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计算化学及其应用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,InsightII•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•PC机•熟悉Windows以及Linux操作系统课程安排与考核•学习计算化学的目的是为了解决化学问题•第1个月：集中讲授计算化学的理论体系。•第2个月：确定研究课题，熟悉计算软件。•第3和4个月：进行课题研究，总结计算结果，适当分析计算结果的意义。•课程讨论与考核：–进行两次讨论，各占20分。–期末课题研究总结占60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’sGuidetoDensityFunctionalTheory,W.KochandM.C.Holthausen(Wiley)参考资料（续）•ExploringChemistrywithElectronicStructureMethods,J.B.ForesmanandA.Frisch(GaussianInc.)•Gaussian03用户使用手册(中文)•H.B.Schlegel的讲义,~hbs/chm6440/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•可以进行简单的定性解释,也可以得到精确的定量的结果•可以瞬间计算完成,也可能花费超级计算机几个月的时间•必须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分子力学方法•把分子用硬球和弹簧的方式来表示•相对于初步搭建的分子模型,可以更好地得到其稳定结构•可以计算变形的相对能量•计算成本低•需要很多经验参数,这些经验参数需要仔细测试和校准•只能得到稳定几何结构•无法得到电子相互作用的信息•无法得到分子性质和反应性能的信息•不能研究包含成键和断键的反应半经验分子轨道理论•对价电子进行近似的描写•通过解简化的Schrödinger方程而得到•其中的很多积分用含参数的经验式子来近似•可以半定量地描写电子分布,分子结构,性质和相对能量•比从头算电子结构方法计算快,但是没有它准确从头算分子轨道方法•使用完全的Schrödinger方程,得到更精确的电子分布•可以系统地进行改进,直至达到化学精度–化学精度:键长0.02A,键角2o,键能2kcal/mol•不需要参数,也不用实验来校准•可以描写结构,性质,能量和反应性能•计算成本高密度泛函理论•使用完全的Schrödinger方程,原理上可以得到准确的电子分布•可以很容易达到很高的精度,但是无法系统地改进到化学精度•需要一些猜测泛函和参数,体系的适用性必须用实验来校准•可以描写结构,性质,能量和反应性能•计算成本中等总结分子力学(Molecularmechanicsm)大体系,结构半经验方法(Semiempirical)中等体系,粗略性质完全从头算(abinitiocalculation)小体系,准确性质密度泛函(Densityfunctional)中等体系,准确性质计算化学的软件•现在有适用于各种操作系统的很多软件包•大部分都有图形界面,可以很容易地构建模型和查看结果•我们将使用Gaussian03作为范本•软件的使用经验可以很容易地用于其它类似软件包Gaussian03的功能•Gaussian03–分子力学,半经验、从头算、密度泛函的分子轨道计算–可用的操作系统版本有Windows和Linux•GaussView–Gaussian的图形界面