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绪论1

第1章 理论背景4

1.1 计算化学4

1.1.1 基本理论及计算软件5

1.1.2 模型化学7

1.2 基组8

1.2.1 Slater轨道和Gaussian轨道9

1.2.2 最小基组12

1.2.3 分裂价层基组13

1.2.4 极化基组14

1.2.5 弥散函数16

1.2.6 高角动量基组17

1.2.7 有效核势能基组17

1.3 理论方法18

1.3.1 分子力学和分子动力学基础理论18

1.3.2 电子结构理论27

第2章 量子力学基本原理30

2.1 量子化学从头算方法30

2.1.1 Schr？dinger方程及三个近似30

2.1.2 几种主要积分31

2.1.3 从头算计算的自洽场方程32

2.2 电子相关模型（post Hartree—Fock理论）33

2.2.1 组态相互作用模型34

2.2.2 微扰理论35

2.3 密度泛函理论37

2.4 半经验方法39

第3章 单点能计算42

3.1 单点能42

3.1.1 势能面43

3.1.2 单点能计算43

3.2 计算设置43

3.2.1 体系的原子坐标输入44

3.2.2 计算关键词45

3.3 输入文件46

3.4 输出文件中的信息46

3.4.1 标准几何坐标46

3.4.2 能量47

3.4.3 分子轨道和轨道能级47

3.4.4 电荷分布49

3.4.5 偶极矩和多极矩50

3.4.6 CPU时间和其他50

3.5 核磁共振计算50

3.6 练习52

第4章 几何构型优化60

4.1 势能面的驻点60

4.1.1 能量梯度的解析表达式61

4.1.2 极值点及鞍点62

4.2 寻找极小值64

4.2.1 收敛标准64

4.2.2 几何构型优化的输入文件64

4.2.3 输出文件65

4.3 难处理的优化72

4.4 练习73

第5章 频率分析计算79

5.1 预测红外和拉曼光谱80

5.1.1 频率分析输入文件81

5.1.2 频率和强度82

5.1.3 频率和零点能的矫正82

5.1.4 简正模式83

5.2 热化学83

5.2.1 分子的生成焓83

5.2.2 零点能和热能84

5.3 极化率和超极化率86

5.4 表征驻点的性质86

5.5 练习92

第6章 化学反应途径99

6.1 势能面与化学反应99

6.1.1 过渡态结构与反应路径99

6.1.2 过渡态几何构型的优化100

6.2 反应的内禀反应坐标101

6.3 计算反应焓变108

6.4 等键反应108

第7章 高精度能量模型112

7.1 预测热化学112

7.1.1 原子化能112

7.1.2 电子亲和势113

7.1.3 离子化能113

7.1.4 质子亲和能113

7.2 理论模型的评价114

7.3 理论模型的相对精确性115

7.4 组合方法115

7.4.1 Gaussian1和Gaussian2理论116

7.4.2 完全基组方法117

7.5 练习119

第8章 激发态计算120

8.1 运行激发态计算120

8.2 激发态优化和频率分析122

8.3 练习122

第9章 溶液中的模型系统130

9.1 溶剂化效应130

9.2 反应场模型131

9.3 运行SCRF计算132

9.3.1 运行SCRF计算132

9.3.2 分子体积计算132

9.4 练习134

第10章 分子对接方法136

10.1 分子对接的原理136

10.2 分子对接的种类136

10.3 常用分子对接方法137

10.3.1 DOCK方法137

10.3.2 AUTODOCK方法138

10.3.3 FlexX方法139

10.3.4 GOLD方法139

10.4 利用DOCK程序进行对接的操作步骤140

第11章 上机操作实验145

实验一 1,2-二氯-1,2-二氟乙烷分子几何构型输入法及气态能量计算145

实验二 丙烯分子几何构型的优化——极小值点的寻找151

实验三 振动频率计算156

实验四 几何构型优化——寻找过渡态（一阶鞍点）160

实验五 SN2反应途径的量子化学研究163

实验六 甲醛分子势能面研究169

实验七 Diels—Alder加成反应相对活性的理论研究173

第12章 Gaussian View使用及技巧178

12.1 基本操作178

12.1.1 创建新分子178

12.1.2 调整原子之间的距离178

12.1.3 调整键角大小179

12.1.4 调整二面角大小179

12.1.5 选择计算类型180

12.1.6 计算方法和基组的选择180

12.1.7 基组的设置181

12.1.8 电荷和自旋多重度的设置181

12.1.9 计算结果的概括性分析显示182

12.1.10 原子的电荷分布182

12.1.11 振动频率分析显示183

12.2 高级技巧184

12.2.1 三个变形工具184

12.2.2 利用加氢工具获得最佳成键位置184

12.2.3 基团取代工具185

12.2.4 点群工具185

12.2.5 合并原子186

12.2.6 平移分子的部分基团186

12.2.7 旋转分子的部分基团186

12.2.8 显示坐标轴可以更准确地添加原子186

12.3 几个实例来具体说明上述技巧的使用186

12.3.1 构造乙烷的重叠式构象186

12.3.2 平行的环戊烯分子187

12.3.3 构造二茂铁结构188

12.3.4 搭建富勒烯C20分子190

参考文献195