Transcript 第13课 - 同济大学化学实验教学中心

生物和化学软件介绍
生物和化学软件介绍
• 大型软件
• PC软件
大型软件
• Sybyl
• DS Modeling / Insight II
• GCG Server
Sybyl
• Tripos公司
• 专业分子模拟环境
• 目前最新版本SYBYL7.0
• SYBYL完全的结合计算化学和分子模拟的
环境，提供了解分子结构和性质的基量，
特别指的是新的化学实体的性质
基本操作平台（包括开发平台）
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SYBYL/BASE Tripos软件基本运行平台，包括分子构建、结构显示、分子力学计算。
文件输入/输出等基本功能。
Advanced Computation分子三维构象的搜索、分析工具, 帮助寻找分子最低能量构
象
MM4全新的分子力场MFF94新增加的一个分子力场，其参数都是通过从头计算结构拟
合而来。
MOLCAD 分子表面性质的计算和显示。
AMPAC 采用半经验的量化计算方法预测分子的三维结构和电荷分布属性。
MOPAC 半经验量化计算。
Dynamics 分子动力学计算。
SPL（Sybyl Programming Language）语言种脚本语言，类似于unix的shell脚本，
具有很强的可读性。充分利用sybyl软件命令和参数，加入简单的选择语句和循环语句，
用户便能更简便、更自由且自动地完成Sybyl软件的功能。SPL最常见的用途是编写一
个很短的程序, 即可快速地完成大量的重复的工作, 使用户从枯燥的工作中解脱出来，
达到事半功倍的效果。使用SPL语言编写的脚本程序可以非常方便的和他人共享。
SYBYL软件包中也提供了一些SPL编写的脚本。
SLN（Sybyl Line Notation）语言以文本字符串的方式来记录化合物的各种数据信息。
比如：化合物的注册序列号、名字、不确定的原子基团或片断，特定的子结构查询等
SLN 主要以原子、化学键、支链、环和属性来描述化合物。
基于配体的药物设计(药效团概
念,QSAR 和 ADME)
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QSAR with CoMFA 定量构效关系研究工具集，可用于先导化合物的结构修饰及改造。
Advanced CoMFA CoMFA模块的扩展功能，包括了几种特殊分子场及QSAR 扩展工
具。
VolSurf 预测化合物的吸收、分布、代谢、排泄（ADME）等性质。
HQSAR全息定量构效关系研究方法，在没有分子的三维结构信息的情况下自动建立高
预测能力的QSAR模型。
Distill根据相同的子结构对一组化合物进行分类，显示可视的SARs。
ALMOND 用来产生GRid INdependent Descriptors(GRIND)，用于3D-QSAR。
DISCOtech 进行活性官能团预测，即通过分析一系列化合物的可能构象进而推测它们
共有的可能的药效基团。
Tuplets 不需要三维结构模型的基于药效团的数据库筛选工具。
GASP采用遗传算法的受体活性位点的预测。
Molconn-Z用于计算基于分子拓扑结构的QSAR描述符。RECEPTOR 利用官能团间距
离作为限制条件，寻找药效基团的共有结构。
ClogP/CMR计算分子的脂水分配系数及分子摩尔折射,用于QSAR。
hint!分析疏水性、疏水相互作用，可用于CoMFA分析。
ZAP 计算和显示分子的静电势，用于QSAR。
药物设计-虚拟筛选和de novo设计
• FlexX快速精确地将配体与蛋白质活性位点进行柔性对接
计算，用于虚拟筛选。
• FlexX-Pharm FlexX的增强性的模块，能够让FlexX进行
以药效团为核心加以空间限制的对接。
• FlexE 对接计算中考虑蛋白质的结构柔性与状态变化。
• FlexS 基于分子形状的分子叠合和筛选工具。
• CombiFlexX 运用组合化学的方法产生类似分子并自动进
行对接，以减少需要合成的化合物的数量。
• CScore 提供了评价配体-受体之间相互作用的多种方法，
用于对接结果的一致性评价。
• LeapFrog 利用已知的受体蛋白质结构或QSAR模型进行
de novo 配体设计，并可用于优化先导化合物。
• RACHEL先导化合物的经典优化工具。
组合化学 -化学库设计和分子多样性
• CombiLibMaker建立和存储虚拟组合库，包括了化合物的三维结构，
还能在实验前对关注的化合物进行计算。
• OptDesign 设计和编辑组合库，选择的化合物考虑到了合成、购买
等实际条件的约束条件。
• Selector通过分析化合物数据库中分子的多样性信息，降低数据库中
化合物的数量。
• DiverseSolutions分子多样性分析工具，可以用于分子数据库的比
较、合并、补集生成，也可以通过已知活性
化合物选择库中化合物。
• ChemEnlighten适用于各种大小型数据集的分析环境，可以访问大
型数据表格，进行分析并生成分析报告。
• CONCORD将化合物的二维结构转化为三维结构的通用工具，已成为
行业标准之一。
• StereoPLex 将含有手性碳原子分子的二维结构转化为三维结构，生
成一系列的光学异构体，扩展化合物
的异构数据库。
结构生物学-大分子模拟和同源模建
• Biopolymer研究生物大分子（蛋白质、核酸、糖）
的基础工具，提供生物大分子的力场参数。
• MatchMaker基于“inverse folding”方法，预
测蛋白质的三维结构。
• SiteID生物大分子结合位点的分析和可视化的工
具。
• Composer蛋白质三维结构的同源模建。
• ProTable对蛋白质的立体结构和性质进行合理的
分析和评价。
生物信息学和化学信息学
• GeneFold通过氨基酸序列结合同源信息与
threading方法预测蛋白质的结构和功能。
• FUGUE剑桥大学开发的同源模建工具，在同源性
低的情况下也能够帮助找到良好的蛋白模板。
• Unity 化学数据库的搜索、分析、管理系统。搜
索方法包括二维子结构搜索，相似度搜索，基于
药
效团的搜索等等。
• AUSPYX基于Oracle数据库，存储和直接搜寻化
合物结构以及相关数据。
• HiVol对大量数据进行高通量的虚拟筛选。
NMR相关模块
• TRIAD NMR数据分析的基本平台。对多维
的NMR数据进行分析，处理和虚拟显示的
• MARDIGRASNMR 中二维的NOE数据分
析模块。
• DYANA 根据NMR测量数据快速正确的计
算出蛋白质和核酸的三维结构。
Accelrys公司软件
• Insight II
• Discovery Studio系列软件
• GCG Wisconsin Package，生物信息
学分析软件包
• …
Discovery Studio系列软件
• Discovery
• Discovery
• Discovery
• Discovery
• Discovery
• Discovery
Studio
Studio
Studio
Studio
Studio
Studio
Modeling 1.1
Modeling 1.2
Gene
SeqStore
MedChem Explorer
ViewerPro
Discovery Studio Modeling
1.1
• 蛋白质的表征、X-ray分析、蛋白质组功能
注释，以及同源建模
• 蛋白质结构功能关系:分子图形显示、同源
蛋白搜索、序列比对与分析、模拟突变、
同源蛋白建模、结构分析与确认、蛋白质
结构优化
• 生物分子模拟与计算:分子力学与动力学计
算、力场、数据分析、溶剂可及性和电荷
性质计算
DS Modeling 1.1现有模块
• DS Modeling Visualizer
• DS ProjectKM
• DS CHARMm
• CFF
• DS Analysis
• DS Biopolymer
• DS Protein Similarity Search
• DS MODELER
DS Modeling 1.1现有模块
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DS
DS
DS
DS
DS
DS
DS
DS
DS
DS
Protein Health
Protein Families
DelPhi
GeneAtlas
AtlasStore
CNX
XBUILD
XLIGAND
HT-XPIPE
MSSearch
Discovery Studio Modeling
1.2
• 提供基于结构药物设计工具，包括配体-蛋
白质相互作用、全新药物设计和分子对接
• 基于靶点结构的药物设计（SBD）：靶点
识别、靶点表征、候选药物筛选、配体对
接、全新化合物设计
DS Modeling1.2 - SBD现有
模块
• DS
• DS
• DS
• DS
• DS
• DS
• DS
Modeling Visualizer
ProjectKM
CHARMm Lite
Ludi
LigandFit
LigandScore
LigandFit CAP/DS Ludi CAP
Discovery Studio Gene
• 显示、编辑和分析DNA序列和蛋白质序列
的工具，可以处理不同格式的文件，包括：
DNA，蛋白质和三维分子图像。这个产品
可以作为一个序列分析系统单独运行，也
作为Discovery Studio SeqStore在客户
端的界面，将来还可以成为GCG?
Wisconsin Package?在客户端的界面
Discovery Studio SeqStore
• 基于Oracle系统的生物信息学序列分析和管理工
具
• 能够帮助用户建立序列数据库，管理大量的序列
信息
• 同时集成了通用的GCG Wisconsin Package软
件包，能够针对数据库中的序列进行分析和研究
• 提供通过FTP方式每日下载公众数据的渠道
• 在客户端需要通过Discovery StudioTM Gene
进行操作和显示
Discovery Studio MedChem
Explorer
• 药效基团模建和设计工具。使得化学家可
以在计算机上设计有活性的化合物，加快
先导化合物获得进程。它提供药效基团模
建、构象分析、性质计算、ADME预测等功
能。服务器一端需要SGI IRIX和Oracle的
支持
Discovery Studio ViewerPro
• 个方便的分子模建和显示工具，允许研究
人员在普通个人电脑上生成高品质的三维
分子模型
• 这些图形可以方便地转到Microsoft
PowerPoint或Word文件中
InSight II
• SGI IRIX、Red Hat Linux和IBM AIX
• 核心模块及图形界面
• 结构模型构建工具
• 能量计算工具
• 生物大分子结构模建与性质分析
• 基于靶标结构的药物设计
• 核磁共振结构测定
GCG Wisconsin Package
• 数据库检索：是DS Modeling 1.1客户端-服务器结构的可视化
界面
• 多重序列比对与分析：包括全局的序列比对及局部的序列比对算
法
• 序列编辑与比对：对序列进行编辑
• 片段装配：用于EST序列的拼接，从EST序列得到全长的基因序
列
• 蛋白质性质、结构分析：从序列出发对蛋白质的二级结构、疏水
性分布、等电点等进行预测，并给出图形化结果
• 限性酶切位点与蛋白水解酶图谱分析：
• 进化分析：对蛋白质家族进行分子水平的进化分析
• DNA与RNA折叠：对DNA或RNA的高级结构进行预测，并提供
图形结果
• pattern, motif与基因的寻找：数据库搜索，寻找可能的motif
• 引物设计：用于PCR的引物设计。
PC软件
• 化学结构式
• 三维结构
• 作图
• 谱图解析
重要软件
• ChemOffice 2005
• DS Weblab Viewer
• ChemWindow 6
• Gaussian 98 /03
化学结构式
• 有关化学结构式编辑的软件市面上非常之多，它们各有所
长。既有商品的，亦有对教育界及家用免费的。其功能主
要是描绘化合物的结构式、化学反应方程式、化工流程图、
简单的实验装置图等化学常用的平面图形的绘制。常见的
这类软件有：ChemDraw, ChemWindow, ISIS Draw,
ChemSketch等
• ChemDraw为当前最常用的结构式编辑软件，除了以上
所述的一般功能外，其ultra版本还可以预测分子的常见
物理化学性质如：熔点、生成热等；对结构按IUPAC原则
命名；预测质子及碳13化学位移等
• ChemWindow的一个最突出的特点是与光谱的结合，它
的6.5 Spectroscopy 版本包括了一个约五万张13C
NMR 的数据库(达250兆)，因而其预测更加精确；除了
根据化合物的结构预测13C NMR化学位移外，还能预测
红外图谱、质谱等，更可以读入标准格式的NMR、IR、
Raman、UV及色谱图
三维结构
• 比较有名的化学三维结构显示与描绘软件有：
Chem3D, WebLab Viewer Pro, RasWin,
ChemBuilder 3D, ChemSite等，它们都能够
以线图(wire frame), 球棍(ball and stick),
CPK及丝带(ribbon)等模式显示化合物的三维结
构。其中的RasWin和WebLab Viewer的Lite版
只能显示而无法编辑三维分子模型，为免费软件，
RasWin可以在几乎所有的化学软件站点找到，
WebLab Viewer的下载地址为
http://www.msi.com/。
• Chem3D同ChemDraw一样，是ChemOffice的
组成部分，它能很好地同ChemDraw一起协同工
作，ChemDraw上画出的二维结构式可以正确地
自动转换为三维结构。它的ultra版本还包括了一
个很好的半经验量子化学计算程序MOPAC 97，
并能与著名的从头计算程序Gaussian98连接，
作为它的输入、输出界面。能够以三维的方式显
示量子化学计算结果，如：分子轨道、电荷密度
分布等。
ChemOffice Ultra 2005
• 简介：ChemOffice Ultra 2005包含了：
ChemDraw Ultra：化学结构绘图
Chem3D Ultra：分子模型及仿真
ChemFinder Pro：化学信息搜寻整合系统
此外还加入了E-Notebook Ultra，BioAssay Pro，量化
软件MOPAC、Gaussian和GAMESS的界面，
ChemSAR Server Excel, CLogP, CombiChem/Excel
等等，ChemOffice Pro还包含了全套ChemInfo数据库，
有ChemACX和ChemACX-SC，Merck索引和
ChemMSDX。
可以下载试用版。
Chem3D
• 提供工作站级的3D分子轮廓图及分子轨道特性分析，并和数种量子
化学软件结合在一起。由于Chem3D提供完整的界面及功能，已成为
分子仿真分析最佳的前端开发环境。
· ChemProp：预测BP、MP、临界温度、临界气压、吉布斯自由能、
logP、折射率、热结构等性质。
· Excel Add-on：与微软的Excel完全整合，并可连结
ChemFinder。
· Gaussian Client：量子化学计算软件Gaussian 98W的客户端界
面，直接在Chem3D运行Gaussian，并提供数种坐标格式。（需要
安装Gaussian 98W）
· CS GAMESS：量子化学计算软件GAMESS的客户端界面，直接在
Chem3D运行GAMESS的计算。（需要另外获得GAMESS）
· MOPAC Pro：Fujitsu的量子化学计算软件MOPAC已内含在
Chem3D Ultra内，搭配Chem3D的图形界面。 分子计算的方法有
AM1、PM3、MNDO、MINDO/3和新的MINDO/d。 可以计算瞬时
的几何形状及物理特性等。
WebLab Viewer
• WebLab Viewer的pro版本表现生物分子和
晶体结构的能力比较强。可以从下图看出
作图
• 化学中的数据处理多种多样，对不同的数据处理
要求宜采用不同的软件完成。通用型的软件如：
Origin, SigmaPlot等可以根据需要对实验数据
进行数学处理、统计分析、付立叶变换、t-试验、
线性及非线性拟合；绘制二维及三维图形如：散
点图、条形图、折线图、饼图、面积图、曲面图、
等高线图等。Origin的最新版本为6.0，其演示版
可以从http://www.originlab.com/下载，
SigmaPlot的最新版本为2000, 其评估版可以从
http://www.spss.com/下载。
谱图解析
• 核磁图谱的解析可以先利用ChemNMR, C13 Module for ChemWindow,
gNMR等软件对目标化合物的化学位移进行估算或作出模拟谱，用以协助对
该化合物图谱的指认。
• ChemNMR为ChemDraw Ultra版本的一个插件，可以用来估算大多数有机
物的1H、13C化学位移及用线图表示的相应图谱，
• C13 Module for ChemWindow为ChemWindow的一个插件，可以用来估
算大多数有机物的13C化学位移，
• gNMR则可用来估算任何NMR活性核的化学位移，并能画出非常逼真的图谱，
该软件包所带的几个工具(gSPG, gCVT)亦可用来处理一维核磁图谱数据，
并能与模拟谱进行比较，
• 二维核磁的解析可以使用Sparky程序， 特别是对复杂2D NMR的解析非常
有用。
• IR Mentor Pro，及IR SearchMaster为专门用来辅助红外图谱解析的工具，
它们能对给定的红外图谱数据自动分析与处理，或对给定的振动谱带给出可
能存在的功能团，
• MassSpectra Simulator为质谱模拟程序，
• 在ChemWindow 6.0 Spectroscopy版本中也有丰富的质谱分析辅助工具
商业量化软件
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Gaussian 98
GAMESS-UK
HyperChem 7
Cache 5
Cerius2
ChemOffice Ultra 2002 2004 2005
CRYSTAL
MOPAC2000
PC SPARTAN
Gaussian 98
• 简介：Gaussian是做半经验计算和从头计算使用最广泛
的量子化学软件，可以研究：
分子能量和结构，过渡态的能量和结构，化学键以及反应
能量，分子轨道，偶极矩和多极矩，原子电荷和电势，振
动频率，红外和拉曼光谱，NMR，极化率和超极化率，
热力学性质，反应路径。
计算可以模拟在气相和溶液中的体系,模拟基态和激发态。
Gaussian是研究诸如取代效应,反应机理,势能面和激发
态能量的有力工具。
Gaussian 98可用来预测分子和化
学反应的许多性质
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分子的能量和结构
过渡态的能量和结构
振动频率
红外和拉曼光谱
热化学性质
成键和化学反应能量
化学反应路径
分子轨道
原子电荷
电多极矩
NMR屏蔽和磁化系数
振动圆二色性强度
电子亲和能和电离势
极化和超极化率
静电势和电子密度
运行Gaussian 98
• 创建描述Gaussian 98计算的输入文件。
• 指定各草稿文件的位置。
• 指定资源需求
• 以交互或批处理模式开始执行程序。
运行例子
• # SP, RHF/STO-3G punch=archive trakio
scf=conventional
• Gaussian Test Job 00
• Water with archiving
• 01
• O
• H 1 0.96
• H 1 0.96 2 109.471221
GAMESS-UK
• 功能：
Hartree-Fock
密度泛函，包括B3LYP，BLYP，BP86，BP97，B97，HCTH和LDA
电子相关，包括MP2，MP3，MCSCF，CASSCF，MR-DCI，CCSD，
CCSD(T)，RPA和MCLR的激发能和谐振强度，完全CI，Green函数计算电
离势。2002年的新版本6.3还可以进行多参考Moller-Plesset微扰理论计算
直接方法，有直接SCF，DFT，MP2，RPA，半直接MRDCI
分子特性，包括Mulliken和Lowdin布居数分析，静电势导出电荷，分布式多
极矩分析，Morokuma分析，自然成键轨道(NBO)分析，到AIMPAC代码的
接口，红外和拉曼强度，多极矩，极化率，超极化率，磁化率，ZORA相对
论影响，溶剂影响DRF
赝势，包括局域和非局域赝势
可视化，进行前期和后期处理
混合QM + MM，具有到Charmm的接口
半经验方法MNDO，AM1和PM3
HyperChem 7
• 简介：图形界面，有半经验方法（AM1，
PM3等），UHF，RHF和CI和7.0版新增加
的密度泛函。可进行单点能，几何优化，
分子轨道分析，预测可见-紫外光谱，蒙特
卡罗和分子力学计算。主页同时提供试用
版下载。
功能
1. 结构输入和对分子操作。
2. 显示分子。
3. 化学计算。用量子化学或经典势能曲面方法，进行单点、几何优化和
过渡态寻找计算。可以进行的计算类型有：单点能，几何优化，计算振
动频率得到简正模式，过渡态寻找，分子动力学模拟，Langevin动力学
模拟，Metropolis Monte Carlo模拟。支持的计算方法有：从头计算，
半经验方法，分子力学，混合计算。
4. 可以用来研究的分子特性有：同位素的相对稳定性；生成热；活化能；
原子电荷；HOMO-LUMO能量间隔；电离势；电子亲和力；偶极矩；电
子能级；MP2电子相关能；CI激发态能量；过渡态结构和能量；非键相
互作用能；UV-VIS吸收谱；IR吸收谱；同位素对振动的影响；对结构特
性的碰撞影响；团簇的稳定性。
5. 支持用户定制的外部程序。
6. 其它模块：RAYTRACE模块，RMS Fit，SEQUENCE编辑器，晶体
构造器；糖类构造器，构像搜寻，QSAR特性，脚本编辑器。
7. 新的力场方法：Amber 2，Amber 3，用于糖类的Amber，Amber
94，Amber 96。
8. ESR谱。
9. 电极化率。
10. 二维和三维势能图。
11. 蛋白质设计。
12. 电场。
13. 梯度的图形显示。
14. 新增功能：密度泛函理论(DFT)计算；NMR模拟；数据库；
Charmm蛋白质模拟；半经验方法TNDO；磁场中分子计算；激发态几
何优化；MP2相关结构优化；新的芳香环图；交互式参数控制；增强的
聚合物构造功能；新增基组。
Cache 5
• 简介：
Cache是用于生命科学、材料和化学的计算机辅
助化学建模软件包，适用于实验化学家，生物化
学家，药物化学家，计算化学研究者，以及高等
教育工作者。Cache使用经典和量子力学方法，
并有Dgauss的图形界面，可以使用密度泛函理
论进行计算。它包含很多新的半经验方法，可以
计算直到20,000个原子的分子，甚至可以挑战实
验精度。
Cache 5
• 功能：
1. 药物设计。在几分钟内预测分子的活性，结构，和ADME性质；添
加结构；蛋白质配合基；研究三维构型；研究酶的机制；手性设计；
构像搜索，预测溶解度。
2. 反应与合成。预测热动力学和动力学；消除副反应；寻找过渡态；
从X-射线结晶图显示结构；寻找催化路径。
3. 化学设计。使用Cache预测任何化合物的性质；研究三维构造；
预测IR和UV-可见光谱；预测NMR和振动光谱；研究有机金属；构造
和显示晶体；测量两个分子重合的RMS性质。
4. 多聚物。预测Tg，溶解度，内聚能，摩尔体积；预测热脱水。
5. 新增PM5哈密顿量，较AM1，PM3,和MNDO这些方法，在热构成
计算上能提高四倍精度。
6. 最新版本支持所有的主族元素。
7. AM1-d方法支持过渡金属：Pt, Fe, Cu, Ag, Mo, V和Pd。
8. 全部计算都在图形界面中。
Cerius2
• 简介：
Accelrys公司的材料计算平台，界面友好易用，
集成了全面的材料计算工具，包括分子力学、分
子动力学、量子力学、Monte Carlo、统计力学
以及介观动力学等多种计算方法。在量子化学计
算方面，提供的图形界面支持：ADF，CASTEP，
Gaussian，MOLCAS，MOPAC，DMOL，
ZINDO等。目前版本是4.6。
CRYSTAL
• 简介：
使用Hartree-Fock，密度泛函或各种混合
近似理论，计算周期体系的电子结构。周
期体系的Bloch函数作为原子中心高斯函数
的线性组合展开。可以用来研究分子，多
聚物，表面和晶体的物理的、电的和磁的
性质。
MOPAC2000
• 简介：
MOPAC是世界上最广泛使用的半经验量化程序，用于研
究气体，溶液和固体的化学特性，包括Gibbs自由能，活
化能，反应路径，偶极矩，非线性光学特性以及红外光谱，
等。它还可以用做为结构-特性（或活性）定量的基础，
预测生物学及其它特性，包括致癌性，蒸汽压，水溶解性，
反应率等。MOPAC 2000中获取专利的MOZYME算法可
以使那些在超级计算机上需要几天或者几周的计算，在
PC机上仅需要几分钟。对于包含上千原子的体系，诸如
蛋白质，聚合物，半导体和晶体，它们的电子特性计算仅
仅需要几分钟或几小时。MOPAC目前最高的版本是
MOPAC 2002（v3.0）。Windows版和Linux版是图形
界面。
MOPAC2000
• 功能：
1. 计算方法有：在MOPAC中有：AM1，AM1-d，PM3，MNDO，MNDOd，MINDO/3；在MOS-F中有：CNDO/2，CNDO/S，CNDO/S2，
CNDO/S3，INDO/S。
2. 可以进行的计算有：几何优化，过渡态结构，激发态结构，线性比例SCF
计算(MOZYME方法)，反应坐标能量图，热构成（气相或溶液），简正模式
振动分析，溶剂特性（气相，水，辛醇，等），IR光谱，原子电荷，极化率，
偶极矩，分子轨道，电子密度，梯度范数，力，能量分配，ESP原子电荷，
键序，参量化分子静电势，体系间交叉结构，氨基酸片断顺序的结构分析，
IRC/DRC。
3. 支持的输入文件格式：MOPAC，MOS-F，Gaussian输入文件(*.gjf)，
Gaussian fchk文件(*.fch)，Cartesian文件(*.car)，PDB。
4. 3D结构构造和显示分子。
5. 限制：WinMOPAC 3.0 Pro：20,000个原子；WinMOPAC 3.0：200
个原子。
6. 工具程序：MAKPOL（用于构建晶体模型），BZ（用于计算键结构）。
PC SPARTAN
• 简介：图形界面。包含从头Hartree-Fork
和MP2方法，密度泛函（局域VWN计算），
半经验方法（MNDO，MNDO(d)，AM1，
PM3）等。可进行单点能，几何优化，组
态分析，蒙特卡罗和分子力学计算。
免费量化软件
• ABINIT：http://www.abinit.org/
• 简介：一个最大的特点，就是基组库囊括
了元素周期表1-109号所有元素。而其它
量化软件不提供超重元素的基组。元素的
基组要单独下载。
功能：
A. 计算核与电子的总能量。
A.1. 计算使用平面波和赝势。
A.2. 总能量的计算使用密度泛函理论（DFT）。可以使用大多数重要的局域密度近似
(LDA)，包括Perdew-Zunger近似。可以使用两种不同的局域自旋密度(LSD)，包括Perdew
Wang 92和M. Teter的LSD。还可以使用Perdew-Burke-Ernzerhof GGA (极化和非极化自
旋)。
A.3. 自恰场计算生成DFT基态，以及相关的能量和密度。
A.4. 程序可以使用多种不同的赝势。对整个周期表适用的有两种：Troullier-Martins
型和Goedecker型（这种类型包括自旋-轨道耦合）。如果需要的话，程序本身还可以产
生新的赝势。
A.5. 程序本身可以处理金属和绝缘体系。
A.6. 单元可以是正交或者非正交。
A.7. 电子体系可以用自旋极化和自旋非极化计算。
A.8. 总能量，力，电子结构的计算可以考虑自旋-轨道耦合。
A.9. 离解能。
B. 计算总能量
B.1. 计算Hellman-Feynman力。
B.2. 计算应力。
B.3. 极化的计算。
B.4. 响应的计算。
B.5. 计算近似的和准确的磁化系数矩阵和介电矩阵。
B.6. 可以用TDDFT计算原子、分子的激发态能量（单重态和三重态）。
C. 移动原子，改变单元参数
C.1. 寻找平衡构型。
C.2. 分子动力学计算。
C.3. 自动分析键长键角。原子坐标的格式支持用可视化软件XMOL显示。
D. 图形工具
D.1. 键结构（用XMGR显示）
D.2. 不同参数的总能量（用XMGR显示）
D.3. 电荷密度（3D轮廓线）
AMICA
• 简介：
对一般的开壳层和多重参考情况，使用Kutzelnigg和
Klopper的r12方法，包括r12-MR-CI和r12-MR-ACPF，
已用于COLUMBUS的套件MR-CI中。
• 功能：支持的计算类型有：
1. Hartree-Fock，MCSCF；
2. 多参考方法（ACPF，ACPF2，AQCC，CEPA0，CI，
CPF，R12-ACPF，R12-ACPF2，R12-AQCC，R12CEPA0，R12-CI）；
3. ACCD，CCD，CCSD，CCSD(T)，CCSD[T]，
CCSDT-1A，LCCD，MP4（这些计算需要申请一个另外
的程序DirccR12-2000）。
MOPAC
• 简介：
半经验分子轨道程序包，用于研究分子结构和化
学反应。使用MNDO，MINDO/3，AM1和PM3
理论方法获得分子的轨道，生成热和分子结构。
MOPAC可以计算分子、原子团和聚合物的振动光
谱，热力学量，同位素影响和力常数。其中的一
个过渡态定位程序和两个过渡态优化程序用于研
究化学反应
MOPAC*
•
功能：（7.0版，其中某些功能是6.0版所没有的）
1. MNDO，MINDO/3，AM1和PM3哈密顿量
2. 限制Hartree-Fock (RHF)和非限制Hartree-Fock (UHF)方法
3. 大范围的组态相关
(a) 100个组态
(b) 单重，双重，三重，四重，五重和六重
(c) 激发态
(d) 指定态的几何优化，等
4. 单自恰场计算
5. 几何优化
6. 梯度最小化
7. 过渡态定位
8. 反应路径坐标计算
9. 力常数计算
10. 简正坐标分析
11. 跃迁偶极计算
12. 热力学特性计算
13. 局域化轨道
14. 共价键顺序
15. 键分解为sigma和pi分量
16. 一维空间聚合物计算
17. 动力反应坐标计算
18. 内反应坐标计算
MPQC
• 简介：
MPQC是大型并行量化计算程序，由第一定律，使用时间
无关薛定谔方程计算原子和分子的特性。它用C++语言
编写。
• 功能：
闭壳层和一般限制的开壳层Hartree-Fock能量和梯度
二级开壳层微扰理论（OPT2[2]）和Z-平均微扰理论
（ZAPT2）的能量
二级闭壳层Møller-Plesset微扰理论能量和梯度
强大的内坐标几何优化，有效优化有许多自由度的分子
NWChem
• 简介：
NWChem是运行在高性能并行超级计算机
和通常工作站集群上的计算化学软件，可
以用在大多数计算平台上。NWChem使用
标准量子力学描述电子波函或密度，计算
分子和周期性系统的特性，还可以进行经
典分子动力学和自由能模拟。
POLYMER
• 简介：
1. POLYMER 1.0
晶体轨道从头计算和聚合物无穷一维网格
密度泛函程序。
2. POLYMER 2.0
晶体轨道从头计算和聚合物无穷一维和二
维网格密度泛函程序。
PSI 3
• 简介：
最新版本的PSI程序是PSI3。PSI3研究的中心问题是小
分子的高精度计算。它具有雄厚的新理论基础，消除了许
多潜在的瓶颈--它可以处理几乎是任意数量的基函数（目
前极限是32000以下，可以很容易修改成更大数量），基
函数的任意角动量，基本上是任意的文件大小，以及灵活
的新checkpoint文件。新的积分代码允许直接积分求值，
不必存储非常大的积分文件。PSI3的大部分适合于64位
计算，并可以使用2GB以上的内存。代码对共享内存体系
实现了并行化。
GAMESS*
• 简介：
从头计算量子化学程序。可以从RHF，ROHF，
UHF，GVB和MCSCF计算波函，其中一些使用
CI和MP2修正。自恰场的分析梯度用于自动几何
优化，过渡态寻找，跟踪反应路径。能量
hessian的计算允许预测振动频率。可以大量的
分子特性，从简单的偶极矩到含频率超级极化率。
内部储存了大量基组和有效核势，分子中可以包
含到Ra的所有元素。几个图形程序用于显示最终
结果。支持并行计算。
GAMESS*
•
功能：
1. 计算RHF，UHF，ROHF，GVB或MCSCF自恰场波函。
2. 计算自恰场能量的CI或MP2修正。
3. 半经验MNDO，AM1或PM3波函计算。
4. 对所有自恰场波函计算分析能量梯度，加上闭壳层MP2或CI。
5. 使用能量梯度，按照笛卡尔或内坐标优化分子结构。
6. 寻找势能曲面和鞍点。
7. 计算能量hessian，得到简正模式，振动频率和红外强度。
8. 追踪反应路径。
9. 计算辐射跃迁特性。
10. 计算自旋-轨道耦合波函。
11. 计算以下分子特性：
a. 偶级、四极、八极距
b. 静电势
c. 电场和电场梯度
d. 电子密度和自旋密度
e. Mulliken和Lowdin布居数分析
f. 维里定理和能量成分
12. 模拟溶剂影响，使用：
a. 有效片断势(EFP)
b. 极化连续模型(PCM)
c. 自恰反应场(SCRF)
13. 自旋-轨道组态相关计算
14. 自旋-轨道多组态准简并微扰理论（SO-MCQDPT）
15. PC GAMESS新增功能：MP3, MP4
16. 结合Tinker，进行QM/MM计算。
17. 2002.5新增耦合簇计算。包括：CCD，CCSD，CCSD(T)，R-CC和CR-CC
HONDO/S
• 简介：
HONDO/S-v.4.0是HONDO 99.6的一个版本，
使用Hartree-Fock和混合DFT-Hartree-Fock方
法求解Löwdin和CM2部分原子电荷，以及执行
SM5.42R和SM5.42连续解的计算。
HONDO/S-v.1.0也称作HONDOSOL，而原来
的HONDOSOL已经改了名字。HONDO/S是对
HONDO在溶剂，光谱学，散射和半经验DFT方
面的增强版。
Hückel
• 简介：进行Hückel理论计算的程序。图形
界面，简单易用。
WinMOPAC 7.2.1
• 简介：
这可不是商业软件WinMOPAC。它有简单
图形界面，同时具有显示分子模型的功能。
• 功能：
进行半经验计算。