第51页第52页Our predictive data 116.1128.4170.1295nmWenxu Zheng,Ning-Bew Wong,Anmin Tian et al.J.Phys.Chem.A,108(),97第53页静电势静电势 -0.08 -0.06 -0.05 -0.03 -0.02 0.00 0.02 0.03 0.05 0.06 0.08 第54页分子间相互作用分子间相互作用-36.2 kcal/mol-27.5 kcal/mol-26.4 kcal/mol-28.5 kcal/mol-28.1 kcal/mol第55页非线性光学性质非线性光学性质 unit:(3)第56页非线性光学性质非线性光学性质Unit:10-32 esu 第57页非线性光学性质非线性光学性质Unit:10-39 esu 第58页第59页热力学性质计算Comparison of the CBS,W1 and G3 IEs for cis-butene,trans-butene and iso-butene with experiments.第60页Individual energetic contributions to the IE(cis-dichloroethene),IE(trans-dichloroethene),IE(trichloroethene),IE(cis-1-bromopropene)and IE(trans-1-bromopropene)第61页Individual energetic contributions to the IE(CH3).第62页Individual energetic contributions to the IE(Propargy1 Radical)and IE(Al1y Radical).第63页Individual energetic contributions to the IE(Viny1 Radical).第64页Individual energetic contributions to the IE(CH3Br).第65页反应机理研究第66页Bond cleavage in thiocyanates第67页Regioselectivity of the cyanothiolation of the terminal alkynes 第68页 Bond cleavage in the PhSCN bond dissociation energy PhSCN Ph+SCN 74 kcal/mol PhSCN PhS+CN 89 kcal/mol 第69页 Bond cleavage in the PhSCN 第70页 Bond cleavage in the PhSCN 第71页 Bond cleavage in the PhSCN Spatial plots of the LUMO for PhSCN.第72页第73页应用理论化学硕士物体系已具备条件：应用理论化学硕士物体系已具备条件：（1 1）分子力学和经典分子动力学模拟已被用于模拟蛋白质、分子力学和经典分子动力学模拟已被用于模拟蛋白质、核酸等生物大分子三维结构和构象以及分子动力学行为。核酸等生物大分子三维结构和构象以及分子动力学行为。（2 2）线性标度半经验和从头算量子化学方法已能处理线性标度半经验和从头算量子化学方法已能处理生物大分子片段（上千个原子）。生物大分子片段（上千个原子）。（3 3）量子力学与分子力学相结合组合方法使描述酶量子力学与分子力学相结合组合方法使描述酶活性中心或药品结合部位成为可能。活性中心或药品结合部位成为可能。（4 4）从头算分子动力学方法已开始被应用于模拟生物体系）从头算分子动力学方法已开始被应用于模拟生物体系中快速反应。中快速反应。第74页 经过几十年发展，理论化学方法精度逐步经过几十年发展，理论化学方法精度逐步提升、计算方法日趋成熟，可处理体系也越来提升、计算方法日趋成熟，可处理体系也越来越大，为硕士物体系中主要科学问题提供了越大，为硕士物体系中主要科学问题提供了主要工具。主要工具。同时，同时，分子生物学发展也迫切需要理论化学分子生物学发展也迫切需要理论化学研究介入和帮助。研究介入和帮助。第75页生命科学中主要研究方向生命科学中主要研究方向蛋白质和核酸三维结构预测、动力学及功效主要酶催化反应机理配体-受体相互作用生物体系中电荷传递过程生物体系中光化学反应第76页1.1.蛋白质和核酸三维结构预测蛋白质和核酸三维结构预测蛋白质基本单元蛋白质基本单元：氨基酸及肽链肽链肽链第77页一级结构二级结构三级结构四级结构蛋白质三维结构蛋白质三维结构第78页肽链折叠过程肽链折叠过程第79页蛋白质折叠过程反演：蛋白质折叠过程反演：折叠蛋白质展开逆过程分子动力学模拟W.Daggett,Acc.Chem.Res.,35,422第80页溶剂化效应分子动力学模拟：时间尺度溶剂化效应分子动力学模拟：时间尺度长时间模拟(80 ps)短时间模拟(10 ps)V Markov,et al.Acc.Chem.Res.,35,376.第81页酶催化反应机理：酶催化反应机理：酶分子结构特点酶分子结构特点结合部位：结合部位：酶分子中与底物结合酶分子中与底物结合部位区域。部位区域。催化部位催化部位：酶分子中促使底物酶分子中促使底物发生化学改变发生化学改变部位部位活性中心活性中心第82页蛋白质与小分子相互作用蛋白质与小分子相互作用-创新药品研究与发觉创新药品研究与发觉创新药品研究与发觉创新药品研究与发觉从过去相对盲目地大量合成，大量筛选从过去相对盲目地大量合成，大量筛选从过去相对盲目地大量合成，大量筛选从过去相对盲目地大量合成，大量筛选发展为首先确定药品作用靶分子，在此基础上来发展为首先确定药品作用靶分子，在此基础上来发展为首先确定药品作用靶分子，在此基础上来发展为首先确定药品作用靶分子，在此基础上来设计、筛选药品设计、筛选药品设计、筛选药品设计、筛选药品物分子计算机辅助设计物分子计算机辅助设计定量构效关系分析定量构效关系分析(QSAR)成功实例之一：成功实例之一：抗癌药品抗癌药品9-苯胺呀啶苯胺呀啶第83页第84页1.计算固体各种性质计算固体各种性质 能带图态密度能带图态密度2.模拟固体吸附气体物理化学行为模拟固体吸附气体物理化学行为3.计算设计固体材料结构计算设计固体材料结构第85页LST/QST:H2 Adsorption on Pd(111)0.054eV0.96eV1.01eV第86页第87页(n,0)zigzag nanotube(n,n)armchair nanotube(n,m)chiral nanotube第88页第89页第90页第91页OLED器件结构：器件结构：第92页第93页Gaussian03计算化学面临挑战是艰巨，但也正在取得很大进展，年轻化学家若对计算机有兴趣话，那末计算化学是含有令人兴奋前景研究领域。美国化学会会长美国化学会会长 R.R.布里斯罗布里斯罗第94页 Gaussian输入界面输入界面第95页NHNH3 3几何构型优化输入窗口几何构型优化输入窗口第96页NH3振动频率计算输入窗口（作为优化后继作业）振动频率计算输入窗口（作为优化后继作业）第97页 Gaussian应用范围应用范围Gaussian是做半经验计算和从头计算使用最广泛量子化学软件，能够研究：分子能量和结构分子能量和结构过渡态能量和结构过渡态能量和结构化学键以及反应能量化学键以及反应能量分子轨道分子轨道偶极矩和多极矩偶极矩和多极矩原子电荷和电势原子电荷和电势振动频率，红外和拉曼光谱，振动频率，红外和拉曼光谱，NMR极化率和超极化率极化率和超极化率热力学性质，反应路径热力学性质，反应路径计算能够模拟在气相和溶液中体系计算能够模拟在气相和溶液中体系,模拟基态和激发态模拟基态和激发态第98页摘自摘自Gaussian手册手册 分子能量和结构分子能量和结构 过渡态能量和结构过渡态能量和结构 振动频率振动频率 红外和拉曼光谱红外和拉曼光谱 热化学性质热化学性质 成键和化学反应能量成键和化学反应能量 化学反应路径化学反应路径 分子轨道分子轨道 原子电荷原子电荷 电多极矩电多极矩 NMR NMR 屏蔽和磁化系数屏蔽和磁化系数 振动圆二色性强度振动圆二色性强度 电子亲和能和电离势电子亲和能和电离势 极化和超极化率极化和超极化率 静电势和电子密度静电势和电子密度单分子性质单分子性质集团性质集团性质不可测量性质不可测量性质第99页 GaussView 3.0第100页显示显示 Gaussian 计算结果计算结果分子轨道 原子电荷 由电子密度、静电势场、NMR屏蔽以及其它性质得到表 面。能够用实体、半透明和网格三种方式显示。使用不一样颜色来标识不一样部分表面性质用动画方式来演示振动频率用动画方式来演示几何优化过程、势能面扫描、IRC反应路径 第101页 显示表面显示表面第102页 显示光谱第103页 显示分子轨道显示分子轨道第104页 显示优化过程及反应路径显示优化过程及反应路径Steps from a geometry optimization of benzeneThis sequence displays a series structures from an Intrinsic Reaction Path(IRC)calculation of the 1,2 hydrogen shift reaction in which formaldehyde transforms into trans hydroxycarbene第105页HyperChemHyperChemThat make good chemistry第106页构建分子模型及优化构型构建分子模型及优化构型第107页二面角键角键长第108页球模型球棍模型管状模型混合模型第109页DatabasesCrystalDNA第110页DatabasesPolymers第111页理论方法理论方法第112页3D 表面3D 静电势表面3D 总电荷密度2D 静电势表面Property第113页Orbital第114页Electronic Spectrum第115页Molecular Dynamics第116页本课程教学目标介绍计算化学基本理论，方法，程序介绍量子化学基本概念和基础知识本课程特点：理论，科学问题，科学计算第117页课程主要内容量子化学基础计算方法介绍软件使用详细应用示例第118页参考资料1.基础量子化学与应用，刘靖疆，高等教育出版社，72.林梦海编.量子化学计算方法与应用.科学出版社 3.Davic Young.Computational Chemistry.John Wiley&Sons.Inc4.吴兴惠等编.当代材料计算与设计教程.电子工业出版社 第119页硬件平台软件环境操作系统量化软件计算化学所需硬件与软件 第120页Software requirement操作系统WindowsLinux,Solaris,Unix量化软件Gaussian98/03HyperchemChemofficeADF第121页