Spartan計算化學軟件

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Spartan支持的操作系統包括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既可以在單機上完成所有計算任務，同時也支持Client-Serve模式，能夠通過網路向Linux服務器遠程提交計算。從Spartan開始，運行在各種平台（Windows、Macintosh和Linux）上的Spartan將提供統一的圖形界面和計算功能。此外，Spartan可以用共享記憶體方式做到多CPU的並行運算。

Spartan採用最新版本的Intel編譯器編譯，這與以往發布的版本相比，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，以及最新版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，這有助於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、最優構象和反應過渡態。

2、RI-CIS(D)

Spartan新集成了RI-CIS(D)算法用於模擬激發態分子，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，用於優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採用一種新的經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絕對偏差控制在2ppm之內，這使得Spartan的預測結果更加可靠。在模擬1H的核磁信號時，Spartan使用經驗方法估算三鍵的H-H耦合常數和裂分，從而獲得與實際譜圖更相似的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。對於由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量級。利用這種方法，Spartan能夠精確地計算分子量在500左右的有機化合物的熱力學性質。T1算法曾被用來預測NIST熱化學數據庫[21]中的兩千個分子，預測的平均偏差不超過9kJ/mol。根據這個結果，隨後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據庫，該數據庫不僅涵蓋了大量的有機化合物的熱力學數據，同時還提供了多種分子處於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容。分子構象庫中的數據取自MMFF分子力學進行構象空間搜尋的結果，其中的分子三維結構表示的是化合物分子在水溶液環境中的最優構象。分子構象庫主要用於相似性分析，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數據庫（Spartan Molecular Database[24]）

Spartan分子數據庫目前已發展到包含約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據：分子的二維結構、MMFF方法優化的最優三維構型、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。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*的計算結果並只有生成熱數據。SMD數據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)，並可將譜圖與已有的理論預測數據進行對比。

9、過渡態和SRD數據庫（Spartan Reaction Database）

通過對上文所述的結構數據庫進行自動過渡態猜測，目前Spartan的反應數據庫已擴大到包括幾百個新的有機反應和金屬有機反應，並可通過子結構進行查詢。Spartan反應數據庫中的過渡態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結構和相應的頻率分析數據。此外，Spartan的自動過渡態猜測功能仍然可用，並已發展到可處理近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據、文本和期刊文獻等多種類型的數據，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據除了能夠顯示為標準的均色圖形之外，現在還可以用彩色條紋來進行分析，這有助於對分子三維結構中不同區域的酸性、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，並可以導入或導出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，其熱力學數據可以由用戶自己定義，也可以讀取SMD數據庫中的記錄。

15、取代基構建工具

Spartan的取代基構建功能有所增強，目前可以直接調用程序的標準模板可能用戶自定義的化學基團用於數據庫檢索，也可用於計算反應熱。