Spartan 計算化學軟件

時間：2018-11-27

Spartan計算化學軟件，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及較高版本，SLES 9及較高版本)。Spartan既可以在單機上完成所有計算任務，同時也支持Client-Serve模式，能夠通過網(wǎng)絡向Linux服務器遠程提交計算。從Spartan開始，運行在各種平臺（Windows、Macintosh和Linux）上的Spartan將提供統(tǒng)一的圖形界面和計算功能。此外，Spartan可以用共享內(nèi)存方式實現(xiàn)多CPU的并行運算。

Spartan采用較新版本的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，以及較新版Q-Chem的計算功能。

1、溶液模型

Spartan將提供Continuum Solvation Model SS(V)PE模型和SM8 (Cramer-Truhlar)模型，這有助于提高對離子型化合物的計算精度。目前Spartan可以用HF和DFT方法計算溶液體系的能量、較優(yōu)構象和反應過渡態(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)算法相同的計算精度，同時計算速度大幅度提高，用于優(yōu)化結構時速度大約提升3倍，進行能量計算時速度則提高了一個數(shù)量級。

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，進行DFT計算的時候還有多種交換-相關函數(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*方法預測13C的化學位移時，Spartan采用一種新的經(jīng)驗校正公式來提高計算的準確性，可將理論預測值和實驗值的**偏差控制在2ppm之內(nèi)，這使得Spartan的預測結果較加可靠。在模擬1H的核磁信號時，Spartan使用經(jīng)驗方法估算三鍵的H-H耦合常數(shù)和裂分，從而獲得與實際譜圖較相似的1H核磁譜和COSY譜。只要能提供準確的分子構型，Spartan可以預測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T1算法[20]進行了改良。對于由H、C、 N、 O、 F、 S、 Cl或Br組成的中性分子，T1算法能夠精確地計算這類分子的生成熱。T1算法預測分子生成熱的原理同G3(MP2)類似，其計算結果與G3(MP2)相比僅有2kJ/mol的平均偏差，不過計算速度卻高出了幾個數(shù)量級。利用這種方法，Spartan能夠精確地計算分子量在500左右的**化合物的熱力學性質。
T1算法曾被用來預測NIST熱化學數(shù)據(jù)庫[21]中的兩千個分子，預測的平均偏差不**過9kJ/mol。根據(jù)這個結果，隨后T1算法被用來構建了一個包含有約四萬個分子的熱力學數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫不僅涵蓋了大量的**化合物的熱力學數(shù)據(jù)，同時還提供了多種分子處于不同構象時的能量差異。

6、分子構象庫

Spartan的分子構象庫增添了更多的內(nèi)容。分子構象庫中的數(shù)據(jù)取自MMFF分子力學進行構象空間搜索的結果，其中的分子三維結構表示的是化合物分子在水溶液環(huán)境中的較優(yōu)構象。分子構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，其中每種化合物較多可提供10個不同級別的理論模型：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)：分子的二維結構、MMFF方法優(yōu)化的較優(yōu)三維構型、氣相能、（水）溶劑化能、HOMO和LUMO軌道能、偶較矩、Mulliken和NBO分析的原子電荷、范德華表面和表面靜電勢。此外，約4萬種化合物帶理論預測的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)模型中的分子構型來自MP2/6-31G*級別的計算，而T1模型中的分子構型則來自HF/6-31G*的計算結果并只有生成熱數(shù)據(jù)。SMD數(shù)據(jù)庫不僅可用子結構進行檢索，還可通過化合物名、分子量、分子式或異構體進行查詢。

8、導入IR和NMR譜圖

Spartan能夠導入實驗測定的IR和NMR譜圖(JCAMP格式)，并可將譜圖與已有的理論預測數(shù)據(jù)進行對比。

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

通過對上文所述的結構數(shù)據(jù)庫進行自動過渡態(tài)猜測，目前Spartan的反應數(shù)據(jù)庫已擴大到包括幾百個新的**反應和金屬**反應，并可通過子結構進行查詢。Spartan反應數(shù)據(jù)庫中的過渡態(tài)結構至少包括以下幾種模型中的一種：AM1、PM3、HF/3-21G和HF/6-31G*，其中每個模型均包含一個過渡態(tài)結構和相應的頻率分析數(shù)據(jù)。此外，Spartan的自動過渡態(tài)猜測功能仍然可用，并已發(fā)展到可處理近2000種反應類型。

10、增強型文件結構

Spartan在原有的文件結構中可以嵌入實驗數(shù)據(jù)、文本和期刊文獻等多種類型的數(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

計算結果中的表面靜電勢等數(shù)據(jù)除了能夠顯示為標準的均色圖形之外，現(xiàn)在還可以用彩色條紋來進行分析，這有助于對分子三維結構中不同區(qū)域的酸性、反應性和選擇性差異作進一步的分析。

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數(shù)來顯示分子的表面形狀。

13、輸入輸出

Spartan能夠導入單晶結構的CIF文件，并可以導入或導出MOL2和SDF文件格式（包含原子電荷）。

14、反應熱計算工具

Spartan中通過簡單的操作就可以計算反應熱，其熱力學數(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、取代基構建工具

Spartan的取代基構建功能有所增強，目前可以直接調(diào)用程序的標準模板或用戶自定義的化學基團用于數(shù)據(jù)庫檢索，也可用于計算反應熱。

16、ChemDraw接口

Spartan可以將ChemDraw的二維結構式自動轉化為三維結構，也可以在Spartan的表格文件中直接編輯ChemDraw分子式。

17、增強型列表和繪圖功能

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

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詞條說明
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