Gaussian03软件在有机化学教学中的应用
有机化学是化学、药学等专业一门重要的基础课。由于原子、分子的电子结构或几何结构为微观结构，无法通过肉眼进行直接的观察，并且微观结构难以用宏观结构进行科学的描述，所以学生很难通过抽象思维对微观结构有一个准确无误的刻画。如何使学生将抽象的化学知识简单化、形象化，帮助学生理解复杂的有机反应机理，提高学习积极性，这对教师的教学方法和手段有很高的要求。
随着计算机技术的迅猛发展，计算机辅助教学已逐步深入到各化学课程的教学中，部分量子化学软件也逐步开始走进了化学课堂。这对突破教学难点、提高课堂教学效率有积极的作用。Gaussian03是目前计算化学领域内最流行、应用范围最广的商业化量子化学计算程序包，最早是由美国卡内基梅隆大学的约翰?波普（John A Pople，1998年诺贝尔化学奖）在上世纪60年代末、70年代初主导开发的。它是一个量子化学综合软件包，可以进行各种类型的从头算、半经验和密度泛函计算。它可以预测气相和液相条件下，分子和化学反应的许多性质，包括：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，等等。
Gaussian03软件是一种功能强大的量子化学计算软件，界
面友好（有GaussianView图形界面显示窗口），便于操作。目前，该软件不仅在科学研究方面发挥了重要的作用，同时也成为有机化学教学中重要的工具。与传统教学手段相比较，它将抽象的化学知识简单化、形象化，帮助学生理解复杂的有机反应机理，使教学过程变得明了、清晰，提高了学生学习的积极性。本文根据有机化学的教学特点，介绍Gaussian03软件在教学方面的一些应用。
一、显示分子立体模型
在有机化学教学中，让学生掌握的基本思想是“结构决定性质，性质决定用途”。首先要对分子的结构有充分的认识和理解，这部分既是重点又是难点。在教学中，通过GaussianView，可以建立显示化合物的3D分子结构，且演示模型有球棍模型、Stuart模型、Sticks模型及金属线模型，使学生既充分地、直观生动地认识了分子结构，又加强了对空间思维、形象思维的培养。
二、结构优化和能量计算
分子的三维结构与其物理、化学性质都有十分紧密的关系。在介绍分子的空间构型时，有些学生可能会产生这样的疑问：分子的结构有很多种，怎样才能确定分子的稳定构型呢？这主要是根据能量越低结构越稳定的原则。例如：为什么甲烷是正四面体构型，而不是平面正方形结构？[1]通过Gaussian03软件计算两种构型的能量和频率，平面正方形构型的甲烷不仅存在虚频，而
且能量较四面体构型的甲烷分子高。这就从量的角度证明了甲烷的空间构型应为正四面体构型。又如：为什么乙烷的交叉型构象为稳定构象？[2]通过构建乙烷分子并优化分子结构，然后计算C-C键旋转360°，整个旋转过程中的势能曲线，就能发现势能最低的稳定构象为交叉型构象。 三、显示分子轨道
化学键的本质和分子轨道理论是有机化学教学中的一个难点，用GaussianView图形界面软件可以形象地显示分子轨道的形状，化抽象为形象，使学生理解σ轨道和π轨道的特点。具体做法是对分子进行构型全优化，用GaussianView打开Gaussian03计算后储存的chk文件，点击surface即可显示分子轨道的形状和电子排布状况。如：计算得知苯分子由6个离域的π电子形成共轭，使分子稳定，通过图形苯分子中π电子的分布及离域情况一目了然，非常直观，便于学生理解和掌握。又如：通过计算可知，环戊二烯分子HOMO、LUMO轨道主要由2、3、4和5号碳原子的2pz和3pz原子轨道线性组合而成，[3]LUMO轨道则相对复杂些，主要由5个碳原子的2pz、3pz原子轨道及6、7号氢原子的1s、2s轨道线性组合而成。 四、模拟分子光谱[4]
在教学中用Gaussian03计算软件对所研究的分子进行优化和频率计算，其结果借助GaussView软件，还可以观察分子的红外振动模式，从而形象地了解分子内部的运动。多原子分子的基
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