第11章 计算化学简介.ppt

;11.1 量子化学计算基本原理 11.1.1 从头计算方法 11.1.2 本征方程的矩阵表述与厄米方阵对角化 11.1.3 HFR方程 11.1.4 计算方法 11.1.5 基组;11.2 三种基本的任务类型：SP、OPT、FREQ 11.2.1 Gaussian程序简介 11.2.2 分子几何构型的输入 11.2.3 分子势能面上的驻点 11.2.4 单点能量计算 11.2.5 分子几何构型优化 11.2.6 频率分析;11.3 Gaussian在科学研究中的应用 11.3.1 电子给体-电子受体之间的相互作用 11.3.2 双自由基损耗臭氧的机理研究 11.3.3 高精度能量模型: G2方法 11.3.4 IRC与反应途径 11.3.5 NMR化学位移的计算 11.3.6 溶液中的分子 11.3.7 分子间相互作用的计算 11.3.8 洋葱算法;11.4 HyperChem程序应用简介 11.4.1 概述 11.4.2 分子模型的构建 11.4.3 分子几何构型的优化 11.4.4 单点能计算 11.4.5 红外光谱的计算 11.4.6 电子光谱的计算 11.4.7 分子势能曲线的计算 11.4.8 生物大分子的构建;11.5 一些常用计算程序简介 11.5.1 材料模拟软件Materials Studio 11.5.2 纳米器件模拟软件ATK 11.5.3 计算机辅助药物设计软件Sybyl;; 近二三十年來，理论方法的发展和计算机技术的进步，使计算化学逐步成为化学家手中的有力工具。 福井谦一曾说：从古代炼金术起，化学就被看成是一门“不进行实验就一无所知”的神秘学问。他指出：化学发展的方向是非经验化。化学向非经验化的发展主要得益于量子力学。1927年，Heitler和London首次用量子力学计算揭示共价键的奥秘，量子化学宣告诞生。然而，巨大的计算困难令量子化学举步维艰。P.A.M.Dirac的名言是这一境况的真实写照：“大部分物理学和全部化学的定律之数学基础，我们已完全了解，而唯一的困难仅仅是正确应用这些定律时所导出的方程，解起来太困难”。分子轨道理论的奠基人R. S. Mulliken在1958年表示，对精确的量子化学计算不抱希望。当时，持这种观点的化学家不在少数。; 然而，1966年，R. S. Mulliken在荣获诺贝尔化学奖时的演讲词中却表明了他的乐观态度：“(我1958年不赞成Dirac的)那篇文章已经过时，这是由于计算机迅速发展的结果……计算化学家的时代即将到来。到时，若不是成万也是成千的化学家，为了化学中日益增多的许多细节问题将走向计算机，而不是实验室” 。这一预言在以后的岁月里逐步变为现实。 分子轨道对称性守恒原理的发现和应用，使量子化学由面向静态发展到面向动态，福井谦一和R. Hoffmann因这项里程碑式的成就荣获1981年诺贝尔化学奖。量子化学发展了一系列理论和计算方法，各种计算软件被越来越多的化学家使用，对化学的进步产生了深远影响。; 1998年，诺贝尔化学奖授予Walter Kohn和John A. Pople，以表彰他们在量子化学领域作出的开创性贡献。颁奖公报的措词非同寻常： “当接近90年代快结束的时候，我们看到化学理论和计算的研究有了很大的进展，其结果使整个化学正在经历着一场革命性的变化。” “这项突破被广泛地公认为最近一二十年来化学学科中最重要的成果之一。” “Pople已经将量子化学发展成为广大化学家所使用的工具，将化学带入一个新时代，在这个新时代里，实验和理论能够共同协力探讨分子体系的性质。化学不再是纯实验科学了。”; —— Walter Kohn; —— John A. Pople; 由于Pople的巨大贡献，从头计算从专家手中走出，成为广大化学工作者和大学生手中的工具。90年代前期，Kohn发展的密度泛函方法(DFT)进入，使这一软件功能更加强大。化学由只实验不计算，演变为先实验再计算，进而先计算再实验，形成Pople所说的“模型化学”（model ch