计算化学实验助力有机反应机理学习——以HCl与不对称烯烃的亲电加成反应为例

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作者 王渭娜 冯丽霞 +1 位作者 刘峰毅 王文亮 《大学化学》 2025年第3期206-214,共9页

将计算化学实验与有机化学课程相结合,既可提升学生软件应用能力和科研创新思维与能力,培养学生通过计算化学手段高效解决化学研究问题的能力,又可加深对反应机理的理解。本文以不对称烯烃CH_(2)=CHR(R=CH_(3),Cl,CN)与HCl亲电加成反应... 将计算化学实验与有机化学课程相结合,既可提升学生软件应用能力和科研创新思维与能力,培养学生通过计算化学手段高效解决化学研究问题的能力,又可加深对反应机理的理解。本文以不对称烯烃CH_(2)=CHR(R=CH_(3),Cl,CN)与HCl亲电加成反应为例,通过构建反应路径,获得反应热力学和动力学数据,分析反应路径上驻点自然布居分析(NPA)电荷的变化,探讨取代基对反应机理影响的本质。本计算化学实验旨在加深学生对不对称烯烃亲电加成反应机理的认识和理解,并掌握计算化学研究化学反应机理的基本方法。 展开更多

关键词 计算化学实验 不对称烯烃 亲电加成反应 密度泛函理论

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圆偏振发光中关键物理量的量子化学计算研究——介绍一个探究性计算化学实验

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作者 陈文恺 沈芸稼 +1 位作者 孔祥梦 曾艳丽 《大学化学》 2025年第3期83-91,共9页

本文介绍了一个面向高年级本科生和研究生开设的探究性计算化学实验。本实验使用常见的量子化学软件Gaussian和GaussView,利用密度泛函和含时密度泛函理论,对具备圆偏振发光(CPL)的分子(联萘)进行结构优化和性质分析,计算得到发光不对... 本文介绍了一个面向高年级本科生和研究生开设的探究性计算化学实验。本实验使用常见的量子化学软件Gaussian和GaussView,利用密度泛函和含时密度泛函理论,对具备圆偏振发光(CPL)的分子(联萘)进行结构优化和性质分析,计算得到发光不对称因子(glum)。本实验可以帮助学生熟悉CPL和glum的概念和应用,学会激发态的计算方式,并应用于科研工作当中。 展开更多

关键词 计算化学实验 激发态计算 圆偏振发光

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蒽与马来酸酐Diels-Alder反应的量化计算研究——介绍一个计算化学实验 被引量：1

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作者 樊玲 庞美丽 +2 位作者 张业云 王彦美 尚贞锋 《大学化学》 CAS 2024年第4期133-139,共7页

蒽与马来酸酐的Diels-Alder反应是基础有机化学实验课程中普遍开展的一个经典实验。本文推荐蒽与马来酸酐Diels-Alder反应的计算化学实验,该实验采用Gaussian 16程序中的密度泛函方法对蒽和马来酸酐Diels-Alder反应的反应机理进行了研... 蒽与马来酸酐的Diels-Alder反应是基础有机化学实验课程中普遍开展的一个经典实验。本文推荐蒽与马来酸酐Diels-Alder反应的计算化学实验,该实验采用Gaussian 16程序中的密度泛函方法对蒽和马来酸酐Diels-Alder反应的反应机理进行了研究。旨在通过本实验激发学生对有机化学和计算化学的兴趣,加深学生对化学学科的理解,提升学生在科研工作中学以致用的能力。 展开更多

关键词 计算化学实验 有机实验 Gaussian软件 反应机理

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应用量子化学和机器学习构建水分子势能面——介绍一个综合计算化学实验 被引量：3

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作者 周佳 《大学化学》 CAS 2024年第3期351-358,共8页

当前机器学习在化学及其相关学科研究中的地位日渐提高,但是在本科化学实验中还未见涉及,现有的计算化学实验多侧重应用量子化学方法研究分子性质和化学反应。为了普及机器学习这一强大工具,本文将介绍一个综合计算化学实验,适用于高年... 当前机器学习在化学及其相关学科研究中的地位日渐提高,但是在本科化学实验中还未见涉及,现有的计算化学实验多侧重应用量子化学方法研究分子性质和化学反应。为了普及机器学习这一强大工具,本文将介绍一个综合计算化学实验,适用于高年级本科生或研究生。通过本实验,学生可以初步掌握机器学习的基本原理和操作流程,同时培养学生应用量子化学和机器学习解决化学问题的能力。 展开更多

关键词 势能面 量子化学 机器学习 计算化学实验

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烯丙基苯基醚Claisen重排反应的量化计算研究——介绍一个计算化学实验

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作者 王廷博 罗垚 +3 位作者 胡冰艳 刘瑞苑 苗晶 路慧哲 《大学化学》 CAS 2024年第11期278-285,共8页

烯基烯丙基醚或芳基烯丙基醚受热发生[3,3]-σ重排,生成γ,δ-不饱和醛酮或邻对位烯丙基酚,即为Claisen重排反应。本研究利用Gaussian 16程序的DFT方法对烯丙基苯基醚在加热条件的Claisen重排反应进行了量化计算研究。通过本实验的练习... 烯基烯丙基醚或芳基烯丙基醚受热发生[3,3]-σ重排,生成γ,δ-不饱和醛酮或邻对位烯丙基酚,即为Claisen重排反应。本研究利用Gaussian 16程序的DFT方法对烯丙基苯基醚在加热条件的Claisen重排反应进行了量化计算研究。通过本实验的练习,我们旨在加深学生对Claisen重排反应过渡态结构的认识,促进学生应用计算化学工具解决化学问题,提升学生在学习、科研中的实践与创新能力。 展开更多

关键词 计算化学实验 Gaussian软件 Claisen重排反应 烯丙基苯基醚

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H_3反应势能面的构建——计算化学实验设计 被引量：12

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作者 袁汝明 傅钢 韩国彬 《大学化学》 CAS 2011年第3期47-50,共4页

介绍一个针对高年级本科生的物理化学探索性实验。通过计算化学手段构建H3反应势能面,使学生初步掌握Gaussian03W,Gaussview5.0和Origin软件的使用,深入理解反应过渡态理论,并进一步了解目前势能面的研究动态。

关键词 势能面 过渡态 计算化学实验

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计算化学实验线上线下混合教学模式的探究与实践 被引量：12

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作者 李晓艳 张怀玉 +1 位作者 孟令鹏 曾艳丽 《大学化学》 CAS 2022年第12期68-74,共7页

计算化学实验是以分子模拟为工具,通过“实验、计算、理论”协同作用来解决各种核心化学问题的实验课程。在新冠疫情防控常态化的大背景下,为提高计算化学实验课程的教学质量,我们基于本课程组前期的教学论文,结合本校的教学实践,对计... 计算化学实验是以分子模拟为工具,通过“实验、计算、理论”协同作用来解决各种核心化学问题的实验课程。在新冠疫情防控常态化的大背景下,为提高计算化学实验课程的教学质量,我们基于本课程组前期的教学论文,结合本校的教学实践,对计算化学实验课程进行了教学改革实践。重新设计和整合教学资源,录制了实验讲座的微视频,对课前、课中和课后三个阶段的学习内容进行设计,并依托超星学习通平台构建了“计算化学实验”网络课程。教学实践表明,通过将传统课堂教学与线上教学混合教学模式的实施,实现了从“教师讲授为主”向“学生自主学习为主”的模式转变,从而提高学生运用结构化学的原理和方法来分析、解决问题的能力,培养学生探索未知、追求真理、勇攀科学高峰的责任感和使命感。我们的教学改革实践取得了良好的教学效果,也为高校教学改革提供一些参考。 展开更多

关键词 计算化学实验 混合式教学 教学改革

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计算化学实验的课程建设 被引量：24

8

作者 王溢磊 李隽 《大学化学》 CAS 2018年第10期25-32,共8页

随着理论化学方法和计算机软硬件技术的迅猛发展,计算化学作为一个新的分支在化学科学的研究中发挥着越来越重要的作用。为适应化学学科的发展,清华大学化学系在原有计算化学导论理论课程的基础上,从2013年开始增设了面向本科生的计算... 随着理论化学方法和计算机软硬件技术的迅猛发展,计算化学作为一个新的分支在化学科学的研究中发挥着越来越重要的作用。为适应化学学科的发展,清华大学化学系在原有计算化学导论理论课程的基础上,从2013年开始增设了面向本科生的计算化学实验课程,旨在培养学生应用计算科学方法开展前沿科学研究的实践能力。本课程以最为流行的量子化学软件Gaussian程序为载体,围绕计算化学有别于传统实验化学研究的主要特点——创建初始结构及最优结构——开展实验教学,开展系统的计算化学的科研训练。几年的教学科研实践表明,开设针对本科生的计算化学实验的课程有利于开拓学生的视野和研究兴趣,对培养学生的创新思维能力和理论与实践相结合的研究能力发挥了重要的作用。 展开更多

关键词 计算化学实验 课程建设 量子化学 Gaussian程序 结构优化

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绝对硬度的量化探究——介绍一个计算化学实验 被引量：4

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作者 杨松 汤义涵 +3 位作者 徐嘉伟 刘偌曦 薛冰 张致慧 《大学化学》 CAS 2021年第8期81-86,共6页

介绍了利用Gaussian软件定量研究软硬酸碱中化合物硬度的实验设计,涉及化合物的构型优化和高精度单点能计算。旨在通过本实验,学生能够初步掌握运用量子化学计算绝对硬度的基本步骤,加深对软硬酸碱理论的理解,为今后从事相关科研工作打... 介绍了利用Gaussian软件定量研究软硬酸碱中化合物硬度的实验设计,涉及化合物的构型优化和高精度单点能计算。旨在通过本实验,学生能够初步掌握运用量子化学计算绝对硬度的基本步骤,加深对软硬酸碱理论的理解,为今后从事相关科研工作打下基础。 展开更多

关键词 软硬酸碱 计算化学实验 绝对硬度 密度泛函

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乙醇分子内及分子间脱水反应机理的计算化学实验研究 被引量：3

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作者 聂小娃 杨文超 郭新闻 《大学化学》 CAS 2023年第9期179-187,共9页

介绍了一个面向大三下或大四上本科生的计算化学探索性实验。通过研究乙醇分子内及分子间脱水反应机理,从分子水平理解醇脱水反应过程中酸催化剂的作用机制和反应的能量路径。通过本实验,使学生初步掌握量子化学计算通用软件高斯(Gaussi... 介绍了一个面向大三下或大四上本科生的计算化学探索性实验。通过研究乙醇分子内及分子间脱水反应机理,从分子水平理解醇脱水反应过程中酸催化剂的作用机制和反应的能量路径。通过本实验,使学生初步掌握量子化学计算通用软件高斯(Gaussian)的使用方法,掌握结构优化、频率计算、过渡态搜索等基本计算操作,并学会采用量子化学计算手段来研究化学反应的基本过程,为将来科研工作打下重要基础。 展开更多

关键词 计算化学实验 反应机理 催化剂 能量路径

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氢气和氧气生成气态水反应热力学函数的高水平量化计算研究——介绍一个计算化学实验 被引量：12

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作者 许秀芳 《大学化学》 CAS 2016年第12期53-58,共6页

结合教学实践,介绍一个面向高年级本科生的计算化学实验。运用量子化学软件Gaussian 09及其配套软件Gauss View和Ultra Edit,计算H_2(g)+1/2O_2(g)→H_2O(g)反应的内能、焓、熵、吉布斯自由能等热力学函数的变化值。旨在通过本实验,使... 结合教学实践,介绍一个面向高年级本科生的计算化学实验。运用量子化学软件Gaussian 09及其配套软件Gauss View和Ultra Edit,计算H_2(g)+1/2O_2(g)→H_2O(g)反应的内能、焓、熵、吉布斯自由能等热力学函数的变化值。旨在通过本实验,使学生初步掌握运用高水平量子化学计算方法进行构型优化、频率计算和能量计算的方法。 展开更多

关键词 计算化学实验 量化计算 GAUSSIAN 09软件 热力学函数

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甲醛分子的结构和性质的计算化学研究——介绍一个计算化学实验 被引量：12

12

作者 王溢磊 《大学化学》 CAS 2014年第5期66-70,共5页

介绍一个为化学专业本科生设计的、运用通用量子化学软件Gaussian和GaussView完成的计算化学实验。实验内容包括最基本的构型优化、频率计算和电子结构分析。旨在通过本实验,使学生初步掌握用量子化学计算方法研究分子结构和性质的基本... 介绍一个为化学专业本科生设计的、运用通用量子化学软件Gaussian和GaussView完成的计算化学实验。实验内容包括最基本的构型优化、频率计算和电子结构分析。旨在通过本实验,使学生初步掌握用量子化学计算方法研究分子结构和性质的基本过程,并能在将来的科研工作中学以致用。 展开更多

关键词 计算化学实验 Gaussian软件 电子结构

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主族元素AB_(4)型含氧酸根的成键分析--推荐一个研究型计算化学实验 被引量：3

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作者 许文华 李安阳 岳可芬 《大学化学》 CAS 2022年第2期255-260,共6页

介绍了一个面向高年级本科生的研究型计算化学实验。主族元素AB4型含氧酸根是无机和结构化学理论课程中讨论化学键类型的例子,然而其结果却存在争议。本实验利用常用量子化学软件,通过计算化学方法分析化学成键,验证猜测,并得出结论。... 介绍了一个面向高年级本科生的研究型计算化学实验。主族元素AB4型含氧酸根是无机和结构化学理论课程中讨论化学键类型的例子,然而其结果却存在争议。本实验利用常用量子化学软件,通过计算化学方法分析化学成键,验证猜测,并得出结论。旨在通过本实验,锻炼学生对量子化学计算方法的运用,进而加深对化学基础知识的理解。 展开更多

关键词 分子轨道理论 化学键 计算化学实验

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Cu-Zn原电池标准电动势测定实验的计算化学设计 被引量：3

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作者 刘宇昂 刘晓红 +3 位作者 李姝 叶世海 李国然 言天英 《大学化学》 CAS 2023年第9期227-233,共7页

基于量子化学计算软件Gaussian 16,对“电动势的测定”这一经典物理化学实验进行了计算化学设计。用密度泛函方法计算了Cu^(2+)和Zn^(2+)的溶剂化自由能,通过热力学循环计算得到电池反应的标准摩尔吉布斯自由能变,进而求出Cu-Zn原电池... 基于量子化学计算软件Gaussian 16,对“电动势的测定”这一经典物理化学实验进行了计算化学设计。用密度泛函方法计算了Cu^(2+)和Zn^(2+)的溶剂化自由能,通过热力学循环计算得到电池反应的标准摩尔吉布斯自由能变,进而求出Cu-Zn原电池的标准电动势。该实验旨在帮助学生加深对标准摩尔吉布斯自由能、电极电势和能斯特方程等物理化学基本概念的理解,发挥学生的主观能动性,培养学生设计实验能力、动手实践能力以及科学思维。 展开更多

关键词 原电池 标准电动势 热力学循环 溶剂化自由能 计算化学实验

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HCN与HNC异构化反应活化能的量化计算实验 被引量：9

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作者 许秀芳 《大学化学》 CAS 2021年第2期102-109,共8页

结合计算化学教学内容,介绍一个面向高年级本科生的与化学动力学相关的计算化学实验。运用量子化学软件Gaussian 09及其可视化软件Gauss View和文本编辑器Ultra Edit,通过量子化学方法搜索HCN■HNC异构化反应的过渡态。计算反应物(HCN)... 结合计算化学教学内容,介绍一个面向高年级本科生的与化学动力学相关的计算化学实验。运用量子化学软件Gaussian 09及其可视化软件Gauss View和文本编辑器Ultra Edit,通过量子化学方法搜索HCN■HNC异构化反应的过渡态。计算反应物(HCN)、过渡态(TS)和产物(HNC)的能量,从而求算反应的活化能。旨在通过本实验,使学生初步掌握运用量子化学计算方法求算化学反应活化能的思路和方法。 展开更多

关键词 计算化学实验 量化计算 Gaussian 09软件 活化能

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应用理论化学方法预测有机分子的标准摩尔生成焓 被引量：6

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作者 袁汝明 傅钢 韩国彬 《大学化学》 CAS 2014年第3期50-54,共5页

介绍一个针对高年级本科生开设的计算化学创新性实验,采用高斯理论计算一系列有机小分子的构型和热化学性质,并通过原子化反应法计算其标准摩尔生成焓。该实验可让学生初步掌握相关计算软件的使用,了解不同计算方法的适用范围,认识理论... 介绍一个针对高年级本科生开设的计算化学创新性实验,采用高斯理论计算一系列有机小分子的构型和热化学性质,并通过原子化反应法计算其标准摩尔生成焓。该实验可让学生初步掌握相关计算软件的使用,了解不同计算方法的适用范围,认识理论与实验相结合的实践途径。 展开更多

关键词 生成焓 有机分子 计算化学实验 Gaussian-3

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