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绪论 1

第一部分 基本理论及计算方法简介 6

第一章量子力学方法 6

1.1 Hartree-Fock与Hartree-Fock-Roothaan方程 6

Schr？dinger方程 6

Born-Oppenheimer近似 7

Hartree近似及自洽场方法 7

原子轨道的线性组合（linear combination of atomic orbitals，LCAO）近似 8

Hartree-Fock近似及Roothaan-Hall方程 9

1.2电子相关模型（post Hartree-Fock理论） 10

组态相互作用（configuration interaction，CI）模型 10

微扰理论 11

1.3密度泛函理论 13

1.4基组 15

原子轨道的线性组合（LCAO） 15

Slater类型轨道（Slater-type orbitals，STO）基组 16

Gaussian类型轨道（Gaussian-type orbitals，GTO）基组 16

收缩基组（STO-nG基组） 17

分裂价基组 17

1.5半经验方法 17

全略微分重叠（CNDO，complete neglect of differential overlap） 18

间略微分重叠（INDO，intermediate neglect of differential overlap） 18

忽略双电子微分重叠（NDDO，neglect of diatomic differential overlap） 18

EHMO（扩展的Hückel分子轨道方法）和PPP（Pariser-Parr-People）方法 18

1.6分子等值面图及性质图 19

等值面图 19

分子轨道（molecular orbitals）图 19

电子密度（electron density）图 19

电子自旋密度（electron spin density）图 20

静电势（electrostatic potential）图 20

电子密度映射图 20

静电势映射图 20

分子轨道映射图 20

第二章 分子力学方法 22

2.1势能函数形式 22

伸缩势（E/stretchA），弯曲势（E/bendA） 22

扭转势（EtorsionA） 22

非键相互作用势（Enon-bonded） 23

2.2力场参数 23

2.3原子类型、化学键类型 23

2.4常见力场类型 23

第三章 分子动力学模拟 25

3.1分子动力学模拟的基本流程 25

3.2分子动力学模拟运动方程的求解 25

运动方程 25

势能函数V（rN） 26

运动方程的积分算法 26

初始化条件 26

3.3统计系综 26

NVE系综（微正则系综） 27

NVT系综（正则系综） 27

NPT系综（恒温恒压系综） 27

NPH系综（恒焓恒压系综） 27

3.4结果分析 27

3.5周期性边界条件 27

第四章 分子构型优化及溶剂化模型 29

4.1分子构型优化 29

势能面 29

构型优化 29

4.2溶剂化效应 30

显式溶剂化模型 31

隐式溶剂化模型 31

参考文献 32

第二部分Chem3 D软件简介 33

第五章Chem3D软件设置 33

1.打开菜单“File→Preferences”进行设置 33

2.打开菜单“File→Model Settings”进行设置 35

3.视窗（view）菜单的设置 35

4.工具栏（tool bars）的设置 36

5.关闭Chem3D 37

第六章Chem3 D软件详解 39

1.菜单和工具栏区 39

2.文件菜单部分 39

3.编辑 40

4.视窗 40

5.结构 41

6.计算模块 41

7.分子面模块 42

8.工具栏 42

9.Chem3D支持的文件格式 42

10.振动模式 42

第三部分 实验内容 53

第七章 分子结构模型创建和优化计算 53

7.1建模的三种方式 53

1.分子式输入直接建模法 53

2.化学键建模法 54

3.利用ChemDraw二维平面图建模 55

4.其他建模方式 57

7.2结构处理 57

1.加氢饱和价键 57

2.加电简 57

7.3结构调整和优化 58

7.4分子结构的确定 62

1.原子类型的确认 62

2.分子结构的合理显示 63

第八章 分子轨道计算和分析 65

8.1分子轨道等值面图 65

8.2总电子密度图 69

8.3静电势图 69

8.4静电势、分子轨道对总电子密度的映射图 70

8.5电子自旋密度图 71

8.6溶剂面 73

第九章 势能面计算 75

9.1分子的解离能量曲线 75

9.2复杂分子之间的弱相互作用模拟 80

9.3分子构象搜索 83

9.4H3体系共线势能面的模拟 84

第十章 化学反应模拟 87

10.1热力学参数的计算 87

10.2优化搜索过渡态 91

1.过渡态猜测和优化 92

2.过渡态的确认 93

3.氢抽提反应 93

10.3溶剂化效应 95

第十一章 分子光谱模拟 99

11.1红外光谱模拟 99

11.2拉曼光谱模拟 101

11.3紫外可见光谱模拟 104

11.4核磁共振（NMR）谱模拟 107

第十二章 生物大分子模拟 112

12.1蛋白质和DNA的立体结构 112

12.2分子对接 113

12.3分子动力学模拟 116

第十三章 综合实验 124

1.反应物和产物分子的电子结构 124

2.构象搜索与分子间长程相互作用 125

3.反应途径计算 126

4.光谱模拟 127

5.分子动力学模拟 127

附录 129

附录Ⅰ绘制三维图形 129

附录Ⅱ非线性拟合 132

附录Ⅲ红外光谱图模拟 136

书评一 137

书评二 138

书评三 139