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Spartan——计算化学软件

Spartan 计算化学软件,支持的操作系统包括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既可以在单机上完成所有计算任务,同时也支持Client-Serve模式,能够通过网络向Linux服务器远程提交计算。从Spartan’08开始,运行在各种平台(Windows、Macintosh和Linux)上的Spartan将提供统一的图形界面和计算功能。此外,Spartan’08可以用共享内存方式实现多CPU的并行运算。
Spartan’08采用最新版本的Intel编译器编译,这与以往发布的版本相比,程序的运算性能将提升15~20%。Spartan’08将包括Wavefunction公司提供的图形用户界面和算法,以及最新版Q-Chem的计算功能。

Windows操作系统:
SpartanModel
Spartan Student
Spartan’08 Essential
Spartan’08

Mac操作系统:
SpartanModel
Spartan Student
Spartan’08 Essential
Spartan’08

Linux操作系统:
Spartan’08 for Linux

1、溶液模型
Spartan将提供Continuum Solvation Model SS(V)PE模型和SM8 (Cramer-Truhlar)模型,这有助于提高对离子型化合物的计算精度。目前Spartan可以用HF和DFT方法计算溶液体系的能量、最优构象和反应过渡态。

2、RI-CIS(D)
Spartan’08新集成了RI-CIS(D)算法用于模拟激发态分子,该算法能够获得与CIS(D)算法相同的计算精度,同时计算速度大幅度提高,用于优化结构时速度大约提升3倍,进行能量计算时速度则提高了一个数量级。

3、新的DFT泛函
Spartan’08将集成GGA-PBE泛函,以及M05和M06这两种meta-GGA泛函。此外,进行DFT计算的时候还有多种交换-相关函数可供选择,这包括:Slater-Dirac、 Vokso-Wilk-Nusair、 Perdew-Zunger、 Wigner、 Becke88、 Gill96、 Gilbert-Gill99、 Lee-Yang-Parr、 Perdew86、GGA91、 BMK、 EDF1和 EDF2。

4、核磁谱图
在用B3LYP/6-31G*方法预测13C的化学位移时,Spartan采用一种新的经验校正公式来提高计算的准确性,可将理论预测值和实验值的绝对偏差控制在2ppm之内,这使得Spartan的预测结果更加可靠。在模拟1H的核磁信号时,Spartan使用经验方法估算三键的H-H耦合常数和裂分,从而获得与实际谱图更相似的1H核磁谱和COSY谱。只要能提供准确的分子构型,Spartan’08可以预测1H、13C的一维核磁谱,以及1H的二维COSY谱和NOSY谱。

5、生成热
Spartan’08对T1算法[20]进行了改良。对于由H、C、 N、 O、 F、 S、 Cl或Br组成的中性分子,T1算法能够精确地计算这类分子的生成热。T1算法预测分子生成热的原理同G3(MP2)类似,其计算结果与G3(MP2)相比仅有2kJ/mol的平均偏差,不过计算速度却高出了几个数量级。利用这种方法,Spartan能够精确地计算分子量在500左右的有机化合物的热力学性质。
T1算法曾被用来预测NIST热化学数据库[21]中的两千个分子,预测的平均偏差不超过9kJ/mol。根据这个结果,随后T1算法被用来构建了一个包含有约四万个分子的热力学数据库,该数据库不仅涵盖了大量的有机化合物的热力学数据,同时还提供了多种分子处于不同构象时的能量差异。

6、分子构象库
Spartan’08的分子构象库增添了更多的内容。分子构象库中的数据取自MMFF分子力学进行构象空间搜索的结果,其中的分子三维结构表示的是化合物分子在水溶液环境中的最优构象。分子构象库主要用于相似性分析,涵盖的化合物种类包括常见的药物分子(约500种)、Maybridge药物化学纲目[22](约5000种)和生化小分子[23](约24万种)。

7、SMD数据库(Spartan Molecular Database[24])
Spartan分子数据库目前已发展到包含约15万种化合物,其中每种化合物最多可提供10个不同级别的理论模型: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这些数据: 分子的二维结构、MMFF方法优化的最优三维构型、气相能、(水)溶剂化能、HOMO和LUMO轨道能、偶极矩、Mulliken和NBO分析的原子电荷、范德华表面和表面静电势。此外,约4万种化合物带理论预测的IR图谱,约1万5千种化合物带核磁图谱,约1千5百种化合物带紫外/可见光谱。G3(MP2)模型中的分子构型来自MP2/6-31G*级别的计算,而T1模型中的分子构型则来自HF/6-31G*的计算结果并只有生成热数据。SMD数据库不仅可用子结构进行检索,还可通过化合物名、分子量、分子式或异构体进行查询。

8、导入IR和NMR谱图
Spartan能够导入实验测定的IR和NMR谱图(JCAMP格式),并可将谱图与已有的理论预测数据进行对比。

9、过渡态和SRD数据库(Spartan Reaction Database)
通过对上文所述的结构数据库进行自动过渡态猜测,目前Spartan的反应数据库已扩大到包括几百个新的有机反应和金属有机反应,并可通过子结构进行查询。Spartan反应数据库中的过渡态结构至少包括以下几种模型中的一种:AM1、PM3、HF/3-21G和HF/6-31G*,其中每个模型均包含一个过渡态结构和相应的频率分析数据。此外,Spartan的自动过渡态猜测功能仍然可用,并已发展到可处理近2000种反应类型。

10、增强型文件结构
Spartan在原有的文件结构中可以嵌入实验数据、文本和期刊文献等多种类型的数据,目前支持的嵌入格式有:Word、PowerPoint、Excel、PDF 以及 JPG、PNG、TXT 等。

11、彩色图示
计算结果中的表面静电势等数据除了能够显示为标准的均色图形之外,现在还可以用彩色条纹来进行分析,这有助于对分子三维结构中不同区域的酸性、反应性和选择性差异作进一步的分析。

12、电子密度外形
在用电子密度模拟显示分子形状的时候,Spartan现在提供一种新的表面定义方式,可以选择用总电子密度的百分数来显示分子的表面形状。

13、输入输出
Spartan能够导入单晶结构的CIF文件,并可以导入或导出MOL2和SDF文件格式(包含原子电荷)。

14、反应热计算工具
Spartan中通过简单的操作就可以计算反应热,其热力学数据可以由用户自己定义,也可以读取SMD数据库中的记录。

15、取代基构建工具
Spartan’08的取代基构建功能有所增强,目前可以直接调用程序的标准模板或用户自定义的化学基团用于数据库检索,也可用于计算反应热。

16、ChemDraw接口
Spartan’08可以将ChemDraw的二维结构式自动转化为三维结构,也可以在Spartan的表格文件中直接编辑ChemDraw分子式。

17、增强型列表和绘图功能
Spartan的表格文件中能够存储矢量型数据,并可用这种类型的数据绘制图形。

SpartanModel is an "Electronic Model Kit". Making use of computer technology, SpartanModel replaces the "plastic models" used by past generations of organic chemistry students, and extends the utility of molecular models in chemistry education.

Spartan Student Edition is a serious molecular modeling package for teaching, and learning, chemistry. Combining Spartan’s easy-to-use graphical interface with a targeted set of computational engines, the Student Edition provides fundamental molecular modeling utilities supporting the Organic Chemistry curriculum.

Spartan Essential Edition includes a full range of molecular mechanics and quantum chemical methods, up through and including Hartree-Fock Ab Initio methods, behind the cutting-edge Spartan GUI, putting powerful calculations at your fingertips. This version of Spartan is most commonly used in academic computer labs.

Spartan is the most sophisticated version offered. The latest Spartan’08 release offers offers all features and methods included in the Spartan Essential Edition, and in collaboration with Q-Chem, provides a full range of post-Hartree-Fock methods including Density Functional, Moller Plesset, Theremochemistry recipes (including the new T1 procedure), and an assortment of Advanced Correlated approaches. Spartan’08 also contains many of the same medicinal chemistry features available in the Trident program, and is the dominant version used in academic, government, and commercial research.