【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于自动和高效地计算化学反应的动力学数据的蒙特卡洛方法
[0001]本专利技术涉及一种用于计算化学反应的过渡态的计算机实现的方法，以及一种用于数据处理的系统，该系统包括用于执行所述方法的装置，涉及一种计算机程序，该计算机程序包括促使计算机执行所述方法的指令，以及涉及所述计算机程序的用途。本专利技术还涉及用于自动和有效地确定化学反应的动力学数据的系统、方法和装置。
技术介绍
[0002]在化学反应期间，参与的原子会改变其几何结构，并且键会断裂并形成新的键。在此，参与的原子的能量也会改变并且在该化学反应的变化过程期间达到最大能量的状态，即所谓的过渡态。过渡态代表将反应物与化学反应产物分开的势垒或活化势垒。如果克服了活化势垒，则形成产物。化学反应期间的能量可以借助于所谓的势能超表面来表示，所述势能超表面根据参与反应的原子的几何结构来映射参与反应的原子的势能。在此，势能超表面还映射不形成任何产物的状态。在克服过渡态的条件下形成产物的直接反应路径可以被显示为曲线，在该曲线中相对于能量绘制了分子的各个原子之间的距离。借助于量子化学方法和...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于计算化学反应的过渡态的计算机实现的方法，包括以下步骤A 产生起始几何结构A1 提供处于能量基态的至少一个分子的三维表示，A2选择所述至少一个分子的至少一个键并选择所述键的长度，其中所选择的长度不与在所述分子的能量基态下的键的长度对应，使得获得所述化学反应的起始几何结构，A3 以笛卡尔坐标和/或内部坐标进行所述起始几何结构的三维表示，B 确定优化的起始几何结构B1 规定函数空间，该函数空间包括来自步骤A2的至少一个键和通过所述键连接的原子，B2 借助于量子化学方法并且利用边界条件基于在步骤B1中选择的函数空间对所述起始几何结构进行几何结构优化，所述边界条件是在步骤A2中选择的至少一个键的长度保持恒定，使得获得优化的起始几何结构，B3 确定优化的起始几何结构的梯度范数B3，其中所述梯度范数是通过借助于量子化学方法对函数E=f（x）求一阶导数获得的，其中E=优化的起始几何结构的总能量，而x=优化的起始几何结构中的分子的核坐标，B4.1 如果梯度范数B3为，0 ≤
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≤ 0.07 E
h a0‑1，则将所述优化的起始几何结构分类为所述化学反应的过渡态的初始阶段，并用步骤D1继续所述方法，或者B4.2 如果梯度范数B3为 > 0.07 E
h a0‑1，则从所述优化的起始几何结构出发，通过包括以下步骤的方法确定所述化学反应的过渡态的初始阶段：C 确定所述化学反应的过渡态的初始阶段C1 应用蒙特卡洛算法改变所述优化的起始几何结构，其中C1.1 从步骤B1中选择的函数空间中随机选择至少一个原子，C1.2 为步骤C1.1中选择的原子的偏转随机选择向量，C1.3 基于来自步骤C1.2的向量，将在步骤C1.1中选择的原子从其在所述优化的起始几何结构中的位置偏转，使得获得所述化学反应的过渡态的初始阶段，C2 借助于量子化学方法并使用边界条件对所述过渡态的初始阶段进行几何结构优化，所述边界条件是，来自步骤A2的至少一个键具有在步骤C1.3中确定的长度，C3从步骤C2中确定所述过渡态的初步阶段的梯度范数C3，其中所述梯度范数是通过借助于量子化学方法对函数E=f（x）求一阶导数获得的，其中E=所述过渡态的初始阶段的总能量，而x=所述过渡态的初始阶段中分子的核坐标，C4.1 如果梯度范数C3为，0 ≤
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≤ 0.07 E
h a0‑1，则用步骤D1继续该方法，或者C4.2 如果梯度范数C3为 > 0.07 E
h a0‑1，则重复步骤C1至C3，直到获得梯度范数C3 为0 ≤
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≤ 0.07 E
h a0‑1为止，其中（a）在步骤C1至C3已执行一次的情况下，如果所述过渡态的初始阶段的几何结构的梯度范数C3的值低于所述优化的起始几何结构的梯度范数B3的值，则在步骤C1中改变所述过渡态的初始阶段的几何结构，或（b）在多次执行步骤C1至C3的情况下，在步骤C1中改变所述优化的起始几何结构的几何结构或来自先前重复的过渡态的以下初始阶段的几何结构，所述初始阶段与迄今为止获
得的所有梯度范数C3和B3相比具有最低的梯度范数C3或B3的值，D 确定所述过渡态D1 借助于量子化学方法和伪牛顿
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拉夫森算法，使来自步骤C4.1的初始阶段或来自步骤B4.1的初始阶段D1松弛，使得获得所述过渡态，D2 必要时，通过使所述过渡态偏转来确定平衡态，使得获得偏转的过渡态，并且借助于量子化学方法使所述偏转的过渡态松弛，使得获得平衡态。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，来自步骤B2、B3、C2、C3、D1和D2的量子化学方法是半经验方法、密度泛函理论方法或薛定谔方程的近似，来自步骤B2、B3、C2、C3、D1和D2的量子化学方法特别是密度泛函理论方法。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述化学反应是选自由聚合物合成，用于聚合反应的单体、工业上所需的基本化学物质、添加剂、表面活性剂和药理活性剂的合成构成的组的合成，其中所述聚合物合成特别是聚氨酯合成。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤A1中提供至少两个分子I和II，并且在步骤A2中替代或附加于所述至少一个键，还能够选择来自分子I的至少一个原子与来自分子II的至少一个原子之间的至少一个距离以及所述至少一个距离的长度，其中所述距离的长度特别是最多230pm。5.根据权利要求4的方法，其特征在于，分子I是用于所述化学反应，特别是用于聚合物合成的催化剂，并且分子II是所述化学反应的反应物。6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，分子I具有小于等于100个原子的大小，且分子II具有小于等于100个原子的大小，优选地来自分子I和来自分子II的原子的总和应该小于等于100个原子。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，将关于根据步骤D.1确定的过渡态和/或根据步骤D.2确定的平衡态的信息报告给用户。8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，由用户接收关于根据步骤D.1确定的过渡态和/或根据步骤D.2确定的平衡态的信息。9.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在步骤D.1之后和/或在步骤D.2之后合成分子I。10.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在步骤D.1和/或步骤D.2之后，使用分子I作为催化剂来执行化学反应。11.根据权利要求5、6或10所述的方法，其特征在于，在步骤D.1之后和/或在步骤D.2之后，使用分子II作为反应物来执行化学反应。12.用于数据处理的系统，包括用于执行包括以下步骤的方法的装置：A 产生起始几何结构A1 提供处于能量基态的至少一个分子的三维表示，A2选择所述至少一个分子的至少一个键并选择所述键的长度，其中所选择的长度不与在所述分子的能量基态下的键的长度对应，使得获得所述化学反应的起始几何结构，A3 以笛卡尔坐标和/或内部坐标进行所述起始几何结构的三维表示，B 确定优化的起始几何结构B1 规定函数空间，该函数空间包括来自步骤A2的至少一个键和通过所述键连接的原
子，B2 借助于量子化学方法并且利用边界条件基于在步骤B1中选择的函数空间对所述起始几何结构进行几何结构优化，所述边界条件是在步骤A2中选择的至少一个键的长度保持恒定，使得获得优化的起始几何结构，B3 确定所述优化的起始几何结构的梯度范数B3，其中所述梯度范数是通过借助于量子化学方法对函数E=f（x）求一阶导数获得的，其中E=所述优化的起始几何结构的总能量，而x=所述优化的起始几何结构中的分子的核坐标，B4.1 如果梯度范数B3为，0 ≤
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≤ 0.07 E
h a0‑1，则将所述优化的起始几何结构分类为所述化学反应的过渡态的初始阶段，并用步骤D1继续所述方法，或者B4.2 如果梯度范数B3为 > 0.07 E
h a0‑1，则从所述优化的起始几何结构出发，通过包括以下步骤的方法确定所述化学反应的过渡态的初始阶段：C 确定所述化学反应的过渡态的初始阶段C1 应用蒙特卡洛算法改变所述优化的起始几何结构，其中C1.1 从步骤B1中选择的函数空间中随机选择至少一个原子，C1.2 为步骤C1.1中选择的原子的偏转随机选择向量，C1.3 基于来自步骤C1.2的向量，将在步骤C1.1中选择的原子从其在所述优化的起始几何结构中的位置偏转，使得获得所述化学反应的过渡态的初始阶段，C2 借助于量子化学方法并使用边界条件对所述过渡态的初始阶段进行几何结构优化，所述边界条件是，来自步骤A2的至少一个键具有在步骤C1.3中确定的长度，C3从步骤C2中确定所述过渡态的初步阶段的梯度范数C3，其中所述梯度范数是通过借助于量子化学方法对函数E=f（x）求一阶导数获得的，其中E=所述过渡态的初始阶段的总能量，而x=所述过渡态的初始阶段中分子的核坐标，C4.1 如果梯度范数C3为，0 ≤
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h a0‑1，则用步骤D1继续该方法，或者C4.2 如果梯度范数C3为 > 0.07 E
h a0‑1，则重复步骤C1至C3，直到获得梯度范数C3为 0 ≤
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h a0‑1为止，其中（a）在步骤C1至C3...
【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：科思创知识产权两合公司，
类型：发明
国别省市：
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