課程名稱

分子模擬方法

英文名稱

Molecular Modeling

課程編號(hào)

09_030001

學(xué)分

3

學(xué)時(shí)

54

課程類別

□公共學(xué)位課   □公共選修課   □學(xué)科基礎(chǔ)課   □專業(yè)主干課   □專業(yè)選修課

適用專業(yè)

無機(jī)、有機(jī)分析、物化、材料學(xué)科

適用類別

□博士   □碩士  □專業(yè)學(xué)位

開課學(xué)院

化學(xué)化工學(xué)院

開課學(xué)期

第二

主講教師

呂慶章

職 稱

教授

聯(lián)系方式

03733326335

輔講教師

趙玉靈

職 稱

副教授

聯(lián)系方式

18238697162

考核方式

□筆試    □課程論文   □實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)   口試   □其他：

課程簡介

分子模擬方法是隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)高度發(fā)展而逐步在科學(xué)研究中廣泛運(yùn)用的理論化學(xué)方法，已經(jīng)成為與分子研究相關(guān)的科學(xué)領(lǐng)域必不可少的研究輔助手段。包括量子化學(xué)計(jì)算方法、分子動(dòng)力模擬計(jì)算方法等。隨著化學(xué)相關(guān)科學(xué)的深入開展，分子模擬研究技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用和高度的重視，已經(jīng)被應(yīng)用到化學(xué)有關(guān)的化學(xué)鍵理論、材料化學(xué)、藥物化學(xué)、分子生物學(xué)等許多領(lǐng)域。本課程主要向研究生講授量子化學(xué)計(jì)算和分子動(dòng)力學(xué)模擬方法的原理和分子模擬過程中的具體方法思路及技巧。

教學(xué)目的

通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解該技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，熟悉和掌握分子模擬方法的理論、基礎(chǔ)、技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，了解分子模擬可以用來解決什么樣的化學(xué)相關(guān)問題，為進(jìn)一步在實(shí)際的研究中運(yùn)用分子模擬方法進(jìn)行輔助研究打下基礎(chǔ)。

教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時(shí)分配和教學(xué)要求

第一講   緒  論                                       (學(xué)時(shí)數(shù)：3學(xué)時(shí))

介紹分子模擬方法在化學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用，該方法應(yīng)用的科學(xué)意義、與化學(xué)試驗(yàn)學(xué)科研究的相互促進(jìn)關(guān)系，量子化學(xué)的簡單理論基礎(chǔ)，量子化學(xué)計(jì)算的理論輪廓------方法和基組。

第二講   分子模擬計(jì)的各種方法                         (學(xué)時(shí)數(shù)：3學(xué)時(shí))

介紹分子模擬的不同層次方法

第三講   分子軌道理論                                 (學(xué)時(shí)數(shù)：3學(xué)時(shí))

多原子分子分子的分子軌道理論的數(shù)學(xué)形式，包括Hatree近似和Fock近似下的單電子Shrodinger方程，Roothaan-Hall矩陣形式的方程。

第四講  半經(jīng)驗(yàn)量子化學(xué)計(jì)算方法                        (學(xué)時(shí)數(shù)：3學(xué)時(shí))

各種半經(jīng)驗(yàn)量子化學(xué)計(jì)算方法的理論近似方法。

第五講 單電子的特性                                   (學(xué)時(shí)數(shù)：3學(xué)時(shí))

介紹分子軌道的形狀與分子反應(yīng)活性的關(guān)系、電子密度分布、電子布局?jǐn)?shù)、電子自旋密度、分子軌道和自然分子軌道等在研究化學(xué)問題時(shí)的應(yīng)用和分析方法。

第六講 分子軌道理論的基函數(shù)                           (學(xué)時(shí)數(shù)：3學(xué)時(shí))

介紹量子化學(xué)計(jì)算時(shí)的基函數(shù)，基函數(shù)的選擇原則、適用范圍等。

第七講  幾何構(gòu)型優(yōu)化方法                              (學(xué)時(shí)數(shù)：3學(xué)時(shí))

分子的幾何構(gòu)型和化學(xué)反應(yīng)過渡態(tài)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法。

第八講  分子振動(dòng)頻率和能量修正處理方法                (學(xué)時(shí)數(shù)：3學(xué)時(shí))

分子振動(dòng)光譜的計(jì)算和零點(diǎn)能修正。

第九講 相關(guān)能及分子激發(fā)態(tài)                             (學(xué)時(shí)數(shù)：3學(xué)時(shí))

講解分子的相關(guān)能處理方法，分子的激發(fā)態(tài)，可見-紫外光譜。

第十講 密度泛函計(jì)算方法                               (學(xué)時(shí)數(shù)：3學(xué)時(shí))

介紹密度泛函理論方法和TD-DFT含時(shí)密度泛函方法。

第十一講  分子動(dòng)力學(xué)模擬簡介及發(fā)展歷程                (學(xué)時(shí)數(shù)：3學(xué)時(shí))

介紹動(dòng)力學(xué)的各種模型，各種模型在應(yīng)用中不斷提高精度的發(fā)展歷程。

第十二講  分子力學(xué)力場簡介                            (學(xué)時(shí)數(shù)：3學(xué)時(shí))

分子能量函數(shù)表達(dá)形式。

第十三講  分子動(dòng)力學(xué)模擬的基本原理                    (學(xué)時(shí)數(shù)：3學(xué)時(shí))

介紹系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程及積分方法、邊界條件的設(shè)定、算法程序。

第十四講   分子建模                                   (學(xué)時(shí)數(shù)：3學(xué)時(shí))

介紹Packmol、Gaussian 09、Materials Studio等多種軟件，突出建模時(shí)的技巧。

第十五講  分子動(dòng)力學(xué)模擬流程                          (學(xué)時(shí)數(shù)：3學(xué)時(shí))

介紹分子動(dòng)力學(xué)模擬輸入文件的設(shè)定方法，相關(guān)計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)的分析方法。

第十六講  軟件的安裝應(yīng)用                              (學(xué)時(shí)數(shù)：3學(xué)時(shí))

介紹M.Dynamix、Gaussian 09、Materials Studio等軟件的安裝、使用。

第十七、十八講 上機(jī)具體操作                           (學(xué)時(shí)數(shù)  6學(xué)時(shí))

具體講授軟件在應(yīng)用中的操作方法，練習(xí)、熟悉操作步驟，觀看計(jì)算結(jié)果的輸出形式，輸出結(jié)果的物理意義，結(jié)果數(shù)據(jù)的圖形化輸出，結(jié)果的存儲(chǔ)、拷貝、打印等等。

預(yù)修課程或預(yù)備知識(shí)

物理化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)、高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)。

教材

無

主要參考文獻(xiàn)（書籍、期刊和網(wǎng)站）

1. 《Gaussian 09使用手冊(cè)》

2. 《HyperChem for Windows》

3. 《計(jì)算化學(xué)》（《Computational Chemistry》）David C. Young.  Cytoclonal Pharmaceutics Inc.

4. 《分子模擬(從算法到應(yīng)用)》汪文川

5. 《分子模擬的原理與應(yīng)用》Leach, A. R.