《分子模拟实验》共分三部分。第一部分简要总结了量子化学及经典分子力学的基础理论知识；第二部分详细介绍了chem3D的使用方法与技巧，以供学生随时查阅；第三部分设计了六个具有代表性的典型实验与一个综合实验，每个实验后均有相应的练习题，以巩固所学知识。 《分子模拟实验》可作为综合性大学和高等师范院校化学类专业结构化学课程的配套实验教材。
计算化学早已成为一套有效、有用、有利的化学研究手段。然而，作为化学专业本科生必修课的结构化学，仍然停留在公式与理论的课堂灌输层面。本实验教材就是为了解决这种不协调的教学局面而编写的。采用Chem3D应用软件，结合GAMESS、Mopac等量子化学计算程序与MM2分子动力学模拟程序，对化学热点科学问题进行计算模拟，培养学生的理论思维，激发学生的科研兴趣。
本实验教材内容丰富，不但包含了当前应用广泛的电子相关理论及密度泛函理论，而且涵盖了从小分子到生物大分子的化学体系；不但涉及分子几何结构的创建、电子结构分析、热力学参数计算、光谱模拟（红外、紫外、拉曼、核磁）等常规计算，而且包括分子一分子之间的相互作用、化学反应动力学（中间体、过渡态、活化能）、分子动力学模拟等热点问题。
本教材共分三个部分。第一部分简要总结了量子化学及经典分子力学的基础理论知识；第二部分详细介绍了Chem3D的使用方法与技巧，以供学生随时查阅；第三部分设计了六个具有代表性的典型实验与一个综合实验，每个实验后均有相应的练习题，以巩固所学知识。
本书由武汉大学化学与分子科学学院王宝山和侯华共同编写。程功臻教授对分子模拟实验的开设以及本书的编写给予了大力支持与帮助，在此表示衷心的感谢！
本书承蒙中国科学院化学研究所研究员孔繁敖教授，山东大学刘成卜教授以及华东师范大学、纽约大学张增辉教授审阅。三位教授提出许多宝贵的建设性修改意见，在此致以诚挚的谢意！
高等教育出版社鲍浩波编辑对书稿提出了许多建设性的修改意见，对本书的出版给予了自始至终的关心与支持，在此致以诚挚的谢意！
限于编者的水平，本书难免存在不少纰漏，恳请读者批评指正！
绪论
第一部分 基本理论及计算方法简介
第一章 量子力学方法
1．1 Hartree-Fock与Hartree-Fock-Roothaan方程
Schrodinger方程
Born-Oppenheimer近似
Hartree近似及自洽场方法
原子轨道的线性组合（1inear combination of atomic orbitals，LCAO）近似
Hartree-Fock近似及Roothaan-Hall方程
1．2 电子相关模型（post Hartree-Fock理论）
组态相互作用（configuration interaction，cI）模型
微扰理论
1．3 密度泛函理论
1．4 基组
原子轨道的线性组合（LCAO）
Slater类型轨道（slater-type orbitals，STO ）基组
Gaussian类型轨道（Gaussian-type orbitals，GTO）基组
收缩基组（STO-nG基组）
分裂价基组
1．5 半经验方法
全略微分重叠（CNDO，complect neglect of differential overlap）
间略微分重叠（INDO，intermediate neglect of differential overlap）
忽略双电子微分重叠（NDDO，neglect of diatomic differential overlap）
EHMO（扩展的Huckel分子轨道方法）和PPP（Pafiser-Parr-People）方法
1.6 分子等值面图及性质图
等值面图
分子轨道（molecular orbitals）图
电子密度（electron density）图
电子自旋密度（electron spin density）图
静电势（electrostatic potential）图
电子密度映射图
静电势映射图
分子轨道映射图
第二章 分子力学方法
2．1 势能函数形式
伸缩势（EstrechA），弯曲势（EbendA）
扭转势（Etorsion）
非键相互作用势（Enon-bonded）
2．2 力场参数
2．3 原子类型、化学键类型
2．4 常见力场类型
第三章 分子动力学模拟
3．1 分子动力学模拟的基本流程
3．2 分子动力学模拟运动方程的求解
运动方程
势能函数y（rn）
运动方程的积分算法
初始化条件
3．3 统计系综
NVE系综（微正则系综）
NVT系综（正则系综）
NPT系综（恒温恒压系综）
NPH系综（恒焓恒压系综）
3．4 结果分析
3．5 周期性边界条件
第四章 分子构型优化及溶剂化模型
4．1 分子构型优化
势能面
构型优化
4．2 溶剂化效应
显式溶剂化模型
隐式溶剂化模型
参考文献
第二部分 chem3D软件简介
第五章 Cllem3D软件设置
1．打开菜单“File→Preferences”，进行设置
2．打开菜单“File→Model Settings”进行设置
3．视窗（view）菜单的设置
4．工具栏（toolbars）的设置
5．关闭Chem3D-
第六章 Chem3D软件详解
1．菜单和工具栏区
2．文件菜单部分
3．编辑
4．视窗
5．结构
6．计算模块
7．分子面模块
8．工具栏
9．Chem3D支持的文件格式
10．振动模式
第三部分 实验内容
第七章 分子结构模型创建和优化计算
7．1 建模的三种方式
1．分子式输入直接建模法
2．化学键建模法
3．利用ChemDraw二维平面图建模
4．其他建模方式
7．2结构处理
1．加氢饱和价键
2．加电荷
7．3结构调整和优化
7．4分子结构的确定
1．原子类型的确认
2．分子结构的合理显示
第八章 分子轨道计算和分析
8．1 分子轨道等值面图
8．2 总电子密度图
8．3 静电势图
8．4 静电势、分子轨道对总电子密度的映射图
8．5 电子自旋密度图
8．6 溶剂面
第九章 势能面计算
9．1 分子的解离能量曲线
9．2 复杂分子之间的弱相互作用模拟
9．3 分子构象搜索
9．4 H3体系共线势能面的模拟
第十章 化学反应模拟
10．1 热力学参数的计算
10．2 优化搜索过渡态
1．过渡态猜测和优化
2．过渡态的确认
3．氢抽提反应
10．3溶剂化效应
第十一章 分子光谱模拟
11．1 红外光谱模拟
11．2 拉曼光谱模拟
11．3 紫外可见光谱模拟
11．4 核磁共振（NMR）谱模拟
第十二章 生物大分子模拟
12．1 蛋白质和DNA的立体结构
12．2 分子对接
12．3 分子动力学模拟
第十三章 综合实验
1．反应物和产物分子的电子结构
2．构象搜索与分子间长程相互作用
3．反应途径计算
4．光谱模拟
5．分子动力学模拟
附录
附录I 绘制三维图形
附录Ⅱ 非线性拟合
附录Ⅲ 红外光谱图模拟
书评一
书评二
书评三
量子化学是一门以量子力学原理为基础的科学。虽然量子力学理论框架早在19世纪初就已经建立起来，但直到近百年后，量子力学才被大量应用于处理实际问题。这主要是归功于计算机技术的发展，将复杂的数学公式编制成计算机程序和软件，进行数值计算，从而获得可以与实验结果直接或间接相比较的结果。特别是近年来，随着计算机硬件计算速度的提高和量子化学计算软件的不断改进和完善，已经可以在普通微型计算机上完成小规模的量子化学模拟计算了。因此，计算化学正逐渐变成交叉学科，成为一种强有力的工具，在化学、生命科学、材料科学等方面发挥着重要的辅助作用。
针对化学问题的计算化学，因为其研究对象是化学意义上的分子或原子，所以通常被称为“分子模拟”。一般来说，分子模拟包括两大类，一类是量子力学（quantum mechanics）模型，简称QM模型；另一类是分子力学（molecular mechanics）模型，简称MM模型。两者的主要区别在于解决问题的出发点不同。
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