计算机化学软件在有机化学中的应用

1对于有机物特性的分析

对于有机化合物的某些特性，比如物理、化学特性，相关的化学辅助软件都能进行模拟和预测，以帮助学生实现形象直观的了解.例如在针对分子轨道的理论学习时，可以辅助相关的化学软件来克服以往的教学难点问题，借助化学辅助软件来帮助学生理解抽象的知识理论，让学生通过清楚地观察分子的轨道形状达到理解掌握HOMO等概念.这样将抽象的理论知识转化为形象的知识的办法，不仅减轻了教师的教学负担，还降低了学生理解的困难，可以一目了然地观察掌握分子轨道的立体形状.另外还可以通过Hyperchem软件来实现对分子轨道的绘制，还包括对其能级呈现图的绘制，其具体操作步骤如下：首先建立一个分子模型，并对其进行适当的优化.第二，通过Compute下面的Orbitals选项来自动生成该分子的轨道及能级示意图.第三，在生成的示意图上随机选择一条轨道，来对其进行立体模型显示.这种直观、层次效果明显的立体图示充分展现了共轭π键的立体结构，有助于学生提高学习效率.对于有机化合物的结构基本参数及相应的物理化学特性的分析，也可以通过相关的化学辅助软件来实现.例如，针对乙酰水杨酸特性的学习，就可以利用ChemOffice软件来辅助，其具体操作步骤如下：第一步，先通过ChemDraw来描绘一个分子结构式.第二步，通过点击View菜单下的选项来让其计算出相应的化合物的临界压力、临界温度、临界体积、沸点、熔点、分子量、亨利常数、生成热等等[4].其详细情况见图

2对于反应机理的演示

在有机化学教学中，化合物的有机反应也是重点，其机理及所造成的影响非常复杂，种类也非常多，非常抽象难懂，通常学生很难对其进行深入的把握了解.但是对于它的学习掌握有助于学生对今后合成工艺及合理方法的选择，提高学生的科研能力，因此有机反应的学习对学生来说具有重大意义.Gaussian03软件的出现很好地解决了这一问题，让学生可以轻松了解、掌握这一理论.例如，针对双分子亲核反应的学习，其具体操作步骤是：第一步，先建立相应的CH3CL+BR-和CH3CL+Br-的分子模型，并对其进行优化.第二步，通过使用QST2来相关反应的形态，并对关键词进行相应的计算设计.第三步，通过计算IRC来呈现分子结构及能量在反应过程中的变化规律.通过软件对其反应的演示，可以观察到，亲核试剂、离去基团、中心碳原子之间的演变，当亲核试剂绕过离去基团而慢慢接近中心碳原子后，就会形成Br―C，当离去基团离中心碳原子越来越远后，那么C―Cl也会慢慢的呈现断裂现象.并且将引起中心碳原子发生相应的转变，其中的氢原子会根据离去基团的方向出现偏转情况.当上述所描述的反应进行到过渡的状态时，那么中心碳原子结构就会出现变化，主要是呈现sp2杂化现象，并且其将与离去基团和亲核试剂处于同一条直线上，另外的原子或者是基团也将出现在垂直于这条线的平面上.到最后，离去基团完全离开其他原子，而独立出来成为独立产物，而亲核试剂将与中心碳原子结合形成键.这些过程都是可以通过GaussView软件的形象演示而观察到的，这种化学辅助软件的使用，对于学生的学习效果起到了极大的提高作用，学生可以因此比较深入地了解掌握过渡态的概念以及有机反应原理.

3对于分子光谱的模拟

关于有机化合物的分子光谱特征的学习，可促使学生能够更加灵活地以分子的视角来分析物质世界.在现代社会，科学家们要实现对于分子光谱的分析了解，通常是通过现代仪器对有机物的分子结构进行准确的分析来实现，但是这类仪器却不易在现实课堂中引用测试.而Gaussian03软件就可以在课堂上轻松地实现对分子光谱的模拟和预测[5]，例如在针对有机分子红外光谱及振动模式的学习时就可引用该软件，其具体操作步骤如下：第一步，先建立并优化相应的分子模型.第二步，通过Freq关键词来对该分子的振动频率表进行计算.第三步，找出相应的计算结果输出的文件并打开.第四步，点击Vibrations选项，任意选择一个弹出的分子振动频率，通过Start就能得到相应的振动模式额音频，而该分子化合物的红外光谱图可以通过点击Spectrum得出.这样通过动画直观地展示化合物的振动，获得相应的红外光谱等，对于学生来说，是十分容易学习掌握的.另外，通过ChemOffice软件还可以对有机化物的质荷比及核磁共振谱图进行预测和模拟.例如，对于苯内酮的模拟预测，其具体操作步骤如下：第一步，先在ChemDraw中建立相应的分子结构，并对其进行优化.第二步，通过点击Predict1HNMRShifts来导出1HNMR谱图以及相应的化学位移表格.第三步，通过点击ShowAnalysisWindows来得到相应的化合物的质荷比.学生通过观察该软件的预测显示，更加容易掌握该内容，从而提高学习效率.本文来自于《石家庄学院学报》杂志。石家庄学院学报杂志简介详见

4结束语

如今的化学辅助教学软件种类繁多，功能各异，对于学生的学习来说具有莫大的辅助作用，因此也被广泛地引用到大学的化学课堂.这些计算机化学软件具有其独特的性质，可以实现人机的交互，并且其结果展示具有形象直观等特点.通过上述化学软件在课堂上使用的概述，可以发现恰当地使用相关的辅助软件进行教学，不仅可以提高学生的学习效率，而且对于学生的素质的培养，帮助学生锻炼空间思维能力、想象力以及提高学生今后工作中的科研和教学能力都有不可忽视的作用.但是市场上的教学辅导软件质量参差不齐，如果盲目引用质次软件，反而会影响到学习效果.因此要根据实际需要，恰当选择适合的教学辅助软件对学生进行教学，才能起到事半功倍的效果.

作者：郑燕 孙文新 单位：烟台职业学院 大学生创业园