计算化学概述.pptx

计算化学的一种分类方式量子化学第一性原理：物理研究者对量子化学研究周期性体系的称呼。“第一性”意指理论方法不依赖于经验参数。分子模拟Molecular modellingMolecular simulation 1. 分子动力学 （ Molecular dynamics）2. 蒙特卡罗 （Monte Carlo）3. 分子对接 （ Molecular docking）4. 其他：蛋白质结构预测、分子虚拟筛选、构象搜索、分子设计量子化学的研究对象 主要：分子、团簇等孤立体系 常规处理的体系规模：几个至几百个原子（半经验房卡可到上万） 能解决的问题：计算反应的快慢和难易、计算各类化学过程的能量变化、探究反应的机理、预测和解释各类光谱、预测分子结构、预测分子各种性质（如稳定性、极化率、反应活性、芳香性反应位点、结合位点）、探究成键与电荷分布等 第一性原理研究领域侧重于固体与表面问题，和材料关系密切。如计算不同晶型的稳定性、声子谱、晶格常数、掺杂和缺陷的影响、固体表面吸附和催化、材料的导电性、温度和压力的影响。计算化学解决问题的思想：模型化建立合理的假想模型,或将复杂的实际问题忽略掉次要因素后简化成有限计算能力下易于求解的简单模型。栗：固体性质计算简化成单个晶胞、溶液的光谱计算简化为单个分子+溶剂环境、酶催化计算只考虑活性位点及其附近原子。在有限的计算能力下，针对体系规模和具体问题，采取最合适的计算方法去研究，eg一些量子化学研究的栗子马兜铃酸的静电势定量分布水分子二聚体的范德华表面穿透程度水分子二聚体的范德华表面穿透程度通过独立梯度模性(IGM)考察分子内和分子间的弱相互作用C180 的理论计算的红外光谱几种并苯取代物的理论预测UV-Vis光谱拉曼光谱振动圆二色谱振动圆二色谱(VCD)(VCD) 电子圆二色谱电子圆二色谱(ECD)(ECD)量子化学VS分子动力学 量子化学：基于量子理论，精确、静态的研究单个或少量分子的性质、特征、反应 分子动力学：一般基于经典力学，相对粗糙的 模拟研究 大量 分子的 动态行为 或 宏观性质 分子动力学能研究的性质与问题 宏观可观测性质 密度 溶解性 熔点沸点 蒸发焓、升华焓 介电常数 表面张力 热容 pKa 。 微观性质、特征、结构原子的空间分布、运动轨迹构象、构型分布（玻尔兹曼分布）体系柔性、结构波动程度氢键、盐键、水桥、-堆积等非平衡过程中结构变化过程、扩散/吸附等过程。研究体系可自由搭建，环境模拟（温度、压力、外场等）可自由设定，体系中的一切信息尽在掌握几个分子动力学研究的栗子大肠杆菌酪氨酸激酶活性位点打开过程蛋白质自发进入碳纳米管过程 外电场下冰的生长计算化学的意义和优势能对实验现象进行深入解释能考察实验无法研究的问题（计算化学不是仅为了支持实验化学而存在的！）能廉价的对物质性质、现象进行有效的预测，从而指导实验和生产主流量子化学程序 Gaussian ORCA GAMESS-US ADF NWChem Dalton Molpro Q-chem MOPAC 小众量子化学程序不说了第一性原理程序 CASTEP VASP CPMD OpenMX CP2K ATK Pwmat ONETEP ABINIT经典力学分子动力学程序 生物体系模拟四大家：GROMACS、NAMD、Amber、CHARMM 其他生物体系模拟程序：GROMOS、Discovery Studio、 YASARA、ACEMD、GENESIS 、Desmond 材料模拟：Lammps、DL-POLY-Classic、GULP 、XMD介关动力学模拟:。蒙特卡罗模拟:。可视化、建模程序 GaussView、Chem3D、Multiwfn、VMD、Avogadro、ChemCraft、Gabedit、Molekel、Chimera、Molden、很多很多、其他程序 分子对接：AutoDock、GOLD、Dock、FlexX、Hex 分子设计：MOE、Schrodinger Suite、Sybyl、 同源建模：Modeller、Rosetta、各种在线服务器 反应速率计算：Polyrate、ChemRate、KISTheIP、MESMER、 结构数据库：CCDC、ICSD 构象搜索：Molclus。 其他 ：不说了