CN110875085B - 高效批量优化分子结构的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高效批量优化分子结构的方法，主要解决现有技术中无法解决快速获取大量优化的分子结构的问题。本发明通过采用一种高效批量优化分子结构的方法，利用VB编程，实现程序的一次运行完成大批量分子结构的自动优化，用一次程序运行代替多次手动优化计算，批量读取分子结构文件，自动计算分子单点能，通过分子力学方法进行预优化，并采用量子力学半经验方法进行进一步优化，将分子结构的能量梯度值降至
以下，最终获得稳定的分子结构的技术方案较好地解决了上述问题，可用于批量优化分子结构中。
Description
技术领域
本发明涉及一种高效批量优化分子结构的方法。
背景技术
定量结构-性质关系，研究化合物结构与其各种物理化学性质之间的定量关系，是计算化学和化学信息学的研究热点之一。目前，人们广泛利用化学品结构与性质之间的关系预测物质危险性，而实现该研究的前提条件之一就是确保化学品的分子结构是经过优化的稳定的分子结构，为获取大量的稳定的分子结构需要对大批量的分子结构进行优化。本发明中所指的分子结构的优化，是分子能量最小化，通过优化分子结构，降低分子体系的能量，从而获得更稳定的构象。目前，众多分子模拟软件都可以进行分子结构的优化，以本发明中涉及的HyperChem软件为例，它具有分子能量最小化的功能，在分子能量最小化的过程中，HyperChem不断微调分子结构，直到分子能量不再随着分子结构的微小变化而发生改变，也就是笛卡尔坐标所有方向上能量梯度均接近于零(本发明设定分子结构的能量梯度值低于
时，分子结构达到稳定状态)，此时获得的就是优化后的稳定的分子结构。但是HyperChem的优化计算只能进行单分子处理，对于大批量的分子结构数据库，要将分子结构逐个手动进行优化，存在工作效率低，耗时多的问题。因此，本发明通过VB编程，实现自动操控HyperChem软件高效、批量优化分子结构，解决快速获取大量优化的分子结构的问题。
杨铄等人发表的文章《大批量获取分子三维结构数据的方法》(杨铄,袁身刚,陈敏伯,郑崇直.大批量获取分子三维结构数据的方法[J].计算机与应用化学,2000(Z1):185-186.)，以及雷静等人发表的文章《基于MFC和HyperChem的分子三维结构批量实现方法》(雷静,周家驹.基于MFC和HyperChem的分子三维结构批量实现方法[J].计算机与应用化学,2002(04):385-386.)中，研究核心均是如何利用分子的2D结构批量生成3D结构，生成3D结构的同时，利用分子力学法MM+进行了简单优化，准确度不够，获得的分子结构仍需要进一步优化；另外，杨铄等人采用的是HyperChem/Script，一种特殊的专用脚本语言，进行批量计算，由于Script没有提供循环语句，因此采用C++编程语言补充循环功能，而雷静等人采用的是MFC编程，结合Hyperchem提供的动态连接库和专用脚本语言实现批量生成分子三维结构。现有技术目的均在于实现批量生成三维分子结构，而非分子结构的优化，没有解决快速获取大量优化的分子结构的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中无法解决快速获取大量优化的分子结构的问题，提供一种新的高效批量优化分子结构的方法，具有能快速获取大量优化的分子结构、效、批量优化分子结构，效率更高、可视化效果更好的优点。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种高效批量优化分子结构的方法，利用VB编程，实现程序的一次运行完成大批量分子结构的自动优化，用一次程序运行代替多次手动优化计算，包括以下步骤：
步骤一、构建分子结构数据库；
步骤二、读取并打开分子结构文件；
步骤三、计算分子结构单点能；
步骤四、分子结构预优化；
步骤五、采用量子力学半经验方法进一步优化分子结构；
步骤六、储存优化后的分子结构；
步骤七、完成剩余分子结构的优化。
上述技术方案中，优选地，利用VB编程，实现程序的一次运行完成大批量分子结构的自动优化，用一次程序运行代替多次手动优化计算，具体实现步骤如下：
步骤一、构建分子结构数据库：
对化合物批量优化之前，利用HyperChem软件，绘制分子结构，生成3D分子结构，获得化合物的分子结构数据库，为批量优化分子结构，提供基础的分子结构数据库；同时，将数据库中各化合物的名称储存在文件A中；
步骤二、读取并打开分子结构文件：
通过DDE会话，实现VB和HyperChem之间的通信，VB发出指令，操纵HyperChem选择设置选项，设置分子力学场，读取化合物名称储存文件A中某化合物的名称，打开分子结构数据库里对应的化合物分子结构文件；
步骤三、计算分子结构单点能：
利用HyperChem计算分子结构的单点能；然后将计算得到的分子总能量和能量梯度值返回至VB控件中，并将分子总能量和能量梯度值写入结果文件B中进行储存；
步骤四、分子结构预优化：
利用HyperChem选择分子结构优化选项，在步骤二设置的分子力学方法下进行分子结构预优化，预优化之后，将预优化后分子总能量、能量梯度值和优化计算的拟合结果返回至VB控件中，并将预优化后分子总能量、能量梯度值和优化计算的拟合结果写入结果文件B中进行储存；
步骤五、采用量子力学半经验方法进一步优化分子结构：
采用HyperChem设置计算方法为量子力学半经验方法，然后选择分子结构优化选项进行分子结构的进一步优化，将分子结构的能量梯度值降至
以下，优化之后，分子总能量、能量梯度值和优化计算的拟合结果返回至VB控件中，并将优化后分子总能量、能量梯度值和优化计算的拟合结果)写入结果文件B中进行储存；
步骤六、储存优化后的分子结构：
采用HyperChem选择分子结构另存为指定文件夹下的优化后的分子结构文件；
步骤七、完成剩余分子结构的优化：
利用VB的判断语句，判断步骤二中名称变量的赋值是否与名称储存文件A中最后一个化合物名称一致，若一致则优化程序结束，跳出循环；若不一致，则利用循环语句重复步骤二至步骤七，直至完成剩余分子结构的优化。
上述技术方案中，优选地，步骤二中，在VB的循环语句中，读取分子结构之前，利用VB，通过DDE会话，实现VB和HyperChem之间的通信，VB发出指令，操纵HyperChem选择设置选项，设置分子力学场；之后，利用VB读取化合物名称储存文件A中某化合物的名称，将名称赋值给VB中的名称变量，同时，通过DDE会话发出指令，操纵HyperChem打开步骤一建立的数据库所在路径下，该名称变量对应的化合物分子结构文件，显示在HyperChem的软件界面上。
上述技术方案中，优选地，步骤三中，利用VB，通过DDE会话，发出指令，操纵HyperChem计算分子结构的单点能；然后，将计算得到的分子总能量和能量梯度值，通过DDE会话，返回至VB控件中，显示在VB窗体中的控件上，同时，利用VB将分子总能量和能量梯度值写入结果文件B中进行储存。
上述技术方案中，优选地，步骤四中，利用VB，通过DDE会话，发出指令，操纵HyperChem选择分子结构优化选项，在步骤二设置的分子力学方法下进行分子结构预优化，预优化之后，将预优化后分子总能量、能量梯度值和优化计算的拟合结果，通过DDE会话，返回至VB控件中，显示在VB窗体中的控件上，同时，利用VB将预优化后分子总能量、能量梯度值和优化计算的拟合结果写入结果文件B中进行储存。
上述技术方案中，优选地，步骤五中，利用VB，通过DDE会话，发出指令，操纵HyperChem设置计算方法为量子力学半经验方法，然后操纵HyperChem选择分子结构优化选项，在量子力学半经验方法下进行分子结构的进一步优化，将分子结构的能量梯度值降至
以下，优化之后，分子总能量、能量梯度值和优化计算的拟合结果，通过DDE会话，返回至VB控件中，显示在VB窗体中的控件上，同时，利用VB将优化后分子总能量、能量梯度值和优化计算的拟合结果写入结果文件B中进行储存。
上述技术方案中，优选地，上一步骤完成后程序自动进入下一步骤。
上述技术方案中，优选地，在批量优化分子结构程序运行的过程中，VB窗体Form1上显示当前批量优化的垂直进度条和当前优化的化合物在数据库中的序号。
上述技术方案中，优选地，在分子能量最小化的过程中，HyperChem不断微调分子结构，直到分子能量不再随着分子结构的微小变化而发生改变，也就是笛卡尔坐标所有方向上能量梯度均接近于零，此时获得的就是优化后的稳定的分子结构；因此，比较优化前、后分子结构的能量梯度值，并且比较优化后的能量梯度值和设定的分子结构稳定的判定条件来证明分子结构得到了优化。
上述技术方案中，优选地，分子结构稳定的判定条件为分子结构的能量梯度值小于
针对现有技术中大量分子进行结构优化时，单分子处理效率低、耗时多的问题，本发明利用VB编程，实现程序的一次运行完成大批量分子结构的自动优化，用一次程序运行代替多次手动优化计算，提供了一种高效、批量优化分子结构的方法。该方法批量读取分子结构文件，自动计算分子单点能，通过分子力学方法进行预优化，并采用量子力学半经验方法进行进一步优化，将分子结构的能量梯度值降至
以下，最终获得稳定的分子结构。通过VB编程，实现从读取分子结构，到分子结构优化，再到生成优化的分子结构的自动过程；实现自动操控HyperChem软件高效、批量优化分子结构，解决快速获取大量优化的分子结构的问题，为化合物分子结构与其危险特性之间的定量结构-性质关系研究，快速提供大量稳定的分子结构。本发明提供的批量优化分子结构的方法，与现有的单分子进行结构优化方法相比，具有提高工作效率的明显优势：对于含有约20个原子的单个分子，现有的单分子处理的手动操控的分子结构优化时间平均为90s，本发明的批量优化分子结构的方法的优化时间平均为20s，缩短了优化时间，提高了工作效率；对于大批量的分子结构，本发明仅需要一次性运行程序就可以完成所有分子结构的优化，不需要手动多次操作，方便、高效。总而言之，本发明通过VB编程，实现自动操控HyperChem软件高效、批量优化分子结构，优化过程中，可以通过程序界面直观了解优化进度，实现大量优化的分子结构的快速获取，取得了较好的技术效果。
附图说明
图1为本发明所述方法的流程示意图。
图2为本发明的批量优化分子结构程序界面。
图2中，1——VB窗体Form1中的按钮控件Command1，用于启动程序，2——VB文本框控件Text1，3——VB文本框控件Text2，4——VB文本框控件Text3，5——VB文本框控件Text4，6——VB文本框控件Text5，7——VB文本框控件Text6，8——VB文本框控件Text7，9——VB文本框控件Text8，10——VB文本框控件Text9，11——垂直进度条，由上至下滚动，显示程序进度；
图3为举例展示CAS号为961-68-2的硝基化合物，优化之前在HyperChem软件界面上显示的分子结构；
图4为举例展示CAS号为961-68-2的硝基化合物，优化之后在HyperChem软件界面上显示的稳定的分子结构。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施方式
【实施例1】
本发明利用VB编程，实现程序的一次运行完成大批量分子结构的自动优化，用一次程序运行代替多次手动优化计算。本发明的技术方案的具体实现步骤如下：
步骤一、构建分子结构数据库：
在按照本发明的技术方案对化合物批量优化之前，利用HyperChem软件，绘制分子结构，生成3D分子结构，获得大量化合物的分子结构数据库，为批量优化分子结构，提供基础的分子结构数据库。同时，将数据库中各化合物的名称储存在文件1中，便于下面步骤中程序读取化合物的名称。
步骤二、读取并打开分子结构文件：
在VB的循环语句中，读取分子结构之前，利用VB，通过DDE会话，实现VB和HyperChem之间的通信，VB发出指令，操纵HyperChem选择设置(Setup)选项，设置分子力学场(Molecular Mechanics Force Field)；之后，利用VB读取化合物名称储存文件1中某化合物的名称，将名称赋值给VB中的名称变量，同时，通过DDE会话发出指令，操纵HyperChem打开步骤一建立的数据库所在路径下，该名称变量对应的化合物分子结构文件，显示在HyperChem的软件界面上。
步骤三、计算分子结构单点能：
利用VB，通过DDE会话，发出指令，操纵HyperChem计算分子结构的单点能(SinglePoint)；然后，将计算得到的分子总能量(total-energy)和能量梯度值(rms-gradient)，通过DDE会话，返回至VB控件中，显示在VB窗体中的控件上，同时，利用VB将分子总能量(total-energy)和能量梯度值(rms-gradient)写入结果文件2中进行储存。
步骤四、分子结构预优化：
利用VB，通过DDE会话，发出指令，操纵HyperChem选择分子结构优化选项(Geometry Optimization)，在步骤二设置的分子力学方法下进行分子结构预优化，预优化之后，将预优化后分子总能量(total-energy)、能量梯度值(rms-gradient)和优化计算的拟合结果(optim-converged)，通过DDE会话，返回至VB控件中，显示在VB窗体中的控件上，同时，利用VB将预优化后分子总能量(total-energy)、能量梯度值(rms-gradient)和优化计算的拟合结果(optim-converged)写入结果文件2中进行储存。
步骤五、采用量子力学半经验方法进一步优化分子结构：
利用VB，通过DDE会话，发出指令，操纵HyperChem设置(Setup)计算方法为量子力学半经验方法(Semi-empirical Method)，然后操纵HyperChem选择分子结构优化选项(Geometry Optimization)，在量子力学半经验方法下进行分子结构的进一步优化，将分子结构的能量梯度值降至
以下，优化之后，分子总能量(total-energy)、能量梯度值(rms-gradient)和优化计算的拟合结果(optim-converged)，通过DDE会话，返回至VB控件中，显示在VB窗体中的控件上，同时，利用VB将优化后分子总能量(total-energy)、能量梯度值(rms-gradient)和优化计算的拟合结果(optim-converged)写入结果文件2中进行储存。
步骤六、储存优化后的分子结构：
利用VB，通过DDE会话，发出指令，操纵HyperChem选择分子结构另存为(Save as)指定文件夹下的优化后的分子结构文件。
步骤七、完成剩余分子结构的优化：
利用VB的判断语句，判断步骤二中名称变量的赋值是否与名称储存文件1中最后一个化合物名称一致，若一致则优化程序结束，跳出循环；若不一致，则利用循环语句重复步骤二至步骤七，直至完成剩余分子结构的优化。
【实施例2】
下面以30个不同硝基化合物的批量优化为例进一步说明本发明的技术方案，具体步骤如下：
步骤1、构建30个硝基化合物分子结构数据库：
在按照本发明的技术方案对30个硝基化合物批量优化之前，利用HyperChem软件，手动绘制30个硝基化合物分子结构，生成3D分子结构，获得30个硝基化合物的分子结构数据库，为批量优化分子结构提供基础的分子结构数据库。同时，将30个不同的硝基化合物的唯一识别码CAS号作为名称储存在文件1中，便于下面步骤中程序读取每个硝基化合物的名称。建立了基础的分子结构数据库之后，按照图1所示的批量优化分子结构方法的执行流程，进行步骤2～7。
步骤2、读取并打开分子结构文件：
点击图2所示的VB窗体Form1中的按钮控件Command1(图2标号1)“开始优化”，触发批量优化分子结构程序，该程序通过DDE会话，建立VB和HyperChem之间的通信，此时VB程序发出指令，操纵HyperChem选择设置(Setup)选项，设置分子力学场(Molecular MechanicsForce Field)为MM+；之后，利用VB读取文件1中某个硝基化合物的CAS号，将该CAS号赋值给VB中的名称变量A，同时，通过DDE会话发出指令，操纵HyperChem打开步骤1建立的数据库所在路径下，该名称变量对应的硝基化合物的分子结构文件，显示在HyperChem的软件界面上。图3举例展示了其中一个CAS号为961-68-2的硝基化合物2,4-二硝基二苯胺，优化之前在HyperChem的软件界面上显示的分子结构。
步骤3、计算分子结构单点能：
步骤2完成之后，程序自动进入第3步，计算分子结构单点能。VB程序通过DDE会话，发出指令，操纵HyperChem进行该硝基化合物的分子结构的单点能(Single Point)计算；然后，将计算得到的分子总能量(total-energy)和能量梯度值(rms-gradient)，通过DDE会话，分别返回至VB文本框控件Text1(图2标号2)和Text2(图2标号3)中，显示在VB窗体Form1上，同时，利用VB程序将该硝基化合物的分子总能量(total-energy)和能量梯度值(rms-gradient)写入结果文件2中进行储存。
步骤4、分子结构预优化：
步骤3完成之后，程序自动进入第4步，进行该硝基化合物的分子结构预优化，VB程序通过DDE会话，发出指令，操纵HyperChem选择分子结构优化(Geometry Optimization)选项，在步骤2设置的分子力学方法MM+下进行分子结构预优化，之后将该硝基化合物预优化后的分子总能量(total-energy)、能量梯度值(rms-gradient)和优化计算的拟合结果(optim-converged)，通过DDE会话，分别返回至VB文本框控件Text3(图2标号4)、Text4(图2标号5)和Text5(图2标号6)中，显示在VB窗体Form1上，同时，VB程序将预优化后分子总能量(total-energy)、能量梯度值(rms-gradient)和优化计算的拟合结果(optim-converged)写入结果文件2中进行储存。
步骤5、采用量子力学半经验方法进一步优化分子结构：
步骤4完成之后，程序自动进入第5步，进行该硝基化合物的分子结构的进一步优化，VB程序通过DDE会话，发出指令，操纵HyperChem设置(Setup)计算方法为量子力学半经验方法(Semi-empirical Method)为AM1，然后操纵HyperChem选择分子结构优化选项(Geometry Optimization)，在量子力学半经验方法AM1下进行分子结构的进一步优化，将分子结构的能量梯度值降至
以下，优化之后将该硝基化合物的分子总能量(total-energy)、能量梯度值(rms-gradient)和优化计算的拟合结果(optim-converged)，通过DDE会话，分别返回至VB文本框控件Text6(图2标号7)、Text7(图2标号8)和Text8(图2标号9)中，显示在VB窗体Form1上，同时，VB程序将优化后分子总能量(total-energy)、能量梯度值(rms-gradient)和优化计算的拟合结果(optim-converged)写入结果文件2中进行储存。
步骤6、储存优化后的分子结构：
步骤5完成之后，程序自动进入第6步，储存优化后的分子结构，VB程序通过DDE会话，发出指令，操纵HyperChem将该硝基化合物优化后的分子结构另存为(Save as)指定文件夹中。图4举例展示了其中一个CAS号为961-68-2的硝基化合物2,4-二硝基二苯胺，完成优化之后在HyperChem的软件界面上显示的优化后的分子结构。
步骤7、完成剩余分子结构的优化：
步骤6完成之后，VB程序通过判断语句，判断该名称变量A的赋值是否与名称储存文件1中第30个硝基化合物的名称一致，若一致则优化程序结束，跳出循环；若不一致，则利用循环语句重复步骤2至步骤7，直至完成剩余硝基化合物分子结构的优化。
在批量优化分子结构程序运行的过程中，VB窗体Form1上显示当前批量优化的垂直进度条(图2标号10)和当前优化的硝基化合物在数据库中的序号(图2标号11)，如图2所示，可以直观的了解程序运行的进度以及已经优化的硝基化合物的数目。根据本专利分背景技术分析可知，分子结构优化实际是分子能量最小化的过程，在分子能量最小化的过程中，HyperChem不断微调分子结构，直到分子能量不再随着分子结构的微小变化而发生改变，也就是笛卡尔坐标所有方向上能量梯度均接近于零，此时获得的就是优化后的稳定的分子结构。因此，比较优化前、后分子结构的能量梯度值(rms-gradient)，并且比较优化后的能量梯度值和本发明设定的分子结构稳定的判定条件(分子结构的能量梯度值小于
)来证明分子结构得到了优化。以其中一个CAS号为961-68-2的硝基化合物2,4-二硝基二苯胺为例，结果文件2中记录，优化前其能量梯度值(rms-gradient)为
优化之后其能量梯度值为
其能量梯度经过优化已经大大降低，同时低于本发明设定的分子结构稳定的判定条件，说明该硝基化合物的分子结构已经得到了优化，变成了稳定的分子结构。在30个硝基化合物优化的过程中，记录时间，结果表明，对于含有约20个原子的单个分子，本发明的分子结构的优化时间平均为20s，对于实施例1中30个硝基化合物，利用本发明一次性批量完成分子结构自动优化所需时间为10min。
【实施例3】
本发明利用VB编程，实现程序的一次运行完成大批量分子结构的自动优化，用一次程序运行代替多次手动优化计算。本发明的技术方案的具体实现步骤如下：
步骤一、构建分子结构数据库：
在按照本发明的技术方案对化合物批量优化之前，利用HyperChem软件，绘制分子结构，生成3D分子结构，获得大量化合物的分子结构数据库，为批量优化分子结构，提供基础的分子结构数据库。同时，将数据库中各化合物的名称储存在文件1中，便于下面步骤中程序读取化合物的名称。
步骤二、读取并打开分子结构文件：
在VB的循环语句中，读取分子结构之前，利用VB，通过DDE会话，实现VB和HyperChem之间的通信，VB发出指令，操纵HyperChem选择设置(Setup)选项，设置分子力学场(Molecular Mechanics Force Field)；之后，利用VB读取化合物名称储存文件1中某化合物的名称，将名称赋值给VB中的名称变量，同时，通过DDE会话发出指令，操纵HyperChem打开步骤一建立的数据库所在路径下，该名称变量对应的化合物分子结构文件，显示在HyperChem的软件界面上。
步骤三、计算分子结构单点能：
利用VB，通过DDE会话，发出指令，操纵HyperChem计算分子结构的单点能(SinglePoint)；然后，将计算得到的分子总能量(total-energy)和能量梯度值(rms-gradient)，通过DDE会话，返回至VB控件中，显示在VB窗体中的控件上，同时，利用VB将分子总能量(total-energy)和能量梯度值(rms-gradient)写入结果文件2中进行储存。
步骤四、分子结构预优化：
利用VB，通过DDE会话，发出指令，操纵HyperChem选择分子结构优化选项(Geometry Optimization)，在步骤二设置的分子力学方法下进行分子结构预优化，预优化之后，将预优化后分子总能量(total-energy)、能量梯度值(rms-gradient)和优化计算的拟合结果(optim-converged)，通过DDE会话，返回至VB控件中，显示在VB窗体中的控件上，同时，利用VB将预优化后分子总能量(total-energy)、能量梯度值(rms-gradient)和优化计算的拟合结果(optim-converged)写入结果文件2中进行储存。
步骤五、采用量子力学半经验方法进一步优化分子结构：
利用VB，通过DDE会话，发出指令，操纵HyperChem设置(Setup)计算方法为量子力学半经验方法(Semi-empirical Method)，然后操纵HyperChem选择分子结构优化选项(Geometry Optimization)，在量子力学半经验方法下进行分子结构的进一步优化，将分子结构的能量梯度值降至
以下，优化之后，分子总能量(total-energy)、能量梯度值(rms-gradient)和优化计算的拟合结果(optim-converged)，通过DDE会话，返回至VB控件中，显示在VB窗体中的控件上，同时，利用VB将优化后分子总能量(total-energy)、能量梯度值(rms-gradient)和优化计算的拟合结果(optim-converged)写入结果文件2中进行储存。
步骤六、储存优化后的分子结构：
利用VB，通过DDE会话，发出指令，操纵HyperChem选择分子结构另存为(Save as)指定文件夹下的优化后的分子结构文件。
步骤七、完成剩余分子结构的优化：
利用VB的判断语句，判断步骤二中名称变量的赋值是否与名称储存文件1中最后一个化合物名称一致，若一致则优化程序结束，跳出循环；若不一致，则利用循环语句重复步骤二至步骤七，直至完成剩余分子结构的优化。
【比较例】
下面对上述实施例2所用的30个硝基化合物的分子结构，进行手动优化，作为比较例进一步说明本发明的优点。由于本发明的目的是快速优化大量分子结构，重点在于批量优化以提高优化效率，因此，在比较例中保持优化对象、优化方法和操作步骤相同，唯一与实施例不同之处是比较例中所有操作过程均是手动进行，比较实施例2和比较例所用时间，进一步说明本发明的优点，比较例的具体步骤如下：
步骤1、构建30个硝基化合物分子结构数据库：
将实施例1步骤1中建立的30个硝基化合物的分子结构数据库作为比较例的基础数据库。下面步骤2～7依次将分子结构数据库中的硝基化合物进行分子结构优化。
步骤2、打开分子结构文件：
在打开分子结构文件之前，手动操纵HyperChem软件设置(Setup)选项，设置分子力学场(Molecular Mechanics Force Field)为MM+，之后手动操纵HyperChem软件打开分子结构数据库中某一个硝基化合物的分子结构文件，显示在HyperChem软件界面上。
步骤3、计算分子结构单点能：
手动操纵HyperChem软件的进行该硝基化合物的分子结构的单点能(SinglePoint)计算，计算得到的分子总能量(total-energy)和能量梯度值(rms-gradient)储存在HyperChem的记录(Log)文件中。
步骤4、分子结构预优化：
手动操纵HyperChem选择分子结构优化(Geometry Optimization)选项，在步骤2设置的分子力学方法MM+下进行分子结构预优化，计算得到的分子总能量(total-energy)、能量梯度值(rms-gradient)和优化计算的拟合结果(optim-converged)储存在HyperChem的记录(Log)文件中。
步骤5、采用量子力学半经验方法进一步优化分子结构：
手动操纵HyperChem设置(Setup)计算方法为量子力学半经验方法(Semi-empirical Method)为AM1，然后操纵HyperChem选择分子结构优化选项(GeometryOptimization)，在量子力学半经验方法AM1下进行分子结构的进一步优化，将分子结构的能量梯度值降至
以下，该硝基化合物的分子总能量(total-energy)、能量梯度值(rms-gradient)和优化计算的拟合结果(optim-converged)储存在HyperChem的记录(Log)文件中。
步骤6、储存优化后的分子结构：
手动操纵HyperChem将该硝基化合物优化后的分子结构另存为(Save as)指定文件夹中。
步骤7、完成剩余分子结构的优化：
重复步骤2至步骤7，直至完成剩余硝基化合物分子结构的优化。
以其中一个CAS号为961-68-2的硝基化合物2,4-二硝基二苯胺为例，比较例中优化前能量梯度值(rms-gradient)为
优化之后能量梯度值为
与实施例2中计算结构相同，变成了稳定的分子结构。在计算时间方面，比较例中30个硝基化合物优化的过程中，记录时间，对于含有约20个原子的单个分子，比较例中手动操纵的分子结构优化时间平均为90s；对于30个硝基化合物，比较例中完成所有分子结构手动优化所需时间为45min。
Claims (9)
1.一种高效批量优化分子结构的方法，其特征在于，利用VB编程，实现程序的一次运行完成大批量分子结构的自动优化，用一次程序运行代替多次手动优化计算，具体实现步骤如下：
步骤一、构建分子结构数据库：
对化合物批量优化之前，利用HyperChem软件，绘制分子结构，生成3D分子结构，获得化合物的分子结构数据库，为批量优化分子结构，提供基础的分子结构数据库；同时，将数据库中各化合物的名称储存在文件A中；
步骤二、读取并打开分子结构文件：
通过DDE会话，实现VB和HyperChem之间的通信，VB发出指令，操纵HyperChem选择设置选项，设置分子力学场，读取化合物名称储存文件A中某化合物的名称，打开分子结构数据库里对应的化合物分子结构文件；
步骤三、计算分子结构单点能：
利用HyperChem计算分子结构的单点能；然后将计算得到的分子总能量和能量梯度值返回至VB控件中，并将分子总能量和能量梯度值写入结果文件B中进行储存；
步骤四、分子结构预优化：
利用HyperChem选择分子结构优化选项，在步骤二设置的分子力学方法下进行分子结构预优化，预优化之后，将预优化后分子总能量、能量梯度值和优化计算的拟合结果返回至VB控件中，并将预优化后分子总能量、能量梯度值和优化计算的拟合结果写入结果文件B中进行储存；
步骤五、采用量子力学半经验方法进一步优化分子结构：
采用HyperChem设置计算方法为量子力学半经验方法，然后选择分子结构优化选项进行分子结构的进一步优化，将分子结构的能量梯度值降至
以下，优化之后，分子总能量、能量梯度值和优化计算的拟合结果返回至VB控件中，并将优化后分子总能量、能量梯度值和优化计算的拟合结果写入结果文件B中进行储存；
步骤六、储存优化后的分子结构：
采用HyperChem选择分子结构另存为指定文件夹下的优化后的分子结构文件；
步骤七、完成剩余分子结构的优化：
利用VB的判断语句，判断步骤二中名称变量的赋值是否与名称储存文件A中最后一个化合物名称一致，若一致则优化程序结束，跳出循环；若不一致，则利用循环语句重复步骤二至步骤七，直至完成剩余分子结构的优化。
2.根据权利要求1所述高效批量优化分子结构的方法，其特征在于步骤二中，在VB的循环语句中，读取分子结构之前，利用VB，通过DDE会话，实现VB和HyperChem之间的通信，VB发出指令，操纵HyperChem选择设置选项，设置分子力学场；之后，利用VB读取化合物名称储存文件A中某化合物的名称，将名称赋值给VB中的名称变量，同时，通过DDE会话发出指令，操纵HyperChem打开步骤一建立的数据库所在路径下，该名称变量对应的化合物分子结构文件，显示在HyperChem的软件界面上。
3.根据权利要求1所述高效批量优化分子结构的方法，其特征在于步骤三中，利用VB，通过DDE会话，发出指令，操纵HyperChem计算分子结构的单点能；然后，将计算得到的分子总能量和能量梯度值，通过DDE会话，返回至VB控件中，显示在VB窗体中的控件上，同时，利用VB将分子总能量和能量梯度值写入结果文件B中进行储存。
4.根据权利要求1所述高效批量优化分子结构的方法，其特征在于步骤四中，利用VB，通过DDE会话，发出指令，操纵HyperChem选择分子结构优化选项，在步骤二设置的分子力学方法下进行分子结构预优化，预优化之后，将预优化后分子总能量、能量梯度值和优化计算的拟合结果，通过DDE会话，返回至VB控件中，显示在VB窗体中的控件上，同时，利用VB将预优化后分子总能量、能量梯度值和优化计算的拟合结果写入结果文件B中进行储存。
5.根据权利要求1所述高效批量优化分子结构的方法，其特征在于步骤五中，利用VB，通过DDE会话，发出指令，操纵HyperChem设置计算方法为量子力学半经验方法，然后操纵HyperChem选择分子结构优化选项，在量子力学半经验方法下进行分子结构的进一步优化，将分子结构的能量梯度值降至
以下，优化之后，分子总能量、能量梯度值和优化计算的拟合结果，通过DDE会话，返回至VB控件中，显示在VB窗体中的控件上，同时，利用VB将优化后分子总能量、能量梯度值和优化计算的拟合结果写入结果文件B中进行储存。
6.根据权利要求1所述高效批量优化分子结构的方法，其特征在于上一步骤完成后程序自动进入下一步骤。
7.根据权利要求1所述高效批量优化分子结构的方法，其特征在于在批量优化分子结构程序运行的过程中，VB窗体Form1上显示当前批量优化的垂直进度条和当前优化的化合物在数据库中的序号。
8.根据权利要求1所述高效批量优化分子结构的方法，其特征在于在分子能量最小化的过程中，HyperChem不断微调分子结构，直到分子能量不再随着分子结构的微小变化而发生改变，也就是笛卡尔坐标所有方向上能量梯度均接近于零，此时获得的就是优化后的稳定的分子结构；因此，比较优化前、后分子结构的能量梯度值，并且比较优化后的能量梯度值和设定的分子结构稳定的判定条件来证明分子结构得到了优化。
9.根据权利要求8所述高效批量优化分子结构的方法，其特征在于分子结构稳定的判定条件为分子结构的能量梯度值小于
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