化学反应设计软件简介ADCR(微软化学反应计算程序路径)「化学反应仿真软件」

1．背景

理论计算模拟在理解化学反应的微观机制，指导化学反应或催化剂的理性设计等方面发挥了不可或缺的作用。
然而，真实化学反应体系通常涉及海量的构象变化以及复杂多样的化学键重组过程，组成化学反应网络，见图1。
这种复杂性为人工搜索化学反应路径的方式带来一定的局限性：1）构建化学反应网络耗时、耗力；2）无法保证所研究反应体系的反应路径完备性（可能会导致给出错误的机理解释或计算预测与实验结果的不匹配）。
因此，发展自动化的反应路径的搜索工具，提高研究人员探索化学反应网络的效率具有重要意义。

图1. 化学反应网络示意图

Automated Design of Chemical Reaction（ADCR）是由南京大学黎书华教授课题组开发的一款闭源免费的自动搜索化学反应路径的一个程序集，它利用将分子动力学模拟和坐标驱动结合的方法（Combined Molecular Dynamics and Coordinate Driving，MD/CD），自动搜索复杂反应体系的反应路径并构建反应网络。
程序网站为：

https://itcc.nju.edu.cn/shuhua/index_ADCR.html

2. 软件简介

2.1基本原理

MD/CD方法使用MD模拟实现低能垒过程的搜索；使用改进的CD技术搜索能垒较高的化学过程，获得可能的过渡态和中间体的结构。
对反应物和搜索过程中产生的中间体依次进行MD/CD计算，就能组合出较为完整的化学反应网络（详见：Phys. Chem. Chem. Phys. 2023,25, 23696）。
MD/CD方法具体的流程图及应用示例见图2。

图2. MD/CD方法程图与应用示例

2.2 程序特色与功能

当前版本的ADCR程序支持在本地工作站、LSF作业管理系统及Slurm作业管理系统上运行，支持以MPI的方式跨节点并行计算。
软件的特色包括：1）易于上手，仅需要具备使用常见的量子化学软件的基本技能，比如使用Gaussian软件进行常规DFT计算和使用xtb软件进行半经验计算等；2）ADCR程序提供了自动化的计算选项，同时也允许用户根据自己的直觉进行一些手动干预，如选择优先反应中心或指定基元反应步数等，以提高计算效率。

目前，程序已计算测试了包含大约50种经典有机化学过程。
适用的化学反应体系的包括：1）均相闭壳层有机反应；2）自由基反应；3）过渡金属催化反应机理研究；4）单电子转移过程；5)支持以溶质-溶剂团簇的方式搜索溶液相的化学反应等。

3．获取方式

ADCR程序目前可免费获取，用户可通过邮箱wangguoqiang710@nju.edu.cn（王老师）发送使用申请，程序开发组相关负责人会向申请人发送用户使用协议，待签署审核通过后，即收到可包含程序安装包、用户手册及程序维护者联系方式等信息的下载链接。

欢迎访问ADCR请通过邮箱guoaoli@smail.nju.edu.cn反馈。