现代化学前沿问题讲座：计算机化学与分子设计 Computational Chemistry & Molecular CAD

让算他学与分子设計 ational Molecular 目现代化学前沿问题 讲座

现代化学前沿问题 讲座

二十世纪八十年代以来,先进的分析 仪器的应用、量子化学计算方法的进展和 计算机技术的飞速发展,对化学科学的发 展产生了冲击性的影响。其研究内容、方 法、乃至学科的结构和性质都在发生深刻 的变化。 长期以来,化学一直被科学界公认为 门纯实验科学。其理由要追溯到人类认 识自然的两种科学方法

二十世纪八十年代以来，先进的分析 仪器的应用、量子化学计算方法的进展和 计算机技术的飞速发展，对化学科学的发 展产生了冲击性的影响。其研究内容、方 法、乃至学科的结构和性质都在发生深刻 的变化。 长期以来，化学一直被科学界公认为 一门纯实验科学。其理由要追溯到人类认 识自然的两种科学方法

(1)归纳法(F. Bacon,1561-1626) 数据拟合 设计实验实验数据唯象理论“预测” 检验) (2)演绎法( R. Decartes,59-1650) 模型 次形式化 实验 公理假设形式理论近似、计算预测检验 和模拟

⑴ 归纳法 ( F. Bacon, 1561-1626 ) ⑵ 演绎法 ( R. Decartes, 1596-1650 ) 设计实验 实验数据 唯象理论 “预测” 数据拟合 检验 公理假设 形式理论 二次形式化、 近似、计算 和模拟 预 测 模 型 实验 检验

归纳法( Reduction)与演绎法( Deduction)的比较 依据 目标 数学工具 归纳法实验事实 经验公式规律 →唯象理论 较简单 演绎法正确普适的 形式理论 较高级、 公理和假设 复杂 °迄80年代,归纳法是多数化学家采用的唯一科 学方法;演绎法在化学界从未得到普遍承认 原因:①对象复杂;②习惯观念

依 据 目 标 数学工具 归纳法 实验事实 经验公式、规律  唯象理论 较简单 演绎法 正确普适的 公理和假设 形式理论 较高级、 复杂 • 迄80年代，归纳法是多数化学家采用的唯一科 学方法；演绎法在化学界从未得到普遍承认 • 原因：①对象复杂；②习惯观念 归纳法(Reduction)与演绎法(Deduction)的比较

运用数学的多 分少是一门科学成熟 :的 程度的标志。 马克思

运用数学的多 少是一门科学成熟 程度的标志。 马克思

数学的应用:在刚体 力学中是绝对的,在气体 力学中是近似的,在液体 力学中就已经比较困难了 在物理学中是试验性的和 相对的;在化学中是最简 单的一次方程式;在生物 学中等于零。 恩格斯「《做

数学的应用：在刚体 力学中是绝对的，在气体 力学中是近似的，在液体 力学中就已经比较困难了； 在物理学中是试验性的和 相对的；在化学中是最简 单的一次方程式；在生物 学中等于零。 恩格斯

恩格斯的论断反映了19世纪中叶 自然科学各学科的“成熟程度”。 表明各学科研究对象一物质运动 形式与规律一其复杂程度的差异 然而,百年来科技的发展使各学 科的“成熟程度”发生了巨大变 化

• 恩格斯的论断反映了19世纪中叶 自然科学各学科的“成熟程度” 。 表明各学科研究对象⎯ 物质运动 形式与规律⎯ 其复杂程度的差异 • 然而，百年来科技的发展使各学 科的“成熟程度”发生了巨大变 化

化学科学发展简要回顾

无机、有机化学在19世纪率先建立 燕美资挑学 经锁粪佾键矬、酸鞠美戇梋喘基础 23456789101112131415161718 Periodic Chart of Chemical Elements

冶金、建材工业推动了无机 ⎯ 经典价键理论 药物、染料、、酿酒工业推动了有机 苯结构奠定有机化学基础 ⎯ 元素周期表奠定无机化学基础 • 无机、有机化学在19世纪率先建立

物理化学在20世纪初形成。旨在揭示化学 反应的普遍规律一反应进行的方向、程 度和速度 Gibbs Gibbs自由能: 化学热力学 G=H-TS Arrhenius 反应速率常数: 化学动力学k=Ae"Rr

• 物理化学在20世纪初形成。旨在揭示化学 反应的普遍规律 — 反应进行的方向、程 度和速度… Gibbs − 化学热力学 反应速率常数： RT Ea k Ae − = Arrhenius − 化学动力学