課程名稱

分子模擬方法

英文名稱

Molecular Modeling

課程編號

09_030001

學(xué)分

3

學(xué)時

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,、有機分析、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   □實驗設(shè)計   口試   □其他：

課程簡介

分子模擬方法是隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)高度發(fā)展而逐步在科學(xué)研究中廣泛運用的理論化學(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)計算方法、分子動力模擬計算方法等。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)計算和分子動力學(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，為進一步在實際的研究中運用分子模擬方法進行輔助研究打下基礎(chǔ),。

教學(xué)內(nèi)容,、學(xué)時分配和教學(xué)要求

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

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)試驗學(xué)科研究的相互促進關(guān)系,，量子化學(xué)的簡單理論基礎(chǔ)，量子化學(xué)計算的理論輪廓------方法和基組,。

第二講   分子模擬計的各種方法                         (學(xué)時數(shù)：3學(xué)時)

介紹分子模擬的不同層次方法

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

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)驗量子化學(xué)計算方法                        (學(xué)時數(shù)：3學(xué)時)

各種半經(jīng)驗量子化學(xué)計算方法的理論近似方法,。

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

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)時數(shù)：3學(xué)時)

介紹量子化學(xué)計算時的基函數(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)時數(shù)：3學(xué)時)

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  分子振動頻率和能量修正處理方法                (學(xué)時數(shù)：3學(xué)時)

分子振動光譜的計算和零點能修正,。

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

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 密度泛函計算方法                               (學(xué)時數(shù)：3學(xué)時)

介紹密度泛函理論方法和TD-DFT含時密度泛函方法。

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

介紹動力學(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)時數(shù)：3學(xué)時)

分子能量函數(shù)表達形式。

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

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

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

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

第十五講  分子動力學(xué)模擬流程                          (學(xué)時數(shù)：3學(xué)時)

介紹分子動力學(xué)模擬輸入文件的設(shè)定方法,，相關(guān)計算結(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)時數(shù)：3學(xué)時)

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

第十七,、十八講 上機具體操作                           (學(xué)時數(shù)  6學(xué)時)

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、拷貝,、打印等等,。

預(yù)修課程或預(yù)備知識

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（書籍,、期刊和網(wǎng)站）

1. 《Gaussian 09使用手冊》

2. 《HyperChem for Windows》

3. 《計算化學(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.