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| 计算机化学 |
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计算机化学(Computer chemistry)是应用计算机研究化学反应和物质变化的科学。以计算机为技术手段，建立化学化工信息资源化和智能化处理的理论和方法。
基本内容
中文名：计算机化学
类 别：学科
外文名：Computer chemistry
方 式：计算机
简介
计算机化学围绕着 “化学信息”这一核心，从计算机化学的基本概念、方法入手，将实验数据、量测信号、谱图、分子结构、化学知识和Internet这一系列看似零散但却有着内在联系的内容串联起来，展现了计算机化学在数据处理、信号分析、结构解析、 有机合成、分子设计等诸多方面的应用。认识物质、改造物质、创造新物质和认识反应、控制反应过程和创造新反应、新过程是计算机化学研究的主体。
它的兴起与发展是与计算机技术的发展和计算机的普及紧密联系的。目前计算机化学覆盖的领域主要有：(1)化学 数据挖掘(Data mining)；(2)化学结构与化学反应的计算机处理技术；(3)计算机辅助分子设计；(4)计算机辅助合成路线设计；(5)计算机辅助化学过程综合与开发；(6)化学中的人工智能方法等。
化学结构与化学反应的计算机处理技术
长期以来 化学家在应用计算机解决化学问题中遇到的第一个困难就是化学结构的计算机处理的问题。可以说化学的一切领域无一不与化合物的结构密切相关。在过去的30多年中，这一问题得到了广泛的重视和深入的研究，从而形成了计算机化学的一个重要的研究领域。经过多年努力，化学结构计算机处理中的理论和绝大部分技术问题已基本得到解决。然而，这些方法还是有局限性的，难以应用于诸如族性结构处理、结构-活性相关的自动化研究和反应机理研究等方面。即使对确定结构处理中的问题，现有的解决方案仍不为所有化学家所接受。因此，确定结构的计算机处理仍有一些难题，如无机化合物、金属有机化合物、互变异构的化学结构等，需要做更深入的研究。同时，应当看到这些问题又是计算机化学中诸多领域的基础，它们的完全解决将有利于计算机化学的发展。
族性结构的计算机处理问题是一个比确定结构更富挑战性的课题，但又是当今计算机化学必须解决的问题之一。与确定结构不同，族性结构由于在结构式中采用了可变部分而使得一个族性结构对应于一类物质。这类物质可以是有限个确定的化合物，而当采用了“烷基”或“含氮 杂环”这类 通式术语时，也可以代表无限个化学物质。族性结构的这一性质决定了相应的计算机处理系统的复杂性。族性结构的计算机处理，目前还只有一个方向性的解决办法。但从大的方面来看，要解决能忠实于原来意义的族性结构的表述方法和族性结构的检索两个问题。如何根据族性结构的特征，解决它的计算机表述方法是当前族性结构处理的核心问题。它解决得好，族性结构的检索问题也将较易解决。族性结构的检索问题与它的表述有密切联系，并可归结为如下三类问题：①某一确定结构（化合物）是否被包含在一个族性结构中？②一个族 性子结构是否部分或全部为另一族性结构所包含？③两个不同的族性结构是否有共同的确定结构？族性结构处理中的主要问题目前已基本得到解决。最早的族性结构检索系统，法国QUESTEL公司开发的Markush-DARC，已运行了15年。但是，现有系统都仍然存在一些不足，这些不足源于族性结构表述的固有困难。可以预见，它们的彻底解决将依赖于组合概念表述的革新，而不是基于现有概念的"打补丁"。这种概念的更新将有可能丰富和推动图论、 集合论等数学理论的发展，而且也将为性能更好的实用系统的建立奠定基础。
由于可以将化学反应看成是一些化学结构向另一些化学结构的转换，因此，化学反应的处理问题说到底是对化学结构的处理。但是，化学反应的计算机成立也有它自己特定的问题，如反应中心的自动识别、反应知识的发现、组织和利用、同类反应的自动产生等问题。这些问题是当前计算机处理化学反应领域内的主要研究方向，它们的解决一方面将推动 化学反应数据库向更高层次的发展，另一方面将通过与 数据挖掘技术的结合，发现反应知识，使计算机辅助 有机合成路线设计更有扎实的基础，从而能得到更合理的解决。
计算机辅助分子设计和模拟
工程方面的 计算机辅助设计已是大家所熟悉的了， 化学由于它的特殊性使得计算机辅助化学 设计相对来说发展相对较晚，但化学家已在 分子设计和有机合成设计两个主要领域取得较大进展并日益发展。
分子设计和模拟的目标是预测具有指定性质（或性能）的可能分子的结构。它们主要应用于医药（ 药物设计）和 农用化学品（ 除草剂设计、农药设计、 杀虫剂设计等）领域，在实验室内分子设计主要应用蛋白质、酶、核酸等大分子的设计。以前发现一个有应用价值的新 化合物主要是凭化学家的经验和灵感，最常用和最有效的方法就是采用费钱费时的 筛选法，现在已开始采用对 分子结构进行系统的有规律的变化，寻找性质与结构变化之间的 相关关系，从而建立结构-性质 关系模型以用于分子设计。围绕计算机辅助分子设计，要开展一系列的基础研究工作，主要有结构-性质关系研究、三维动态分子模型化方法、分子形状和活性关系、 构象分析、 生物大分子的结构-功能关系，以及分子设计方法在药物、材料设计中的应用研究等。
计算机辅助合成路线设计
以逻辑的方法而不是单凭经验和直觉来寻找合成设计路线是化学家长期以来的一个理想。尽管已有大量数据可供参考，化学反应体系的高度复杂性决定了难于用纯理论方法来解决合成路线设计问题，还只能从已知知识中找出共同规律，或从类比推测中来近似地解决这些问题。基于前者的方法，发展了检索型的合成设计，反应数据库就是这种方法的典型。基于后者的方法是推理型的计算机辅助合成设计。在这一领域当前的主要研究方向有：反应 数据挖掘和反应 知识发现、反应知识模型的表述和反应 知识库的建立、化合物反应性能的预测、化学知识的 类比推理等。
计算机辅助化学过程综合与开发
随着计算机存储和运算能力的提高，使得计算机正在迅速进入新兴产业和传统产业的各个方面。对于典型的过程工业的化学和 石油化学工业，计算机同样成为它们的核心部分，对过程进行全面制约并对其变革产生着深刻的影响。从目前来看，过程综合有两个层次的含义。由已知的原料条件和产品的性能规格要求，如何找到最佳的工艺制造途径是过程综合一个层次的含义。对不同过程的集成，以期达到对能量、物料、设备等资源的最大限度利用的同时，达到消灭污染于过程的目的，是过程综合另一个层次的含义。这无疑是过程工业在下一世纪最具挑战性的课题之一。
“过程 概念设计”的提出是计算机辅助化学过程综合与开发领域技术进步的一个重要标志。然而，这种进步目前主要表现在知识的积累方面，而在 计算机软件方面，除在能量系统综合外，似乎尚未取得突破性的进展。计算机化学至少可以从三个主要方面促进过程综合与新流程的开发：①集中对化学过程的研究成果，形成数据库和软件包；②计算机辅助过程评估、系统设计、关键设备设计、动态控制和管理；③充分利用理论研究成果，减少放大步骤。[1]