Spartan es una aplicación de modelado molecular y química computacional de Wavefunction. [2] Contiene código para mecánica molecular , métodos semi-empíricos , modelos ab initio , [3] modelos funcionales de densidad , [4] modelos post-Hartree-Fock , [5] y recetas termoquímicas que incluyen G3 (MP2) [6] y T1. [7] Los cálculos de química cuántica en Spartan son impulsados por Q-Chem . [8]
Desarrollador (es) | Wavefunction, Inc. [1] y Q-Chem |
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Versión inicial | 1991 |
Lanzamiento estable | Spartan'18 v.1.4.4 / 2019 |
Escrito en | C , C ++ , Fortran , Qt |
Sistema operativo | Windows , Mac OS X , Linux |
Plataforma | x86-64 |
Disponible en | inglés |
Tipo | Modelado molecular , química computacional |
Licencia | Software comercial patentado |
Sitio web | www |
Las funciones primarias son proporcionar información sobre estructuras, estabilidades relativas y otras propiedades de moléculas aisladas. Los cálculos de mecánica molecular sobre moléculas complejas son comunes en la comunidad química. Los cálculos de química cuántica, incluidos los cálculos de orbitales moleculares del método Hartree-Fock , pero especialmente los cálculos que incluyen correlación electrónica , requieren más tiempo en comparación.
Los cálculos químicos cuánticos también se utilizan para proporcionar información sobre mecanismos y distribuciones de productos de reacciones químicas, ya sea directamente mediante cálculos de estados de transición o basados en el postulado de Hammond , [9] modelando las demandas estéricas y electrónicas de los reactivos. Los cálculos cuantitativos, que conducen directamente a información sobre las geometrías de los estados de transición y sobre los mecanismos de reacción en general, son cada vez más comunes, mientras que los modelos cualitativos siguen siendo necesarios para sistemas que son demasiado grandes para ser sometidos a tratamientos más rigurosos. Los cálculos químicos cuánticos pueden proporcionar información para complementar los datos experimentales existentes o reemplazarlos por completo, por ejemplo, cargas atómicas para análisis cuantitativos de relación estructura-actividad (QSAR) [10] y potenciales intermoleculares para cálculos de mecánica molecular y dinámica molecular .
Spartan aplica métodos de química computacional (modelos teóricos) a muchas tareas estándar que proporcionan datos calculados aplicables a la determinación de la conformación de la forma molecular , estructura (geometría del estado de equilibrio y transición), NMR, IR, Raman y espectros UV-visible , molecular (y atómicas), reactividad y selectividad.
Habilidades computacionales
Este software proporciona la mecánica molecular , el campo de fuerza molecular de Merck (MMFF), [11] (para el conjunto de pruebas de validación), MMFF con extensiones y SYBYL, [12] cálculo de campos de fuerza, cálculos semi-empíricos , MNDO / MNDO (D) , [13] Modelo 1 de Austin (AM1), [14] PM3 , [15] [16] [17] [18] Modelo 1 de Recife (RM1) [19] PM6. [20]
- Hartree-Fock , métodos de campo autoconsistente (SCF) , disponibles con solvente implícito (SM8). [21]
- Restringido , sin restricciones , y restringido open-shell Hartree-Fock
- Métodos de teoría funcional de densidad (DFT) , disponibles con solvente implícito (SM8). [21]
- Funcionales estándar : BP, [22] [23] BLYP, [22] [24] B3LYP, [22] [24] [25] EDF1, [26] EDF2, [27] M06, [28] ωB97X-D [29 ]
- Funcionales de intercambio : HF, Slater-Dirac, [31] Becke88, [22] Gill96, [32] GG99, [33] B (EDF1), PW91 [34]
- Funcionales de correlación : VWN, [35] LYP, [24] PW91, [36] P86, [37] PZ81, [38] PBE. [39]
- Funcionales combinados o híbridos : B3PW91, [40] B3LYP, [25] B3LYP5, EDF1, [26] EDF2, [27] BMK [41]
- Funcionales del grupo Truhlar [42] : M05, [43] M05-2X, [43] M06, [28] M06-L [44] M06-2X, [28] M06-HF [45]
- Funcionales del grupo Head-Gordon: [46] ωB97, [47] ωB97X, [47] ωB97X-D [29]
- Métodos de agrupación acoplados .
- CCSD, [48] CCSD (T), [49] CCSD (2), [50] OD, [51] OD (T), OD (2), [52] QCCD, [53] VOD, [54] VOD (2), [54] VQCCD [54]
- Métodos de Møller-Plesset .
- MP2, [55] [56] MP3, [57] [58] MP4, [59] RI-MP2 [60] [61] [62]
- Métodos de estado emocionado .
- Teoría funcional de la densidad dependiente del tiempo (TDDFT) [63] [64]
- Interacción de configuración : CIS, [65] CIS (D), [66] QCIS (D) , [67] interacción de configuración cuadrática (QCISD (T)), [67] RI-CIS (D) [68]
- Métodos compuestos de química cuántica , recetas termoquímicas .
- T1, [7] G2, [69] G3, [70] G3 (MP2) [6]
Tareas realizadas
Los modelos computacionales disponibles proporcionan propiedades moleculares, termodinámicas, QSAR, atómicas, gráficas y espectrales. Un diálogo de cálculo proporciona acceso a las siguientes tareas computacionales:
- Energía [71] : para una geometría determinada, proporciona energía y propiedades asociadas de una molécula o sistema. Si se emplean modelos químicos cuánticos, se calcula la función de onda .
- Geometría molecular de equilibrio [72] : localiza el mínimo local más cercano y proporciona energía y propiedades asociadas.
- Geometría del estado de transición [72] : ubica el punto silla de primer orden más cercano (un máximo en una sola dimensión y un mínimo en todas las demás) y proporciona energía y propiedades asociadas.
- Conformer de equilibrio [72] : localiza la conformación de menor energía. A menudo se realiza antes de calcular la estructura utilizando un modelo químico cuántico.
- Distribución de conformadores [71] - Obtiene una selección de conformadores de baja energía. Se utiliza comúnmente para identificar las formas que es probable que adopte una molécula específica y para determinar una distribución de Boltzmann para calcular las propiedades moleculares promedio.
- Biblioteca de confórmeros [71] : localiza el confórmero de menor energía y lo asocia con un conjunto de confórmeros que abarcan todas las formas accesibles a la molécula sin tener en cuenta la energía. Se utiliza para crear bibliotecas para el análisis de similitudes.
- Perfil energético [71] - Pasos una molécula o sistema a través de un conjunto de coordenadas definido por el usuario, proporcionando geometrías de equilibrio para cada paso (sujeto a restricciones especificadas por el usuario).
- Análisis de similitud [71] : cuantifica la semejanza de las moléculas (y, opcionalmente, sus confórmeros) en función de su estructura o función química ( aceptores-donantes de enlaces de hidrógeno , ionizables positivos-negativos , hidrófobos , aromáticos ). Cuantifica la semejanza de una molécula (y opcionalmente sus confórmeros) a un farmacóforo .
Interfaz gráfica del usuario
El software contiene una interfaz gráfica de usuario integrada . Las operaciones de pantalla táctil son compatibles con dispositivos con Windows 7 y 8 . La construcción de moléculas en 3D se facilita con constructores de moléculas (se incluyen constructores orgánicos, inorgánicos, de péptidos, nucleótidos y sustituyentes). La construcción 2D es compatible con moléculas orgánicas con una paleta de bocetos 2D. La interfaz de la versión de Windows puede acceder a ChemDraw ; cuyas versiones 9.0 o posteriores también se pueden utilizar para la construcción de moléculas en 2D. Se utiliza un diálogo de cálculos para especificar la tarea y el método computacional. Los datos de los cálculos se muestran en diálogos o como salida de texto. Es posible realizar análisis de datos adicionales, incluida la regresión lineal , desde una hoja de cálculo interna. [71]
Modelos graficos
Los modelos gráficos, especialmente los orbitales moleculares, la densidad electrónica y los mapas de potencial electrostático, son un medio rutinario de visualización molecular en la educación química. [73] [74] [75] [76] [77]
- Superficies :
- Orbitales moleculares (ocupados más altos, desocupados más bajos y otros)
- Densidad de electrones : la densidad, ρ ( r ), es una función de las coordenadas r , definidas de tal manera que ρ ( r ) d r es el número de electrones dentro de un volumen pequeño d r . Esto es lo que se mide en un experimento de difracción de rayos X. La densidad se puede representar en términos de una isosuperficie (superficie de isodensidad) con el tamaño y la forma de la superficie dados por el valor (o porcentaje de envoltura) de la densidad de electrones.
- Densidad de espín : la densidad, ρ espín ( r ), se define como la diferencia en la densidad de electrones formada por los electrones de α espín, ρα ( r ), y la densidad electrónica formada por los electrones de β espín, ρβ ( r ). Para las moléculas de capa cerrada (en las que todos los electrones están emparejados), la densidad de espín es cero en todas partes. Para las moléculas de capa abierta (en las que uno o más electrones no están apareados), la densidad de espín indica la distribución de electrones no apareados. La densidad de espín es un indicador de la reactividad de los radicales. [72]
- Radio de Van der Waals (superficie)
- Superficie accesible a disolventes
- Potencial electrostático : el potencial, ε p , se define como la energía de interacción de una carga puntual positiva ubicada en p con los núcleos y electrones de una molécula. Una superficie para la cual el potencial electrostático es negativo (una superficie de potencial negativo) delimita regiones en una molécula que están sujetas a un ataque electrófilo.
- Superficies compuestas (mapas) :
- Mapa de potencial electrostático (indicador electrófilo): el mapa de propiedades más comúnmente empleado es el mapa de potencial electrostático. Esto da el potencial en ubicaciones en una superficie particular, más comúnmente una superficie de densidad de electrones correspondiente al tamaño molecular general. [71]
- Mapa de potencial de ionización local: se define como la suma de las densidades de electrones orbitales, ρi ( r ) multiplicado por las energías orbitales absolutas, ∈i, y dividido por la densidad total de electrones, ρ ( r ). El potencial de ionización local refleja la relativa facilidad de eliminación de electrones ("ionización") en cualquier lugar alrededor de una molécula. Por ejemplo, una superficie de potencial de ionización local "bajo" para el tetrafluoruro de azufre delimita las áreas que se ionizan más fácilmente.
- Mapa LUMO (indicador nucleofílico): los mapas de orbitales moleculares también pueden conducir a indicadores gráficos. Por ejemplo, el mapa LUMO , en el que el (valor absoluto) del orbital molecular desocupado más bajo (el LUMO) se mapea en una superficie de tamaño (nuevamente, más comúnmente la densidad electrónica ), proporcionando una indicación de reactividad nucleofílica.
Cálculos espectrales
Datos espectrales y gráficos disponibles para:
- Espectros de espectroscopía infrarroja (IR)
- Espectroscopia de transformada de Fourier (FT-IR) [78]
- Espectroscopía Raman (IR) [79]
- Espectros de resonancia magnética nuclear (RMN)
- Desplazamientos químicos de 1 H [80] [81] y constantes de acoplamiento (empírico)
- Desplazamientos químicos de 13 C , [80] [81] Desplazamientos promediados de Boltzmann y espectros DEPT de 13 C
- Espectros 2D H vs H
- COZY [82] parcelas
- Espectros 2D C vs H
- Espectros de espectroscopia de correlación cuántica simple heteronuclear (HSQC) [83]
- Espectros de HMBC [84]
- Espectros UV / vis [63] [64] [65] [66] [68] [85]
Se pueden importar espectros experimentales para compararlos con espectros calculados: espectros IR y UV / vis en formato del Comité Conjunto de Datos Físicos Atómicos y Moleculares (JCAMP) [86] (.dx) y espectros de RMN en formato de Lenguaje de Marcado Químico (.cml) . El acceso a bases de datos espectrales de dominio público está disponible para espectros IR, NMR y UV / vis.
Bases de datos
Spartan accede a varias bases de datos externas.
- Bases de datos de cálculos químicos cuánticos:
- Base de datos de propiedades y espectros espartanos (SSPD): un conjunto de aproximadamente 252.000 moléculas, con estructuras, energías, espectros de RMN e IR y funciones de onda calculadas utilizando la teoría funcional de densidad EDF2 [27] con el conjunto de bases 6-31G * . [87]
- Spartan Molecular Database (SMD): un conjunto de aproximadamente 100,000 moléculas calculadas a partir de los siguientes modelos:
- Hartree-Fock con 3-21G, 6-31G * y 6-311 + G ** conjuntos básicos [87]
- Densidad funcional B3LYP [25] con conjuntos de bases 6-31G * y 6-311 + G **
- EDF1 [26] densidad funcional con conjunto básico de 6-31G *
- MP2 [55] con conjuntos de bases 6-31G * y 6-311 + G **
- G3 (MP2) [6]
- T1 [7]
- Bases de datos experimentales:
- NMRShiftDB [88] : una base de datos de código abierto de cambios químicos experimentales de 1 H y 13 C.
- Cambridge Structural Database (CSD) [89] : un gran depósito de estructuras cristalinas experimentales orgánicas e inorgánicas de moléculas pequeñas de aproximadamente 600.000 entradas.
- Base de datos NIST [30] de espectros experimentales IR y UV / vis.
Historial de lanzamientos importantes
- 1991 Spartan versión 1 Unix
- 1993 Spartan versión 2 Unix
- 1994 Mac Spartan Macintosh
- 1995 Spartan versión 3 Unix
- 1995 PC Spartan Windows
- 1996 Mac Spartan Plus Macintosh
- 1997 Spartan versión 4 Unix
- 1997 PC Spartan Plus Windows
- 1999 Spartan versión 5 Unix
- 1999 PC Spartan Pro Windows
- 2000 Mac Spartan Pro Macintosh
- 2002 Spartan'02 Unix, Linux, Windows, Mac
Versiones de Windows, Macintosh, Linux
- 2004 Spartan'04
- 2006 Spartan'06
- 2008 Spartan'08
- 2010 Spartan'10
- 2013 Spartan'14
- 2016 Spartan'16
- 2018 Spartan'18
Ver también
- Software de química cuántica Q-Chem
- Software de diseño molecular
- Editor de moléculas
- Comparación de software para modelado de mecánica molecular
- Lista de software para el modelado molecular de Monte Carlo
- Métodos compuestos de química cuántica
- Lista de software de química cuántica y física del estado sólido
Referencias
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enlaces externos
- Sitio web oficial , Wavefunction, Inc.