İçeriğe atla

Spartan (kimya yazılımı)

Spartan
Spartan'18 software logo
Geliştirici(ler)Wavefunction, Inc.[1] & Q-Chem
İlk yayınlanma1991
Güncel sürümSpartan'18 v.1.4.4 / 2019
Programlama diliC, C++, Fortran, Qt
İşletim sistemiWindows, Mac OS X, Linux
Platformx86-64
Erişilebilirlikİngilizce
TürMoleküler modelleme, Bilgisayarlı kimya
Resmî sitesiwavefun.com

Spartan, Wavefunction'ın moleküler modelleme ve bilgisayarlı kimya uygulamasıdır.[2] Moleküler mekanik, yarı-ampirik yöntemler, ab initio modeller,[3] yoğunluklu fonksiyonel modeller, post Hartree-Fock modeller,[4] G3 (MP2) ve T1 içeren termokimyasal tarifler için kodlar içerir.

Birincil fonksiyonlar yapılar, bağıl kararlılıklar ve izole edilmiş moleküllerin diğer özellikleri hakkında bilgi sağlamaktır. Karmaşık moleküller üzerinde moleküler mekanik hesaplamaları yaygındır. Hartree-Fock yöntemi moleküler orbital hesaplamalarını içeren kuantum kimyasal hesaplamaları, özellikle de elektronik korelasyonu içeren hesaplamalar moleküler mekanikle karşılaştırıldığında daha fazla zaman alır.

Kuantum kimyasal hesaplamalar, kimyasal reaksiyonların mekanizmaları ve ürün dağılımları hakkında bilgi edinmek (doğrudan geçiş durumları üzerindeki hesaplamalarla ya da Hammond'ın varsayımına dayanarak, reaktiflerin sterik ve elektronik taleplerini modelleyerek) için de kullanılabilirler. Doğrudan geçiş durumlarının geometrileri ve genel olarak reaksiyon mekanizmaları hakkında bilgi veren nicel hesaplamalar giderek yaygınlaşırken, daha sıkı işlemlere tabi tutulacak çok büyük sistemler için nitel modellere hala ihtiyaç duyulmaktadır. Kuantum kimyasal hesaplamalar, mevcut deneysel verileri tamamlamak veya bunları tamamen değiştirmek için bilgi sağlayabilir, örneğin, nicel yapı-aktivite ilişkisi (quantitative structure-activity relationship/QSAR) için atomik yüklerin[5] ve moleküller arası potansiyellerin analizleri için moleküler mekanik ve moleküler dinamik hesaplamalarından faydalanılır.

Spartan, moleküler şekil konformasyonu, yapı (denge ve geçiş durumu geometrisi), NMR, IR, Raman ve UV-VIS spektrumu, moleküler (ve atomik) özellikler, reaktivite ve seçiciliğin belirlenmesi için kullanılabilecek bilgisayarlı kimya metodlarını içerir.

Yazılımsal vasıflar

Bu yazılım, moleküler mekanik, Merck Moleküler Kuvvet Alanı (Merck Molecular Force Field/MMFF), uzantılı MMFF ve SYBYL, kuvvet alanı hesaplamaları, Yarı ampirik hesaplamalara [MNDO / MNDO (D), Austin Model 1 (AM1), PM3, Recife Model 1 (RM1) ve PM6] erişim sağlar.

  • Örtük çözücü (SM8) ile kullanılabilen Hartree-Fock, kendi kendine tutarlı alan (self-consistent field /SCF) yöntemleri:
    • Sınırlı, sınırsız ve kısıtlı açık kabuk Hartree – Fock
  • Örtük çözücü (SM8) ile kullanılabilen fonksiyonel yoğunluk teorisi (DFT) yöntemleri:
    • Standart fonksiyoneller: BP, BLYP, B3LYP, EDF1, EDF2, M06, ω97B97X-D
    • Değişim İşlevselleri : HF, Slater-Dirac, Becke88, Gill96, GG99, B (EDF1), PW91
    • Korelasyon fonksiyonları : VWN, LYP, PW91, P86, PZ81, PBE
    • Kombinasyon veya hibrit fonksiyoneller: B3PW91, B3LYP, B3LYP5, EDF1, EDF2, BMK
      • Truhlar grubu[6] fonksiyonelleri: M05, M05-2X, M06, M06-L M06-2X, M06-HF
      • Head-Gordon grubu fonksiyonları:[7] 97B97, ωB97X, 97B97X-D
  • Eşleşmiş küme yöntemleri:
    • CCSD, CCSD (T), CCSD (2), OD, OD (T), OD (2), QCCD, VOD, VOD (2), VQCCD
  • Møller - Plesset yöntemleri:
    • MP2, MP3, MP4, RI-MP2
  • Uyarılmış hâl yöntemleri:
    • Zamana bağlı yoğunluk fonksiyonel teorisi (Time-dependent density functional theory/TDDFT)
    • Konfigürasyon etkileşimi: CIS, CIS (D), QCIS (D), kuadratik konfigürasyon etkileşimi (QCISD (T)), RI-CIS (D)
  • Kuantum kimyası bileşik yöntemleri, termokimyasal tarifler:
    • T1, G2, G3, G3 (MP2)

Görevler

Mevcut yazılım modelleri moleküler, termodinamik, QSAR, atomik, grafiksel ve spektral özellikler sunar.

  • Enerji - Belirli bir geometri için, bir molekül veya sistemin enerji ve ilgili özellikleri hakkında bilgi sağlar. Kuantum kimyasal modeller kullanılıyorsa, dalga fonksiyonu hesaplanır.
  • Denge moleküler geometrisi[8] - En yakın yerel minimumun yerini belirler ve enerji ve ilgili özellikler hakkında bilgi sağlar.
  • Geçiş durumu geometrisi - En yakın birinci dereceden eyer noktasını (tek boyutta bir maksimum ve diğer boyutlarda minimum) tespit eder ve enerji ve ilgili özellikler hakkında bilgi sağlar.
  • Denge konformer - En düşük enerji konformasyonunu bulur. Çoğunlukla bir kuantum kimyasal model kullanılarak yapı hesaplanmadan önce gerçekleştirilir.
  • Konformer dağılımı - Düşük enerjili konformerler seçimi elde eder. Belirli bir molekülün şekillerini tanımlamak ve ortalama moleküler özelliklerin hesaplanması için bir Boltzmann dağılımı belirlemek amacıyla yaygın olarak kullanılır.
  • Konformer kütüphanesi - En düşük enerjili konformeri bulur ve bunu enerjiden bağımsız olarak moleküle erişilebilen tüm şekilleri kapsayan bir dizi konformer ile ilişkilendirir. Benzerlik analizi için kütüphaneler oluşturmak için kullanılır.
  • Enerji profili - Bir molekülü veya sistemi, her basamak için denge geometrileri sağlayan (kullanıcı tarafından belirlenen kısıtlamalara tabi) kullanıcı tanımlı bir koordinat seti boyunca basamaklandırır.
  • Benzerlik analizi - yapı veya kimyasal fonksiyona (Hidrojen bağı alıcılar-donörler, pozitif-negatif iyonlaştırıcılar, hidrofoblar, aromatikler) dayalı olarak moleküllerin (ve isteğe bağlı olarak onların konformerlerinin) benzerliğini ölçmektedir. Bir molekülün (ve isteğe bağlı olarak konformerlerinin) bir farmakoforla benzerliğini belirler.

Grafiksel kullanıcı arayüzü

Yazılım entegre bir Grafiksel kullanıcı arayüzü içerir. Windows 7 ve 8 aygıtlarında dokunmatik ekran işlemleri destekleniyor. Moleküllerin 3D olarak oluşturulması, molekül inşa edicileri ile kolaylaştırılmıştır (organik, inorganik, peptid, nükleotit ve sübstitüent inşa edicileri dahil). 2D yapı, 2D çizim paleti bulunan organik moleküller için desteklenir. Windows sürüm arayüzü ChemDraw'a erişebilir; 9.0 ve sonraki sürümleri 2D olarak molekül oluşturmak için de kullanılabilir. Hesaplama diyalogu, görevin ve hesaplama yönteminin belirtilmesi için kullanılır. Hesaplamalardan gelen veriler diyaloglarda veya metin çıktısı olarak görüntülenir. Doğrusal regresyon dahil ek veri analizi, dahili bir elektronik tablodan mümkündür.

Ana sürüm geçmişi

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

Windows, Macintosh, Linux sürümleri

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

Ayrıca bakınız

Kaynakça

  1. ^ "Wavefunction, Inc". 11 Kasım 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 28 Kasım 2019. 
  2. ^ Computational Chemistry, David Young, Wiley-Interscience, 2001. Appendix A. A.1.6 pg 330, Spartan
  3. ^ Warren J.. Hehre; Warren J. Hehre; Leo Radom; Paul von R. Schleyer; John Pople (24 Mart 1986). AB INITIO Molecular Orbital Theory (İngilizce). Wiley-Interscience. ISBN 0-471-81241-2. 
  4. ^ Christopher J. Cramer (15 Kasım 2004). Essentials of Computational Chemistry (İngilizce). Wiley-Blackwell. ISBN 978-0-470-09182-1. 
  5. ^ Andrew R. Leach; Leach AR. (2001). Molecular Modelling (İngilizce). Pearson Education. ISBN 0-582-38210-6. 
  6. ^ "Truhlar Group". 20 Temmuz 2011 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 28 Kasım 2019. 
  7. ^ "Head-Gordon Group". 19 Aralık 2019 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 28 Kasım 2019. 
  8. ^ [1] 6 Mart 2021 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. An assessment of most computational models is available. Warren J. Hehre; Alan J. Shusterman; Janet E. Nelson (1998). The Molecular Modeling Workbook for Organic Chemistry (İngilizce). ISBN 1-890661-06-6. 

Dış bağlantılar

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Elektron dizilimi</span>

Elektron dizilimi, atom fiziği ve kuantum kimyasında, bir atom ya da molekülün elektronlarının atomik ya da moleküler orbitallerdeki dağılımıdır. Örneğin Neon atomunun elektron dizilimi 1s2 2s2 2p6 olarak gösterilir.

Yoğun madde fiziği, maddenin yoğun hallerinin fiziksel özellikleriyle ilgilenen bir fizik dalıdır. Yoğun madde fizikçileri bu hallerin davranışını fizik kurallarını kullanarak anlamaya çalışır. Bunlar özellikle kuantum mekaniği kuralları, elektromanyetizma ve istatistiksel mekaniği içerir. En bilinen yoğun fazlar katı ve sıvılardır, harici yoğun fazlar ise düşük sıcaklıktaki bazı materyaller tarafından gösterilen üstünileten faz, atom kafeslerindeki dönüşlerin ferromanyetik ve antiferromanyetik fazları ve soğuk atom sistemlerinde bulunan Bose-Einstein yoğunlaşması. Araştırma için uygun sistemlerin ve fenomenlerin çeşitliliği yoğun madde fiziğini modern fiziğinin en aktif alanı yapıyor. Her 3 Amerikan fizikçiden biri kendini yoğun madde fizikçisi olarak tanımlıyor ve Yoğun Madde Fiziği Bölümü Amerikan Fizik Topluluğu’ndaki en geniş bölümdür. Bu alan kimya, malzeme bilimi ve nano teknoloji ile örtüşür ve atom fiziği ve biyofizikle de yakından ilgilidir. Teorik yoğun madde fiziği teorik parçacık ve nükleer fizikle önemli kavramlar paylaşır.

Atom fiziği, atomu bir bütün olarak atomların etkileşimlerini, atomun ve moleküllerin yapısı, enerji düzeyleri, dalga fonksiyonlari ve elektromanyetik geçişleri, atomlar arası bağlar, moleküler yapılar, atom modeli, atomik spektroskopide ince yapı ve aşırı ince yapı, spektroskopik gösterim ve enerji seviyeleri, geçiş olasılığı ve seçim kuralları, Zeeman olayı, Stark olayı, moleküler spektrum, iyonik bağlar, dönme, titreşim ve elektronik geçiş spektrumu, lazer gibi bölümleri- inceleyen fiziğin alt dallarından ikincisidir.

Kuantum Kimyası diğer adıyla Yeni Nicem, Kuantum mekaniğinin atom ve moleküllere uygulanması ile ilgilenen Kimya altdalıdır. Temel bir dal, yani saf Kimya olan Kuantum Mekaniği'nin bir uygulaması olduğundan uygulamalı Kimya dalı olarak değerlendirilebilir. Kuantum Kimyası'nda Schrödinger, Dirac, vb dalga denklemlerinin çözümüyle ilgilenilir. Ancak genellikle en çok tercih edilen, EM alan yokluğunda, spinsiz ve rölativistik olmayan Schrödinger denkleminin çözümüdür. Tek elektronlu sistemler dışında Schrödinger denklemi analitik olarak çözülemediğinden, çok elektronlu sistemler için nümerik çözümler yapılır. Kuantum Kimyası'nda bu nümerik çözümleri yapmak üzere çeşitli yöntemler vardır. Bunlar;

Deneysel verilerin kullanılmadığı, teorik ilkeler üzerine kurulu kuantum kimyasal hesaplamalara ab initio denir. Ab initio yönteminde genellikle karmaşık bir fonksiyonun daha basit fonksiyonlara indirgenmesi gibi matematiksel yaklaşımlar kullanılır.

<span class="mw-page-title-main">Moleküler orbital</span>

Kimyada moleküler orbital, bir molekül içindeki elektronların dalga benzeri davranışını tanımlayan matematiksel işlevdir. Molekülün herhangi bir bölümünde bir elektron bulma olasılığı gibi kimyasal ve fiziksel özellikleri hesaplamaya yarar.

<span class="mw-page-title-main">Moleküler geometri</span>

Moleküler geometri molekülleri oluşturan atomların üç boyutlu uzaydaki dizilişidir. Kimyasal aktiflik, kimyasal polarite, faz, renk, manyetizma, biyolojik aktiflik gibi maddenin birçok özelliğini tanımlar. Atomların birbirleriyle oluşturduğu bağların arasındaki açı molekülün geri kalanıyla bağlantılıdır.

Atomik, moleküler ve optik fizik, bir ya da birkaç atomun ölçeğinde, madde-madde ve ışık-madde etkileşimi çalışmadır ve enerji, birkaç elektron voltları etrafında ölçeklenir. Üç alanla yakından ilişkilidir. AMO teorisi, klasik, yarı klasik ve kuantum işlemlerini kapsar. Tipik olarak, teori ve emisyon uygulamaları, elektromanyetik yayılım ve emilme, spektroskopi analizi, lazer ve mazerlerin kuşağı ve genel olarak maddenin optik özellikleri, uyarılmış atom ve moleküllerden, bu kategorilere ayrılır.

Hesaplamalı kimya, kimya problemlerini çözmeye yardımcı olmak için bilgisayar simülasyonunu kullanan bir kimya dalıdır. Moleküllerin, katıların yapı ve özelliklerini hesaplamak için verimli bilgisayar programlarına dahil edilmiş teorik kimya yöntemlerini kullanır. Bu yöntemlerin kullanılmasının nedeni, hidrojen moleküler iyonu ile ilgili nispeten yeni sonuçlar dışında, kuantum çok-gövdeli(many-body) problemlerin analitik olarak çözülemez oluşudur. Hesaplama sonuçları normal olarak kimyasal deneylerle elde edilen bilgileri tamamlarken, bazı durumlarda gözlemlenmeyen kimyasal olayları da tahmin edebilmektedir. Yeni ilaç ve materyallerin tasarımında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Kuantum kimyası bilgisayar programları, kuantum kimyası metodlarını uygulamak için bilgisayarlı kimyada kullanılır. Çoğu program, Hartree-Fock (HF) ve bazı post Hartree-Fock yöntemlerini içerir ve ayrıca yoğunluk fonksiyonları teorisi (DFT), moleküler mekanik veya yarı-ampirik kuantum kimyası metotlarını da içerebilirler. Bahsi geçen programlar arasında açık kaynaklı ve ticari yazılımlar bulunur. Bunların çoğu büyüktür, çoğu zaman birkaç ayrı program içerir ve uzun yıllar boyunca geliştirilmiştir.

Katı hâl fiziğindeki hesaplamalı kimya yöntemleri, moleküller için uyguladıkları aynı yaklaşımı katı hâl fiziğinde de takip eder, ancak bu durumda iki farklılık gösterirler. Birincisi, katının translasyon simetrisinin kullanılması şarttır ve ikincisi, moleküler atom merkezli temel fonksiyonlara bir alternatif olarak düzlem dalgalar gibi tamamen dağılmış taban fonksiyonlarını kullanmak mümkündür. Bir kristalin elektronik yapısı genel olarak Brillouin kuşağındaki her nokta için elektron orbitallerinin enerjilerini tanımlayan bir bant yapısı ile tanımlanmaktadır. Ab initio ve yarı-ampirik hesaplamalar yörünge enerjilerini verir, bu nedenle bant yapı hesaplamalarına uygulanabilirler. Bir molekül için enerjiyi hesaplamak zaman alıcı olduğu için, Brillouin bölgesindeki tüm noktaların listesi için hesap yapmak daha da zaman alıcıdır.

<span class="mw-page-title-main">Moleküler modelleme</span> Fiziksel simülasyonlarla kimyasal özellikleri keşfetme

Moleküler modelleme, moleküllerin davranışını modellemek veya taklit etmek için kullanılan teorik ve bilgisayarlı tüm yöntemleri kapsar. Bu yöntemler, küçük kimya sistemlerinden büyük biyolojik moleküllere ve malzeme gruplarına kadar değişen moleküler sistemleri incelemek için bilgisayarlı kimya, ilaç tasarımı, bilgisayarlı biyoloji ve malzeme bilimi alanlarında kullanılmaktadır. En basit hesaplamalar elle yapılabilir, ancak kaçınılmaz olarak makul büyüklükteki herhangi bir sistemin moleküler modellemesini bilgisayarların yapması gerekir. Moleküler modelleme yöntemlerinin ortak özelliği, moleküler sistemlerin atom düzeyinde tanımlanmasıdır. Bu, atomları en küçük bireysel birim olarak muamele edilmesini içerebilir veya protonları ve nötronları kuarkları, kuarkları, gluonlarıyla beraber ve elektronları da fotonlarıyla beraber açıkça modellemeyi içerebilir.

Jaguar hem gaz hem de çözelti fazları için ab initio kuantum kimya hesaplamalar yapmak amacıyla kullanılan bir bilgisayar yazılımı paketidir. Schrödinger şirketi tarafından pazarlanan ticari bir yazılımdır. Program, Richard Friesner ve William Goddard'ın araştırma grupları tarafından üretildi ve başlangıçta PS-GVB olarak adlandırıldı.

Gaussian ilk kez Gauss 70 adında 1970 yılında Carnegie Mellon Üniversitesi'ndeki John Pople ve araştırma grubu tarafından yayınlanan genel amaçlı bilgisayarlı kimya yazılım paketi. 1970'ten beri sürekli olarak güncellendi. Programın güncel sürümü Gaussian 16'dır. Başlangıçta Quantum Chemistry Program Exchange aracılığıyla yayınlanan program, daha sonra Carnegie Mellon Üniversitesi'ne lisanslanmıştır ve 1987'den beri Gaussian, Inc. tarafından geliştirilmiştir.

<span class="mw-page-title-main">CP2K</span>

CP2K, katı hal, sıvı, moleküler ve biyolojik sistemlerin atomistik simülasyonlarını gerçekleştirmek için Fortran 2003'te yazılan serbestçe kullanılabilen (GPL) bir programdır.

NWChem, hem kuantum kimyasal ve hem de moleküler dinamik işlevselliği içeren ab initio bilgisayarlı kimya yazılımıdır. Geleneksel iş istasyonu kümelerinin yanı sıra yüksek performanslı paralel süper bilgisayarlarda da çalışacak şekilde tasarlanmıştır.

<span class="mw-page-title-main">Moleküler mekanik</span>

Moleküler mekanik moleküler sistemleri modellemek için klasik mekaniği kullanır. Born-Oppenheimer yaklaşımının geçerli olduğu varsayılır ve tüm sistemlerin potansiyel enerjisi, kuvvet alanları kullanılarak nükleer koordinatların bir fonksiyonu olarak hesaplanır. Moleküler mekanik, boyutu birkaç atom büyüklüğünde olan sistemlerden tutun da milyonlarca atomdan oluşan büyük sistemlere kadar uygulanabilir.

Teorik ve hesaplamalı kimyada temel seti, Hartree Fock yöntemi veya yoğunluk fonksiyonel teorisinde kullanılan bir dizi fonksiyondur. Temel setleri Hartree Fock yöntemi veya yoğunluk fonksiyonel teorisindeki elektronik dalga fonksiyonunu temsil etmeyi amaçlarlar. Modelin kısmi diferansiyel denklemlerinin bilgisayarda verimli uygulanması amacı ile uygun cebirsel denklemlere dönüştürülmesinde kullanılırlar.

Psi, başlangıçta Henry F. Schaefer, III araştırma grubu tarafından yazılan ab initio hesaplamalı kimya paketİ. Psi kullanılarak, Hartree-Fock, Post-Hartree-Fock elektron korelasyon yöntemleri ve Yoğunluk fonksiyonel teorisi gibi çeşitli yöntemlerle bir moleküler sistem üzerinde hesaplamalar yapılabilir. Program enerjileri hesaplayabilir, moleküler geometrileri optimize edebilir ve titreşim frekanslarını hesaplayabilir. Programın büyük kısmı C++ ile yazılırken, kullanıcıların karmaşık hesaplamalar yapmasına veya görevleri kolayca otomatikleştirmesine olanak tanıyan Python API de mevcuttur.

Atom fiziğinde, etkin nükleer yük, çok elektronlu bir atomda bir elektronun yaşadığı gerçek pozitif (nükleer) yük miktarıdır. "Etkili" terimi, negatif yüklü elektronların koruyucu etkisi, daha yüksek enerjili elektronların, iç katmanın itici etkisi nedeniyle çekirdeğin tam nükleer yükünü deneyimlemesini engellediği için kullanılır. Bir elektronun deneyimlediği etkin nükleer yüke çekirdek yükü de denir. Atomun oksidasyon sayısı ile nükleer yükün gücünü belirlemek mümkündür. Elementlerin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin çoğu, elektronik konfigürasyon temelinde açıklanabilir. İyonlaşma enerjilerinin davranışını düşününperiyodik tabloda. İyonizasyon potansiyelinin büyüklüğünün aşağıdaki faktörlere bağlı olduğu bilinmektedir:

  1. atomun boyutu;
  2. nükleer yük;
  3. İç kabukların eleme etkisi ve
  4. En dıştaki elektronun, içteki elektron tarafından kurulan yük bulutuna nüfuz etme derecesi.

Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.