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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