Spartan 計(jì)算化學(xué)軟件

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　　Spartan支持的操作系統(tǒng)包括Windows (Windows XP, XP64, 32位和64位VISTA)，Macintosh (OS X 10.4 Tiger和OS X 10.5 Leopard)，以及Linux (RedHat Enterprise 4及更高版本，SLES 9及更高版本)。Spartan既可以在單機(jī)上完成所有計(jì)算任務(wù)，同時(shí)也支持Client-Serve模式，能夠通過網(wǎng)絡(luò)向Linux服務(wù)器遠(yuǎn)程提交計(jì)算。從Spartan開始，運(yùn)行在各種平臺(tái)(Windows、Macintosh和Linux)上的Spartan將提供統(tǒng)一的圖形界面和計(jì)算功能。此外，Spartan可以用共享內(nèi)存方式實(shí)現(xiàn)多CPU的并行運(yùn)算。

　　Spartan采用最新版本的Intel編譯器編譯，這與以往發(fā)布的版本相比，程序的運(yùn)算性能將提升15~20%。Spartan將包括Wavefunction公司提供的圖形用戶界面和算法，以及最新版Q-Chem的計(jì)算功能。

　　1、溶液模型

　　Spartan將提供Continuum Solvation Model SS(V)PE模型和SM8 (Cramer-Truhlar)模型，這有助于提高對(duì)離子型化合物的計(jì)算精度。目前Spartan可以用HF和DFT方法計(jì)算溶液體系的能量、最優(yōu)構(gòu)象和反應(yīng)過渡態(tài)。

　　2、RI-CIS(D)

　　Spartan新集成了RI-CIS(D)算法用于模擬激發(fā)態(tài)分子，該算法能夠獲得與CIS(D)算法相同的計(jì)算精度，同時(shí)計(jì)算速度大幅度提高，用于優(yōu)化結(jié)構(gòu)時(shí)速度大約提升3倍，進(jìn)行能量計(jì)算時(shí)速度則提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。

　　3、新的DFT泛函

　　Spartan將集成GGA-PBE泛函，以及M05和M06這兩種meta-GGA泛函。此外，進(jìn)行DFT計(jì)算的時(shí)候還有多種交換-相關(guān)函數(shù)可供選擇，這包括：Slater-Dirac、 Vokso-Wilk-Nusair、 Perdew-Zunger、 Wigner、 Becke88、 Gill96、 Gilbert-Gill99、 Lee-Yang-Parr、 Perdew86、GGA91、 BMK、 EDF1和 EDF2。

　　4、核磁譜圖

　　在用B3LYP/6-31G*方法預(yù)測(cè)13C的化學(xué)位移時(shí)，Spartan采用一種新的經(jīng)驗(yàn)校正公式來提高計(jì)算的準(zhǔn)確性，可將理論預(yù)測(cè)值和實(shí)驗(yàn)值的絕對(duì)偏差控制在2ppm之內(nèi)，這使得Spartan的預(yù)測(cè)結(jié)果更加可靠。在模擬1H的核磁信號(hào)時(shí)，Spartan使用經(jīng)驗(yàn)方法估算三鍵的H-H耦合常數(shù)和裂分，從而獲得與實(shí)際譜圖更相似的1H核磁譜和COSY譜。只要能提供準(zhǔn)確的分子構(gòu)型，Spartan可以預(yù)測(cè)1H、13C的一維核磁譜，以及1H的二維COSY譜和NOSY譜。

　　5、生成熱

　　Spartan對(duì)T1算法[20]進(jìn)行了改良。對(duì)于由H、C、 N、 O、 F、 S、 Cl或Br組成的中性分子，T1算法能夠精確地計(jì)算這類分子的生成熱。T1算法預(yù)測(cè)分子生成熱的原理同G3(MP2)類似，其計(jì)算結(jié)果與G3(MP2)相比僅有2kJ/mol的平均偏差，不過計(jì)算速度卻高出了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。利用這種方法，Spartan能夠精確地計(jì)算分子量在500左右的有機(jī)化合物的熱力學(xué)性質(zhì)。

　　T1算法曾被用來預(yù)測(cè)NIST熱化學(xué)數(shù)據(jù)庫[21]中的兩千個(gè)分子，預(yù)測(cè)的平均偏差不超過9kJ/mol。根據(jù)這個(gè)結(jié)果，隨后T1算法被用來構(gòu)建了一個(gè)包含有約四萬個(gè)分子的熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫不僅涵蓋了大量的有機(jī)化合物的熱力學(xué)數(shù)據(jù)，同時(shí)還提供了多種分子處于不同構(gòu)象時(shí)的能量差異。

　　6、分子構(gòu)象庫

　　Spartan的分子構(gòu)象庫增添了更多的內(nèi)容。分子構(gòu)象庫中的數(shù)據(jù)取自MMFF分子力學(xué)進(jìn)行構(gòu)象空間搜索的結(jié)果，其中的分子三維結(jié)構(gòu)表示的是化合物分子在水溶液環(huán)境中的最優(yōu)構(gòu)象。分子構(gòu)象庫主要用于相似性分析，涵蓋的化合物種類包括常見的藥物分子(約500種)、Maybridge藥物化學(xué)綱目[22](約5000種)和生化小分子[23](約24萬種)。

　　7、SMD數(shù)據(jù)庫(Spartan Molecular Database[24])

　　Spartan分子數(shù)據(jù)庫目前已發(fā)展到包含約15萬種化合物，其中每種化合物最多可提供10個(gè)不同級(jí)別的理論模型：HF/3-21G、HF/6- 31G*、HF/6-311++G**、EDF1/6-31G*、B3LYP/6-31G*、B3LYP/6-311G++G**、MP2/6- 31G*、MP2/6-311++G**、G3(MP2)和T1。除了G3(MP2)和T1模型之外，其它模型均包含以下這些數(shù)據(jù)： 分子的二維結(jié)構(gòu)、MMFF方法優(yōu)化的最優(yōu)三維構(gòu)型、氣相能、(水)溶劑化能、HOMO和LUMO軌道能、偶極矩、Mulliken和NBO分析的原子電荷、范德華表面和表面靜電勢(shì)。此外，約4萬種化合物帶理論預(yù)測(cè)的IR圖譜，約1萬5千種化合物帶核磁圖譜，約1千5百種化合物帶紫外/可見光譜。G3(MP2)模型中的分子構(gòu)型來自MP2/6-31G*級(jí)別的計(jì)算，而T1模型中的分子構(gòu)型則來自HF/6-31G*的計(jì)算結(jié)果并只有生成熱數(shù)據(jù)。SMD數(shù)據(jù)庫不僅可用子結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢索，還可通過化合物名、分子量、分子式或異構(gòu)體進(jìn)行查詢。

　　8、導(dǎo)入IR和NMR譜圖

　　Spartan能夠?qū)雽?shí)驗(yàn)測(cè)定的IR和NMR譜圖(JCAMP格式)，并可將譜圖與已有的理論預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

　　9、過渡態(tài)和SRD數(shù)據(jù)庫(Spartan Reaction Database)

　　通過對(duì)上文所述的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行自動(dòng)過渡態(tài)猜測(cè)，目前Spartan的反應(yīng)數(shù)據(jù)庫已擴(kuò)大到包括幾百個(gè)新的有機(jī)反應(yīng)和金屬有機(jī)反應(yīng)，并可通過子結(jié)構(gòu)進(jìn)行查詢。Spartan反應(yīng)數(shù)據(jù)庫中的過渡態(tài)結(jié)構(gòu)至少包括以下幾種模型中的一種：AM1、PM3、HF/3-21G和HF/6-31G*，其中每個(gè)模型均包含一個(gè)過渡態(tài)結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的頻率分析數(shù)據(jù)。此外，Spartan的自動(dòng)過渡態(tài)猜測(cè)功能仍然可用，并已發(fā)展到可處理近2000種反應(yīng)類型。

　　10、增強(qiáng)型文件結(jié)構(gòu)

　　Spartan在原有的文件結(jié)構(gòu)中可以嵌入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、文本和期刊文獻(xiàn)等多種類型的數(shù)據(jù)，目前支持的嵌入格式有：Word、PowerPoint、Excel、PDF 以及 JPG、PNG、TXT 等。

　　11、彩色圖示

　　計(jì)算結(jié)果中的表面靜電勢(shì)等數(shù)據(jù)除了能夠顯示為標(biāo)準(zhǔn)的均色圖形之外，現(xiàn)在還可以用彩色條紋來進(jìn)行分析，這有助于對(duì)分子三維結(jié)構(gòu)中不同區(qū)域的酸性、反應(yīng)性和選擇性差異作進(jìn)一步的分析。

　　12、電子密度外形

　　在用電子密度模擬顯示分子形狀的時(shí)候，Spartan現(xiàn)在提供一種新的表面定義方式，可以選擇用總電子密度的百分?jǐn)?shù)來顯示分子的表面形狀。

　　13、輸入輸出

　　Spartan能夠?qū)雴尉ЫY(jié)構(gòu)的CIF文件，并可以導(dǎo)入或?qū)С鯩OL2和SDF文件格式(包含原子電荷)。

　　14、反應(yīng)熱計(jì)算工具

　　Spartan中通過簡(jiǎn)單的操作就可以計(jì)算反應(yīng)熱，其熱力學(xué)數(shù)據(jù)可以由用戶自己定義，也可以讀取SMD數(shù)據(jù)庫中的記錄。

　　15、取代基構(gòu)建工具

　　Spartan的取代基構(gòu)建功能有所增強(qiáng)，目前可以直接調(diào)用程序的標(biāo)準(zhǔn)模板或用戶自定義的化學(xué)基團(tuán)用于數(shù)據(jù)庫檢索，也可用于計(jì)算反應(yīng)熱。

　　16、ChemDraw接口

　　Spartan可以將ChemDraw的二維結(jié)構(gòu)式自動(dòng)轉(zhuǎn)化為三維結(jié)構(gòu)，也可以在Spartan的表格文件中直接編輯ChemDraw分子式。

　　17、增強(qiáng)型列表和繪圖功能

　　Spartan的表格文件中能夠存儲(chǔ)矢量型數(shù)據(jù)，并可用這種類型的數(shù)據(jù)繪制圖形。