Spartan (oprogramowanie chemiczne) - Spartan (chemistry software)

Ten artykuł dotyczy oprogramowania chemicznego. W przypadku innych programów zobacz Spartan (ujednoznacznienie) .
spartański
Logo oprogramowania Spartan'18
Spartański graficzny interfejs użytkownika
Spartański graficzny interfejs użytkownika
Deweloper (y) Wavefunction, Inc. & Q-Chem
Pierwsze wydanie 1991 ; 30 lat temu  ( 1991 )
Wersja stabilna
Spartan'18 wersja 1.4.4 / 2019 ; 2 lata temu  ( 2019 )
Napisane w C , C ++ , Fortran , Qt
System operacyjny Windows , Mac OS X , Linux
Platforma x86-64
Dostępne w język angielski
Rodzaj Modelowanie molekularne , chemia obliczeniowa
Licencja Zastrzeżone oprogramowanie komercyjne
Stronie internetowej www .wavefun .com

Spartan to aplikacja do modelowania molekularnego i chemii obliczeniowej firmy Wavefunction. Zawiera on kod mechaniki molekularnej , metod półempirycznych , ab initio modeli , gęstości modelach czynnościowych , po Hartree-FOCK modele i termochemicznych receptur tym G3 (MP2) oraz T1. Obliczenia chemii kwantowej w Spartan są obsługiwane przez Q-Chem .

Podstawowe funkcje to dostarczanie informacji o strukturach, względnej stabilności i innych właściwościach izolowanych cząsteczek. Obliczenia mechaniki molekularnej na złożonych cząsteczkach są powszechne w środowisku chemicznym. Obliczenia kwantowo-chemiczne, w tym obliczenia orbitali molekularnych metodą Hartree-Focka , a zwłaszcza obliczenia uwzględniające korelację elektroniczną , są w porównaniu z nimi bardziej czasochłonne.

Wzywa się również obliczenia kwantowo-chemiczne w celu dostarczenia informacji o mechanizmach i rozkładach produktów reakcji chemicznych, albo bezpośrednio przez obliczenia stanów przejściowych , albo w oparciu o postulat Hammonda , poprzez modelowanie sterycznych i elektronicznych wymagań reagentów. Obliczenia ilościowe, prowadzące bezpośrednio do informacji o geometrii stanów przejściowych i ogólnie o mechanizmach reakcji , są coraz powszechniejsze, podczas gdy modele jakościowe są nadal potrzebne w przypadku systemów, które są zbyt duże, aby można je było poddać bardziej rygorystycznej obróbce. Obliczenia kwantowo-chemiczne mogą dostarczyć informacji uzupełniających istniejące dane eksperymentalne lub całkowicie je zastąpić, na przykład ładunki atomowe do analizy ilościowej zależności struktura-aktywność (QSAR) oraz potencjały międzycząsteczkowe do obliczeń mechaniki molekularnej i dynamiki molekularnej .

Spartańskie stosuje obliczeniowe metody chemiczne (modeli teoretycznych) do wielu standardowych zadań, które zapewniają obliczonych danych stosowanych do określenia cząsteczkowej kształt konformacji , struktury (równowaga i stanu przejściowego geometryczne), NMR, IR, Ramana i UV-widzialnym widma , cząsteczkowej (i atomowe), reaktywność i selektywność.

Zdolności obliczeniowe

To oprogramowanie zapewnia mechanikę molekularną , Merck Molecular Force Field (MMFF), (dla zestawu testów walidacyjnych), MMFF z rozszerzeniami i SYBYL, obliczanie pól sił, obliczenia półempiryczne , MNDO / MNDO (D), Austin Model 1 (AM1 ), PM3 , Recife Model 1 (RM1) PM6.

Obliczone ciepło tworzenia T1 (oś y) w stosunku do eksperymentalnego ciepła tworzenia (oś x) dla zestawu> 1800 różnych cząsteczek organicznych z termochemicznej bazy danych NIST ze średnimi błędami bezwzględnymi i RMS wynoszącymi odpowiednio 8,5 i 11,5 kJ / mol .

Wykonane zadania

Dostępne modele obliczeniowe zapewniają właściwości molekularne, termodynamiczne, QSAR, atomowe, graficzne i spektralne. Okno dialogowe obliczeń zapewnia dostęp do następujących zadań obliczeniowych:

  • Energia - dla danej geometrii zapewnia energię i powiązane właściwości cząsteczki lub układu. W przypadku zastosowania modeli chemii kwantowej obliczana jest funkcja falowa .
  • Równowagowa geometria molekularna - lokalizuje najbliższe lokalne minimum i zapewnia energię i powiązane właściwości.
  • Geometria stanu przejściowego - lokalizuje najbliższy punkt siodełka pierwszego rzędu (maksimum w jednym wymiarze i minima we wszystkich pozostałych) i zapewnia energię i powiązane właściwości.
  • Konformer równowagi - lokalizuje konformację o najniższej energii. Często wykonywane przed obliczeniem struktury przy użyciu modelu chemii kwantowej.
  • Dystrybucja konformerów - uzyskuje wybór niskoenergetycznych konformerów. Powszechnie używany do identyfikacji kształtów, które prawdopodobnie przyjmie określona cząsteczka, oraz do określenia rozkładu Boltzmanna w celu obliczenia średnich właściwości molekularnych.
  • Biblioteka konformerów - lokalizuje konformer o najniższej energii i kojarzy go z zestawem konformerów obejmujących wszystkie kształty dostępne dla cząsteczki bez względu na energię. Służy do budowania bibliotek do analizy podobieństwa.
  • Profil energetyczny - przesuwa cząsteczkę lub system przez zestaw współrzędnych zdefiniowany przez użytkownika, zapewniając geometrie równowagi dla każdego etapu (z zastrzeżeniem ograniczeń określonych przez użytkownika).
  • Analiza podobieństwa - określa ilościowo podobieństwo cząsteczek (i opcjonalnie ich konformerów) w oparciu o strukturę lub funkcję chemiczną ( akceptory-donory wiązań wodorowych , jonizowalne dodatnie-ujemne , hydrofoby , związki aromatyczne ). Kwantyfikuje podobieństwo cząsteczki (i ewentualnie jej konformerów) do farmakoforu .

Graficzny interfejs użytkownika

Oprogramowanie zawiera zintegrowany graficzny interfejs użytkownika . Operacje na ekranie dotykowym są obsługiwane na urządzeniach z systemem Windows 7 i 8 . Tworzenie cząsteczek w 3D jest ułatwione dzięki budowniczym cząsteczek (obejmują one organiczne, nieorganiczne, peptydowe, nukleotydowe i podstawnikowe wypełniacze). Konstrukcja 2D jest obsługiwana dla cząsteczek organicznych za pomocą palety szkiców 2D. Okna interfejs wersja może uzyskać dostęp ChemDraw ; która wersja 9.0 lub nowsza może być również używana do budowania cząsteczek w 2D. Okno dialogowe obliczeń służy do określenia zadania i metody obliczeniowej. Dane z obliczeń są wyświetlane w oknach dialogowych lub jako wynik tekstowy. Dodatkowa analiza danych, w tym regresja liniowa , jest możliwa z poziomu wewnętrznego arkusza kalkulacyjnego.

Modele graficzne

Wyciętym widokiem z elektrostatycznego potencjalnego mapie z fulerenu (C 60 ), błękit obszar wewnątrz cząsteczki jest obszar dodatniego ładunku (w odniesieniu do konstrukcji, zapewniając obrazowym wyjaśnienia możliwości fullerenowych do kapsułkowania naładowane ujemnie).

Modele graficzne, zwłaszcza orbitale molekularne, mapy gęstości elektronów i potencjałów elektrostatycznych, są rutynowymi sposobami wizualizacji molekularnej w edukacji chemicznej.

  • Powierzchnie :
    • Orbitale molekularne (najwyższe zajęte, najniższe niezajęte i inne)
    • Gęstość elektronów - gęstość ρ ( r ) jest funkcją współrzędnych r , zdefiniowanych tak, że ρ ( r ) d r jest liczbą elektronów wewnątrz małej objętości d r . To właśnie mierzy się w eksperymencie z dyfrakcją rentgenowską . Gęstość można przedstawić za pomocą izopowierzchni (powierzchni izodgęstości), przy czym rozmiar i kształt powierzchni określa wartość (lub procent zamknięcia) gęstości elektronowej.
    • Gęstość spinu - gęstość, spin ρ ( r ), jest definiowana jako różnica gęstości elektronów utworzonych przez elektrony o spinie α, ρα ( r ), i gęstość elektronów utworzonych przez elektrony o spinie β, ρβ ( r ). W przypadku cząsteczek o zamkniętej powłoce (w których wszystkie elektrony są sparowane) gęstość spinu wszędzie wynosi zero. W przypadku cząsteczek o otwartej powłoce (w których jeden lub więcej elektronów jest niesparowanych), gęstość spinu wskazuje na rozkład niesparowanych elektronów. Gęstość spinów jest wskaźnikiem reaktywności rodników.
    • Promień Van der Waalsa (powierzchnia)
    • Powierzchnia dostępna dla rozpuszczalnika
    • Potencjał elektrostatyczny - Potencjał ε p definiuje się jako energię oddziaływania dodatniego ładunku punktowego znajdującego się w p z jądrem i elektronami cząsteczki. Powierzchnia, dla której potencjał elektrostatyczny jest ujemny (powierzchnia z potencjałem ujemnym), wyznacza obszary w cząsteczce, które są przedmiotem ataku elektrofilowego.
  • Powierzchnie kompozytowe (mapy) :
    • Mapa potencjału elektrostatycznego (wskaźnik elektrofilowy) - Najczęściej stosowaną mapą właściwości jest mapa potencjału elektrostatycznego. Daje to potencjał w miejscach na określonej powierzchni, najczęściej powierzchni o gęstości elektronowej odpowiadającej całkowitej wielkości cząsteczki.
    • Lokalna mapa potencjału jonizacji - jest zdefiniowana jako suma gęstości elektronów na orbicie, ρi ( r ) razy bezwzględne energie orbity ∈i i podzielona przez całkowitą gęstość elektronów ρ ( r ). Lokalny potencjał jonizacji odzwierciedla względną łatwość usuwania elektronów („jonizacji”) w dowolnym miejscu wokół cząsteczki. Na przykład powierzchnia o „niskim” lokalnym potencjale jonizacji tetrafluorku siarki wyznacza obszary, które są najłatwiej zjonizowane.
    • Mapa LUMO (wskaźnik nukleofilowy) - Mapy orbitali molekularnych mogą również prowadzić do wskaźników graficznych. Na przykład mapa LUMO , na której (wartość bezwzględna) najniższego niezajętego orbitalu molekularnego (LUMO) jest odwzorowywana na wielkość powierzchni (znowu, najczęściej gęstość elektronów ), zapewniając wskazanie reaktywności nukleofilowej.

Obliczenia widmowe

Obliczone (DFT / EDF2 / 6-31G *) widma IR (czerwone), przeskalowane i zoptymalizowane do eksperymentalnych widm FT-IR (niebieskie) 9-akrydynokarboksylanu fenylu (poniżej).
Renderowanie 2D
Renderowanie 3D
Cząsteczka 9-akrydynokarboksylanu fenylu.

Dostępne dane widmowe i wykresy dla:

Widma doświadczalne można importować w celu porównania z widmami obliczonymi: widma IR i UV / Vis w formacie Joint Committee on Atomic and Molecular Physical Data (JCAMP) (.dx) oraz widma NMR w formacie Chemical Markup Language (.cml) . Dostęp do publicznych baz danych widmowych jest dostępny dla widm IR, NMR i UV / Vis.

Bazy danych

Spartan uzyskuje dostęp do kilku zewnętrznych baz danych.

  • Bazy obliczeń chemii kwantowej:
  • Eksperymentalne bazy danych:
    • NMRShiftDB - baza danych typu open source zawierająca eksperymentalne przesunięcia chemiczne 1 H i 13 C.
    • Cambridge Structural Database (CSD) - duże repozytorium małych cząsteczek organicznych i nieorganicznych eksperymentalnych struktur krystalicznych, zawierające około 600 000 wpisów.
    • Baza danych NIST zawierająca eksperymentalne widma IR i UV / Vis.

Historia głównych wydań

  • 1991 Spartan wersja 1 Unix
  • 1993 Spartan wersja 2 Unix
  • 1994 Mac Spartan Macintosh
  • 1995 Spartan wersja 3 Unix
  • 1995 PC Spartan Windows
  • 1996 Mac Spartan Plus Macintosh
  • 1997 Spartan wersja 4 Unix
  • 1997 PC Spartan Plus Windows
  • 1999 Spartan wersja 5 Unix
  • 1999 PC Spartan Pro Windows
  • 2000 Mac Spartan Pro Macintosh
  • 2002 Spartan'02 Unix, Linux, Windows, Mac

Wersje dla systemów Windows, Macintosh, Linux

  • 2004 Spartan'04
  • 2006 Spartan'06
  • 2008 Spartan'08
  • 2010 Spartan'10
  • 2013 Spartan'14
  • 2016 Spartan'16
  • 2018 Spartan'18

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne