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1、会计学1化学常用软件化学常用软件第1页/共126页北京宏剑科迅计算机技术中心北京宏剑科迅计算机技术中心北京宏剑科迅计算机技术中心创立于1997年3月，总部位于加拿大温哥华，在北京设此公司负责在华的有关业务。面向有关化学、材料科学和生命科学领域的用户，提供系统集成服务的专业计算机公司。目前，公司同GaussianInc，CambridgesoftInc，FujitsuInc，HypercubeInc，MolproBirminghamUniversity等世界30余家著名化学软件供应商签署了中国总代理业务协议，并为用户提供了技术支持、培训中心。销售相关领域软件200多种产品及版本。第2页/共126
2、页软件软件Gaussian03ChemOffice2004HyperChem7.1Cache work system Pro 6.0 Molpro 2002.6Jaguar4.4第3页/共126页高精度能量计算高精度能量计算Gaussian03MOLPRO2002DFT计算计算Wien2KADF量化程序量化程序Gaussian03HyperChem7.5MOLPRO2002JaguarSpartanQ-ChemGAMESSPQSTurbomolOrientEmbed01CAMOADFWien2KCrystalsDGaussVASP(VAMP)deMonMacroModel教学软件教学软件:Hy
3、perChemModelChemlabScivisionSpartan半经验程序半经验程序:CacheMOPACAMPACPCMODELAlchemyZINDOMicroAVS软件分类第4页/共126页软件分类分子力学动力学程序分子力学动力学程序AmberBioMedCacheGROMOSMaterialsExplorer药物设计药物设计CacheMFLineDataBaseVisualCloning图形界面软件图形界面软件Chem3DGaussView3.0AIM2000NBO5.0WebMODLVisualizeLenCrystalOrbdrawMolsuite数据库搜索数据库搜索Chem
4、DinderMFLineDataBaseTAPP质谱软件质谱软件NIST/EPA/NIHMassSpectralDatabase其它其它.COSMOthermHASLNLREGCenehubterEQs4winPRO-IIicroModel第5页/共126页硬件硬件Gaussian03 forIBM小型机RS600044P270-1RS600044P270-2RS/6000Model 270P系列620P系列630-1P系列630-2P系列650 IBM小型机联想icluster解决方案 深腾1800(4节点)深腾1800(8节点)深腾1800(12节点)深腾1800(16节点)联想Cluse
5、r第6页/共126页用户群用户群北京大学北京工业大学北京航空航天大学北京化工大学北京化工研究院北京科技大学北京理工大学化学院广西大学哈尔滨工业大学衡阳师范学院化学院湖北大学湖北师范大学化学系华中师范大学化学系吉林大学辽宁大学化学系辽宁大连理工大学新疆大学兰州大学化学化工学院南京大学化学系南京东南大学南京航空航天大学南京理工大学化工学院青岛海洋大学清化大学物理系原子分子测控中心清华大学核能技术研究院山东大学化学系山东大学物理系山西大学分子科学研究所山西理工大学上海复旦大学上海交通大学上海同济大学上海医科大学四川大学原子与分子物理所天津南开大学中心实验室西安交通大学武汉大学化学系武汉理工大学湘潭大
6、学化学化工学院云南大学化学系云南大学生化公司昆明医学院基础医学部浙江大学化学系玉泉校区浙江工程学院浙江化工研究院浙江绍兴文理学院理学院化学系福州大学化学化工学院大连理工大学化工学河北工业大学理学院安徽工业大学中山大学理工学院第7页/共126页用户群用户群北京微量化学所北京药物研究所解放军防化指挥工程学院军事医学科学院西安核技术物理研究所山西煤化所天津药物所上海有机化学院研究所上海通用电气（中国）四川抗菌素工业研究所武汉物理数学研究所沈阳中科院金属所浙江工程式学院福建物质结构研究所大连化学物理研究所安徽光机所中国工程物理研究院化工材料所中国科技大学中科院化学研究所中科院研究生院中科院金属所（沈阳
7、）中科院长春光学物理研究所中科院兰州化学物理研究所中科院武汉物理与数学所中科院福建物质结构研究所中科院上海技术物理所中科院昆明植物所中国药品生物制品检定所中国中医药大学中南工业大学冶金系唐都医院百汇电脑医院第8页/共126页Chemoffice 2004ChemDrawUltra8.0Chem3DUltra8.0ChemFinderUltra8.0第9页/共126页ChemDraw Ultra 8.0 功能简介功能简介第10页/共126页ChemDraw Ultra 8.0 的新增功能的新增功能 Floating Periodic Table Floating Character Map Ma
8、ss Fragmentation Tool Structure Perspective Tool Enhanced Graphics TLC Plate Tool Struct=Name Enhanced ChemNMR Enhanced第11页/共126页Floating Periodic Table第12页/共126页Floating Character Map 第13页/共126页Mass Fragmentation Tool第14页/共126页Structure Perspective Tool第15页/共126页Enhanced Graphics第16页/共126页TLC Plate
9、 Tool 第17页/共126页Struct=Name Enhanced命名第18页/共126页Struct=Name Enhanced1-(4-(2,3-dihydro-2-hydroxy-1H-inden-1-ylcarbamoyl)-2-hydroxy-5-phenylpentyl)-N-tert-butyl-4-(pyridin-3-yl)methyl)piperazine-2-carboxamide命名第19页/共126页Name=Structure3-methylbenzoicacid结构第20页/共126页Name=Structure3-methylbenzoicacid结构第2
10、1页/共126页ChemNMR Enhanced第22页/共126页第23页/共126页第24页/共126页第25页/共126页New Templates第26页/共126页Chem3D Ultra 8.0 图形显示功能图形显示功能第27页/共126页Molecule第28页/共126页Enhanced GraphicsSpinaboutX(Y,Z)axis第29页/共126页Enhanced GraphicsMolecularOrbitalsHOMOBenzeneBenzeneLUMO第30页/共126页Enhanced GraphicsSolventAccessibleSurface第31
11、页/共126页Enhanced GraphicsDepthFading第32页/共126页Enhanced GraphicsPerspective第33页/共126页Gaussian Interface第34页/共126页Gaussian InterfaceJobTypeComputerPropertiesMinimizeEnergySpectralAnalysisHartree-FockB3LYPB3PW91B3P86B1B96B1LYPMP2MP4MPW1PW91QCISDCASSCFExcitedStateMolecularMechanicsSemi-EmpiricalZINDOG1G2
12、G961LYPBHandHBhandHLYPCBS-4CBS-QTheory第35页/共126页Gaussian InterfacePropertiesSCFEnergyRMSForceDipoleChargesElectronDensityMolecularSurfacesSpinDensityHyperfineCouplingConstantsPolarizabilitiesIonizationPotentialSolventModelGasPhaseDipole&SpherePCMModelI-PCMModelSCI-PCMModel第36页/共126页优化过程模拟以动画形式连续显示优化
13、过程第37页/共126页显示Gaussian计算结果GaussView界面Chem3D界面第38页/共126页输出格式输出格式Chem3d*.c3dChem3d3.2*.c3dAlchemy*.alcCartCoords1*cc1CartCoords2*cc2ChemDraw*cdxConnTable*.ctGamessInput*.inpGaussianInput*.gjcIntCoords*.intMacroModel*.mcmMDLMolFile*.molmmCIF*.cifMSIChemNote*.msmMOPACInput*.mopProteinDB*.pdbROSDAL*.rdlS
14、MDFile*.smdSYBYL*.sm1SYBYL2*.sm2TinkerMM2Input*.xyzTinkerMM3*.xyzTinkerMM3(Proterins)Inputs*.xyzBitmap*.bmpEnhancedMetaFile*.emfGIFCompressedPicture*.gifJPEGCompressedPicture*.jpgPNG*.pngPostScript*.epsQuickDraw3DMetafile*.3dmTIFF*.tifWindowsAVIMovie*.avi第39页/共126页ChemFinder Ultra 8.0 功能简介功能简介第40页/共
15、126页ChemDraw/Excel第41页/共126页ChemFinder第42页/共126页ChemFinder第43页/共126页ChemFinderReactant第44页/共126页ChemFinderProduct第45页/共126页ChemFinderReactionType第46页/共126页自定义数据库界面自定义数据库界面第47页/共126页自定义数据库自定义数据库第48页/共126页查询查询第49页/共126页Gaussian03计算化学面临的挑战是艰巨的，但也正在取得很大的进展，年轻化学家若对计算机有兴趣的话，那末计算化学是具有令人兴奋前景的研究领域。美国化学会会长美国化
16、学会会长 R.R.布里斯罗布里斯罗第50页/共126页Gaussian输入界面输入界面第51页/共126页NHNH3 3的几何构型优化输入窗口的几何构型优化输入窗口第52页/共126页NH3的振动频率计算输入窗口（作为优化的后继作业）的振动频率计算输入窗口（作为优化的后继作业）第53页/共126页Gaussian应用范围应用范围Gaussian是做半经验计算和从头计算使用最广泛的量子化学软件，可以研究：分子能量和结构分子能量和结构过渡态的能量和结构过渡态的能量和结构化学键以及反应能量化学键以及反应能量分子轨道分子轨道偶极矩和多极矩偶极矩和多极矩原子电荷和电势原子电荷和电势振动频率，红外和拉曼光
17、谱，振动频率，红外和拉曼光谱，NMR极化率和超极化率极化率和超极化率热力学性质，反应路径热力学性质，反应路径计算可以模拟在气相和溶液中的体系计算可以模拟在气相和溶液中的体系,模拟基态和激发态模拟基态和激发态第54页/共126页Gaussian03的新增功能的新增功能 -Enhanced ONIOM MethodEnhanced ONIOM MethodQM区：发生强相互作用或反应发生区域MM区：无相互作用区域QM/MM区：由QM区向MM区过渡区域第55页/共126页ONIOM简介简介EONIOM2=E3-E1+E2Journal of Molecular Structure(TheoChem)
18、461-462(1999)1-21ONIOM:ourownn-layerintegratedmolecularorbitalandmolecularmechanics第56页/共126页应用范围应用范围酶反应有机体系的反应机理表面和表面反应的簇模型有机物种的光化学反应有机物和金属有机物的取代基效应和反应性均相催化Application of ONIOM to cluster modeling of the metal surface Hai-Rong Tang,Kang-Nian FanDepartment of Chemistry,Fudan University,Shanghai 2004
19、33第57页/共126页应用实例应用实例“Investigation of the S0-S1 excitation in bacteriorhodopsin with the ONIOM(MO:MM)hybrid method,”T.Vreven and K.Morokuma,Theor.Chem.Acc.(2003).第58页/共126页Gaussian 03的新增功能的新增功能-PBC(Periodic Boundary Conditions)polymerssurfacescrystalsNaCl型晶体结构型晶体结构第59页/共126页PCM(Polarizable Continuum
20、 Model)体系在溶液中的激发态能量以及激发态的相关性质NMR谱和磁性质通过分析能量的二阶导数来计算振动频率、IR和Roman光谱以及相关的性质极化率和超极化率运算方面的改进第60页/共126页Molecular Properties自旋-自旋耦合常数g张量以及其它的超精细光谱张量谐性振-转耦合常数非谐性振动及振-转耦合预共振Raman光谱旋光性以及旋光色散电子圆二色性(ECD)含频极化和超极化用量度无关原子轨道(GIAO)方法计算磁化率ONIOM预测电、磁特性预测气相和在溶剂中的电、磁特性和光谱第61页/共126页GaussView 3.0第62页/共126页ONIOM图形界面图形界面MM
21、区QM区第63页/共126页PBC图形界面图形界面第64页/共126页Visualizing Gaussian Results分子轨道原子电荷由电子密度、静电势场、NMR屏蔽以及其他性质得到的表面。可以用实体、半透明和网格三种方式显示。使用不同的颜色来标记不同部分表面的性质用动画的方式来演示振动频率用动画的方式来演示几何优化过程、势能面扫描、IRC反应路径以及采用BOMD和ADMP动力学计算的轨迹第65页/共126页Displaying SurfacesThe NMR shielding densities for the methine proton(surface 1)and the ph
22、enyl proton(surface 2)in in-3(4,10)7 metacyclophaneSurface1Surface2第66页/共126页Viewing Spectra855.91857IR Vibration for Ammonia第67页/共126页Viewing SpectraVCD spectra for two conformations of spiropentyl acetate,a chiral derivative of spiropentane第68页/共126页Visualizing and Manipulating Molecular Orbitals第
23、69页/共126页Animating Optimizations and Reaction PathsSteps from a geometry optimization of benzeneThis sequence displays a series structures from an Intrinsic Reaction Path(IRC)calculation of the 1,2 hydrogen shift reaction in which formaldehyde transforms into trans hydroxycarbene第70页/共126页Fujistu Ca
24、che6.01新增功能简介Computer-aidedChemistryModelingSoftwareonWindows第71页/共126页新的新的QSAR（构效关系研究（构效关系研究）分子设计的意义主要是提高寻找具有特定性分子的命中率,即节省人力财力,提高效率第72页/共126页运行CAChe中的Gaussian计算，加入了强大的”从头算分子轨道算法”Gaussian接口接口第73页/共126页2维维3维批量转换维批量转换由MDLSD文件的平面结构转换为三维立体结构,为下一步目标前体提供模型.第74页/共126页通过对简单的蛋白质分子外观的显示和分析,使化学家对蛋白质有一个直观的了解,并能
25、够根据经验来进行下一步处理.条带状和卷曲状渲染条带状和卷曲状渲染第75页/共126页采用Needleman-Wunsch算法来进行蛋白质参基序列鉴定自动残基序列校准自动残基序列校准第76页/共126页可以绘制势能原子位移曲线反应路径图反应路径图第77页/共126页用于比较柔性或刚性配位体与柔性或刚性蛋白质侧链自动配位体对接自动配位体对接第78页/共126页以彩色方式显示了氢键的供体和受体的亲水、亲油区域可靠近表面（图像）可靠近表面（图像）第79页/共126页通过新的配位体在蛋白质键包围中的简单图样显示其化学性质和形状配位体口袋状表面（图像）配位体口袋状表面（图像）第80页/共126页优优 势势
26、n n4倍精确度n n支持所有的主族元素n nAM1支持更多过渡金属n n大型分子n n蛋白质和生物分子n nWindows桌面操作第81页/共126页Fujistu BioMedCache 6.0功能简介Protein-to-DrugDiscoverModelingSoftwareonWindows第82页/共126页采用Needleman-Wunsch算法来进行蛋白质参基序列鉴定自动残基序列校准自动残基序列校准第83页/共126页鉴定活性位采用自动的同类体序列匹配方式搜索活性位第84页/共126页氢键和相互作用点程序会自动为氢建和相互作用点进行标示,以利于对比不同配位体的对接相互作用.第8
27、5页/共126页以彩色方式显示了氢键的供体和受体的亲水、亲油区域可靠近表面（图像）可靠近表面（图像）第86页/共126页裂隙图采用势能面显示独特的联结位表面拓扑第87页/共126页通过对简单的蛋白质分子外观的显示和分析,使化学家对蛋白质有一个直观的了解,并能够根据经验来进行下一步处理.条带状和卷曲状渲染条带状和卷曲状渲染第88页/共126页通过新的配位体在蛋白质键包围中的简单图样显示其化学性质和形状配位体口袋状表面（图像）配位体口袋状表面（图像）第89页/共126页蛋白质表面可以采用不同的颜色来区别性质、残基和序列第90页/共126页其余特色其余特色n n自动使用PDB数据库改造HET群n n
28、针对蛋白质和生物分子的分子力学和分子动力学参数n n用户自定义的氨基酸库n n状态显示可以列出原子数、网格电荷以及分子式等参数n n算法的改进第91页/共126页优优 势势n n蛋白质蛋白质 药物发现药物发现n n可视的化合物数据库可视的化合物数据库n n新的缎带模型新的缎带模型n n蛋白质序列编辑器蛋白质序列编辑器n n活性位表面鉴定活性位表面鉴定n n对生成热和金属的计算是普通方法精度的对生成热和金属的计算是普通方法精度的4 4倍倍n n晶体的生成和装配晶体的生成和装配n n新的新的MM2MM2和和MM3MM3方法方法n n选择和互动操作是以前版本的选择和互动操作是以前版本的1010倍倍第
29、92页/共126页应用实例为何UV光谱可以破坏DNA？胸腺嘧啶的紫外吸收峰为270nm，是DNA在270nm波长处发生紫外吸收的主要原因。第93页/共126页应用实例量化Cache中采用ZINDO方法，计算了胸腺嘧啶的紫外光谱，并且分析了当发生光吸收时候的轨道变化。在270nm时，胸腺嘧啶吸收光子，同时一个电子由最高占据分子轨道（HOMO)跳跃到分子的最低空轨道（LUMO)。图例如下：第94页/共126页应用实例自由基是非常活泼的，为了显示一个激发态的胸腺嘧啶分子是如何与另一个胸腺嘧啶分子反应的，在下图中用不同的颜色标记出了胸腺嘧啶分子表面对自由基攻击的敏感程度。其中黄色靶心的位置更容易被攻击
30、。第95页/共126页应用实例如果两个胸腺嘧啶分子堆叠到一起，那么激发态胸腺嘧啶分子的LUMO分子轨道就处在靶心的上方，然后胸腺嘧啶的紫外吸收就可以导致二聚作用的发生。为了观察是否有这种可能，采用绿色标记出DNA中的胸腺嘧啶，在下图可以看到两个胸腺嘧啶分子出得非常近。第96页/共126页应用实例由此，我们可以得出结论：在270nm时，DNA中的胸腺嘧啶分子发生紫外吸收，并且相邻的两个胸腺嘧啶分子发生二聚反应，从而导致整个DNA分子的失活。在这个例子中，我们用到了Cache中的以下功能：几何优化紫外可见光谱分子重叠活性表面分子轨道基团标色第97页/共126页Multi-purposeMolecu
31、larDynamicsPackageforWindowsMaterialsExplorer2.0第98页/共126页MaterialsExplorer适用的领域有机、聚合物、生物分子、金属、陶瓷、半导体等。晶体、非晶质固体、液体和气体（周期边界）。相变、膨胀、压缩抗张强度、缺陷等第99页/共126页建模能力建模能力CrystalBuilder允许研究无机固态或者是分子晶体体系。SolutionModeler能够通过简单的设定构造多组分液体或气相体系LayerCellModeler用于研究多相体系（例如气固相互作用，有机双分子膜，固态颗粒边界等）用Cache或者WinMopac编辑器建立的结构可
32、以直接输入到MaterialsExplorer中。很容易设定分子束用于研究晶体或晶体外延生长，表面吸附和表面损坏。拷贝、剪切和粘贴操作使得建立有缺陷或者掺杂的体系变得更加容易。可选的终端服务器模块使得在矢量机或者对称多处理UNIX服务器上的高性能计算成为可能。Potential Editor管理势场数据库中势能的形式和参数的读入和编辑。含时的温度和压力控制允许研究相的转换和模拟退火。第100页/共126页Adsorption of methane on zeolite实例分子筛是具有均匀的微孔、其孔径与一般分子大小相当为一类吸附剂或薄膜类物质。在化学化工中经常被用作催化剂或者催化剂的载体。第1
33、01页/共126页Layer-CellModelereasilycreatessimulationofwater-benzeneinterface实例相相：在体系内部物理性质和化学性质完全均一的一部分称为“相”（Phase)。相与相之间在指定的条件下有明显的界面，在界面上，从宏观的角度看，性质的改变是飞跃式的。第102页/共126页科研性能灵活的模拟性能包括：使用Parrinello-Rahman-Nose方法的NEV，NTV,NPHandNTP对于键的限制的SHAKE和MATRIX算法周期边界条件统一的原子模型对相互作用计算的高级算法可以显著改进计算的效率。外部电场的应用。由大量高质量、已发
34、表的势场组成的势场数据库，包括双体、三体和嵌入的原子模型。第103页/共126页MgO Substrate Sputtered by Ar Plasma实例物理气相沉积(PhysicalVaporDeposition，简称PVD)技术是指在真空条件下，用物理的方法，将材料汽化成原子、分子或使其电离成离子，并通过气相过程，在材料或工件表面沉积一层具有某些特殊性能的薄膜的技术。适用于物理气相沉积的基体材料和膜层材料非常广泛。金属、玻璃、陶瓷、塑料等均可以做为基体材料。膜层材料可以是纯金属、合金或者是化合物。而且可以获得单晶、多晶、微晶、或者非晶结构的薄膜。第104页/共126页分析能力Materi
35、als Explorer可以计算以下性质：针对于X-ray和中子衍射的干扰函数电子对相关和半径分布函数均方位移和扰动常数运行中的积分数和Vorono分析对无定形固体进行描述Monitoring Module显示关于随着时间改变，温度、压力、内能和其它性质的2D图像的变化情况3D Atomic Configuration Module显示体系的快照、轨迹和动力学体系的动画。MSD Module可以计算输出文件数据的均方位移（MSD）。然后，显示MSD的2D图像，每一种元素的自扩散系数，以及每一个分子的重心。PCF Module计算电子对相关函数，半径分布函数、运行中的积分数，并且显示相应的2D图
36、像包括随时间变化的所有原子坐标和速率的原始数据可以存成ASCII格式文件以便于二次处理第105页/共126页Pressure-induced phase transition in AlPO4实例Aqueous LiBr subject to external electric field第106页/共126页优势易用性采用鼠标直接操作，具有直观的图形界面可以很容易构建模型，在界面内进行设定并直接开始计算，计算结果可在图形界面中直接显示。第107页/共126页优势完全的MD引擎基于Parrinello-Rahman和Nose方法，由温度、压力的分子动力学方法。由速率的比例来确定控制的温度。同时
37、Shake算法和刚体处理都可以应用于分子体系。第108页/共126页优势适应于高性能计算系统MaterialsExplorer有面向于向量机、大型的SPPUNIX机器以执行高性能计算的界面。对这些机器，程序具有向量化、并行的分子动力学模块。第109页/共126页ACDLabsclarity,efficiency,accuracy,and seamless communication第110页/共126页SpectralLaboratoryChemicalNameLaboratoryPhysico-ChemicalLaboratoryChromatographyLaboratoryDrawing
38、andDatabasingEnterprise-WideSolutionsProducts第111页/共126页SpectralLaboratoryWorkwithExperimentalSpectraProcessandcreatedatabasesofNMR,mass,IR,UV-visandRamanexperimentalspectra.PredictNMRSpectraPredict1H,13C,15N,19F,31Pand2DNMRspectraandpurchaseorcreateyourowndatabases.PredictMassSpectralFragmentationP
39、redictlikelyfragmentsandrearrangementsaswellasfragmentationbranchesandpathways.SolveComplexSpectroscopyTasksGroupprocess,analyze,andquantitateauto-sampleddata.Verifyaproposedstructure.Determinethestructurefromtheexperimentalspectra.第112页/共126页ACD/SpecManager1DNMR2DNMRMSUV-vis,IR&RamanChromDataOtherA
40、nalyticalData第113页/共126页ACD/FNMRPredictthe19FNMRchemicalshiftsandcouplingconstantswiththeclickofamouse.ACD/HNMRAccuratelyperforma1HNMRprediction.ACD/CNMRAccuratelyperforma13CNMRprediction.ACD/NNMRPredictthe15Nchemicalshiftsandcouplingconstantswiththeclickofamouse.ACD/PNMRPredictthe31PNMRchemicalshif
41、tsandcouplingconstantswiththeclickofamouse.ACD/2DNMRPredictorThepowerful1Hand13Cpredictionalgorithmsarecombinedtogiveyoufull2DNMRPredictioncapability.PredictingNMRSpectraPredictingNMRSpectra第114页/共126页ACD/MSFragmenterSmartGraphFragmentationTreeMSFragmenterWindowfortheElectronIonization(EI)Fragmentat
42、ionofBenzoylChloride第115页/共126页Physico-ChemicalLaboratoryDeterminetheHammett-typeconstantfororganicsubstituents.HammettElectronicConstantsPredicttheboilingpoint,vaporpressure,andflashpoint.BoilingPoint&VaporPressureDeterminetheaqueoussolubilityforpH0-14.SolubilityPredicttheoctanol-waterdistributionc
43、oefficientforionizablecompoundsforpH0-14.LogDLookuporpredicttheoctanol-waterpartitioncoefficientforneutralcompounds.LogPLookuporpredicttheacid-basedissociationconstant.pKa第116页/共126页ChromatographyLaboratoryWorkwithExperimentalChromatogramsSimulateHighPerformanceLiquidChromatographySimulateGasChromatographyACD/MethodDevelopmentSuiteACD/ChromGeniusACD/WatersAdvancedStructuresPackage第117页/共126页DrawingandDatabasingACD/ChemSketchACD/DictionaryACD/ChemFolderACD/ChemBasic第118页/共126页EndEnd第119页/共126页