1、计算机化学,计算机与化学,计算机化学 计算化学 理论化学 量子化学,计算机化学,应用计算机技术进行化学研究的科学。 核心：化学信息，即化学结构、结构与性质的关系。包括： 结构模型构建，化学信号测量，化学图谱解析，分子结构表征，化学数据与图文处理，化学数据挖掘，化学数据库建立，化学文献检索,计算化学,核心是计算。包括化学结构的计算和化学规律的计算。 采用量子化学、分子力学、分子动力学等方法分子或物质的微观结构和物理、化学及生物学行为和过程。,理论化学,运用非实验的的推算来解释或预测化合物的各种现象和性质。 作用：解释物理化学现象和性质，预测物理化学现象和性质，验证、修正和发展化学理论，提出新的理
2、论或计算方法。 分支：量子化学，计算化学（方法与编程），分子模拟，数学化学 主要理论方法：量子化学，分子力学（经典力学研究势能面），分子动力学（经典力学模拟粒子的运动。,量子化学,运用量子力学的基本原理研究化学问题。薛定格(Schrdinger)方程。 量子化学的发展阶段： 19271959：量子力学的创建，化学键理论（1927年鲍林的价键理论，1928年马利肯的分子轨道理论，1929年贝特等的配位场理论）的创建。 1961现在：计算方法和程序。半经验分子轨道法，从头算计算方法，密度泛函方法。,量子化学的研究内容,基础研究：理论和计算方法。 应用研究：应用量子化学处理化学问题，解释和预测化学性
3、质和现象。 研究内容：结构及其稳定性，性质（极性、氧化还原性、光电磁性等），结构与性质的关系，分子内与分子间的相互作用，反应机理。,分子模拟,采用计算机和图形学、量子化学、分子力学、分子动力学等化学理论和计算方法模拟化学体系（分子聚集体）的微观结构和运动过程。 如药物分子与蛋白的对接，蛋白质对接，热力学过程等。,常用化学软件简介,结构建模：ChemSketch, ISIS/Draw, ChemWindow, ChemOffice(Chemdraw, Chem3D) 量子化学计算：Gaussian, HyperChem, ADF 对接：Autoduck 分子模拟集成：CoMFA, Materia
4、l Studio, Insight II,主要内容,一、二维化学分子结构、化学反应方程式和反应装置的制作 二、三维分子结构的制作、几何参数和物理化学参数的获取 三、量子化学计算 四、原子轨道图、分子轨道图、静电势图、电荷密度图等图形的制作 五、分子性质和光谱性质的模拟,介绍软件,Chemoffice程序ChemDrawChem3D HyperChem量子化学的程序包Gaussview程序 Gaussian程序 Origin程序 SPSS程序,参考书,（1）量子化学计算方法与应用，林梦海，科学出版社（2）计算化学实验，胡红智，马思渝，北京师范大学出版社,Chemoffice -化学结构和实验装置
5、设计程序包,ChemDraw软件的使用Chem3D软件的使用ChemFinder,ChemDraw软件的使用,主要功能: 二维化学结构绘图和简单仪器制作: (1)二维分子结构 (2)化学反应式 (3)反应装置,ChemDraw软件的使用,启动 开始所有程序ChemofficeChemdraw Ultra 窗口简介:命令菜单栏、作图区 命令菜单栏 工具栏,二维分子结构的制作,1.乙烷分子结构重叠式交叉式部分交叉式,2.非共轭的环状分子,二维分子结构的制作,二维分子结构的制作,单环化合物苯、吡喃、吡啶并(稠)环化合物联环化合物,显示分子性质,ViewShow Chemical Properties
6、 Window 如,文件保存和打开文件,保存文件，文件类型打开文件复制粘贴,化学反应方程式,分子式、符号、文字标注 对象的旋转：“选择对象”“Objet” “Rotate”,化学反应装置,1.Tools”工具栏选择 结构与仪器模板按钮，按住鼠标左键，选取“Clipware, part 1”或“Clipware, part 2”中所需要的仪器；2将所要的仪器进行组装3存盘,原子轨道图,可直接选取工具栏“Tool”中的图形选用图形进行组装,练习,Chem3D软件,主要功能：构建三维化学结构分子物理化学参数量子化学计算,构建化学结构,简单分子可直接输入分子式选工具栏中的“A”，在编辑区中单击左键，输
7、入分子式，按回车键结束。复杂分子可用ChemDraw 构建分子结构，再由Chem3D读取,输入分子式构建分子结构,CH4 C2H6 CH3COOH C2H4 CH2ClCOOH C6H6 C5H5N 2-CH3C6H4COOH,无机物的结构,H2O H2SO4 Fe(CO)5,读取chemDraw结构,在chemDraw中画有甲苯结构，存成C6H6CH3.MOL文件，则Chem3D可打开。,设置结构的显示方式,选取View/Setting/Model Dispaly 菜单或F6键，共有五种不同的显示方式(Model Type)： (1)Wire Frame，用线表示化学键; (2)Sticks
8、，用棍表示化学键; (3)Ball and stick; (4) Cylindrical Bonds; (5)Space Filling,设置其他参数Atom Fill:选Shadowed color Color 其他可用默认值,设置结构的显示方式,量取键长、键角、二面角,选择对象：EditSlectselect atom 量取键长、键角、二面角键长和键级：用鼠标指向相应的键键角：选择三个原子，单击第一个原子， 按住Alt键，再单击其他原子。二面角：选择四个原子。,改变键长、键角、二面角,选择对象 object set bond length object set bond angle obj
9、ect set Dehedral angle 在右边窗口出现其数值，进行修改即可,分子力学和量子化学计算,分子力学计算 1.几何优化 MM2力场:MM2Minimize Energy Run或Mechanics Minimize EnergyForce Field MM2Minimize EnergyRunMM3力场：Mechanics Minimize Energy Force Field MM3Minimize Energy Run 显示几何参数： Analyze/show measurements,2. 分子动力学模拟 MM2Molecular dynamicsRun 3. 性质计算(键
10、级、空间能) MM2Compute properties Pi键级：Pi Bond Order 总空间能：Steric Energy Summary 空间能细项：Steric Energy Detail 或MechanicsCompute properties: 总空间能：Steric Energy Summary 空间能细项：Steric Energy Detail,量子化学计算,可进行几何优化、分子电子结构、过渡态、振动光谱、电子光谱等性质的计算 。(1)MOPAC：半经验量子化学计算AM1，MINDO/3, MNDO, PM3(2)从头算量子化学方法 Gamess Gaussian,性质
11、计算,选择菜单“Analyze/Compute properties” 选择“Available”中要计算的性质 单击“add”按钮 单击“OK”，即算出分子的性质。 例如甲苯的沸点为399.895K,2 HyperChem量子化学的程序包,功能：包括分子三维结构的构建与显示多种分子力学、量子化学方法的计算计算结果的图形化显示等功能。,2.1建立、显示分子骨架模型,程序包含有实验数据构成的数据库（键长、键角、二面角等），可迅速构成分子体系骨架，建立起3D、2D分子模型。 可打开的如Chemoffice等程序建立的分子结构，文件类型有：Hin, ent, skc, yz, hdf, mol, z
12、mt,ml2, chm,一、画原子及原子的性质,1. 打开Element Table对话框：在Build菜单中选择Default Element，或者双击Drawing工具。 2. 单击Properties.按钮，或者按下Shift键同时单击元素按钮，将显示当前选择元素的物理属性。 左键单击Drawing工具，把指针移到工作区。左键单击工作区，将出现一个小圈，代表未成键的碳原子。,画价键 单键双键叁键共轭键 画二维草图,三维结构的显示方式的选择,1选择“Display”菜单中的“Rendering”命令；2选对话框中其中一种方法。共有六种：(1)Stick(棍模型)；(2)Balls(球模型)
13、；(3)Ball and Cylinders(球棍模型)；(4)Overlapping Spheres(重叠球模型)；(5)Dot(点模型)；(6)Sticks & Dot(棍和点模型) 3对Sticks、Balls、或Cylinders的大小或粗细进行选择。,三、选择原子、分子或基团,1设置选择的级别(1)原子（atoms），(2)基（residues），(3)分子（molecules） 例如设置为原子（atoms）的操作步骤：SelectAtoms。2关闭Multiple Selections的操作：(1)左键单击Select菜单。(2)如果Multiple Selections打开，左键
14、单击来关闭它。,选择对象,选择一个原子 选择化学键 选择多个原子,删除原子,(1)左键单击Drawing工具进入绘图模式。(2)右键单击想要删除的原子，或者想要删除的价键中部。原子或价键就会消失。,删除多个原子或价键,1. 左键单击Selection工具进入选择模式。2. 用左右键在工作区拖出选择的目标。 3. 在Edit菜单选择Clear。 4. 在提示框中选择Yes。,键长、键角或二面角的设置,键长的设置： (1)选择化学键； (2)选择“Build”菜单中的“Constrain Bond Length” 命令； (3)输入所需的键长； (4)单击“OK”。,键角的设置,(1)选择化学键角
15、涉及的三个原子； (2)选择“Build”菜单中的“Constrain Bond angle” 命令； (3)输入所需的键角； (4)单击“OK”,二面角的设置,(1)选择二面角涉及的四个原子； (2)选择“Build”菜单中的“Constrain Torsion” 命令； (3)输入所需的二面角角度； (4)单击“OK”。,量子 化学计算,方法选择 计算(几何优化和单点计算) 性质计算,计算结果的显示,文本 图形分子轨道图静电势图电荷密度图,光谱性质的模拟,振动及振动光谱,定量构效关系(QSAR),结构描述符的计算 定量构效关系的建立根据定量构效关系预测分子的性质根据定量构效关系进行分子设计,
