《分子模擬實(shí)驗(yàn)》共分三部分。第一部分簡要總結(jié)了量子化學(xué)及經(jīng)典分子力學(xué)的基礎(chǔ)理論知識；第二部分詳細(xì)介紹了chem3D的使用方法與技巧，以供學(xué)生隨時查閱；第三部分設(shè)計(jì)了六個具有代表性的典型實(shí)驗(yàn)與一個綜合實(shí)驗(yàn)，每個實(shí)驗(yàn)后均有相應(yīng)的練習(xí)題，以鞏固所學(xué)知識。 《分子模擬實(shí)驗(yàn)》可作為綜合性大學(xué)和高等師范院�；瘜W(xué)類專業(yè)結(jié)構(gòu)化學(xué)課程的配套實(shí)驗(yàn)教材。
計(jì)算化學(xué)早已成為一套有效、有用、有利的化學(xué)研究手段。然而，作為化學(xué)專業(yè)本科生必修課的結(jié)構(gòu)化學(xué)，仍然停留在公式與理論的課堂灌輸層面。本實(shí)驗(yàn)教材就是為了解決這種不協(xié)調(diào)的教學(xué)局面而編寫的。采用Chem3D應(yīng)用軟件，結(jié)合GAMESS、Mopac等量子化學(xué)計(jì)算程序與MM2分子動力學(xué)模擬程序，對化學(xué)熱點(diǎn)科學(xué)問題進(jìn)行計(jì)算模擬，培養(yǎng)學(xué)生的理論思維，激發(fā)學(xué)生的科研興趣。
本實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容豐富，不但包含了當(dāng)前應(yīng)用廣泛的電子相關(guān)理論及密度泛函理論，而且涵蓋了從小分子到生物大分子的化學(xué)體系；不但涉及分子幾何結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建、電子結(jié)構(gòu)分析、熱力學(xué)參數(shù)計(jì)算、光譜模擬（紅外、紫外、拉曼、核磁）等常規(guī)計(jì)算，而且包括分子一分子之間的相互作用、化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)（中間體、過渡態(tài)、活化能）、分子動力學(xué)模擬等熱點(diǎn)問題。
本教材共分三個部分。第一部分簡要總結(jié)了量子化學(xué)及經(jīng)典分子力學(xué)的基礎(chǔ)理論知識；第二部分詳細(xì)介紹了Chem3D的使用方法與技巧，以供學(xué)生隨時查閱；第三部分設(shè)計(jì)了六個具有代表性的典型實(shí)驗(yàn)與一個綜合實(shí)驗(yàn)，每個實(shí)驗(yàn)后均有相應(yīng)的練習(xí)題，以鞏固所學(xué)知識。
本書由武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院王寶山和侯華共同編寫。程功臻教授對分子模擬實(shí)驗(yàn)的開設(shè)以及本書的編寫給予了大力支持與幫助，在此表示衷心的感謝！
本書承蒙中國科學(xué)院化學(xué)研究所研究員孔繁敖教授，山東大學(xué)劉成卜教授以及華東師范大學(xué)、紐約大學(xué)張?jiān)鲚x教授審閱。三位教授提出許多寶貴的建設(shè)性修改意見，在此致以誠摯的謝意！
高等教育出版社鮑浩波編輯對書稿提出了許多建設(shè)性的修改意見，對本書的出版給予了自始至終的關(guān)心與支持，在此致以誠摯的謝意！
限于編者的水平，本書難免存在不少紕漏，懇請讀者批評指正！
緒論
第一部分 基本理論及計(jì)算方法簡介
第一章 量子力學(xué)方法
1．1 Hartree-Fock與Hartree-Fock-Roothaan方程
Schrodinger方程
Born-Oppenheimer近似
Hartree近似及自洽場方法
原子軌道的線性組合（1inear combination of atomic orbitals，LCAO）近似
Hartree-Fock近似及Roothaan-Hall方程
1．2 電子相關(guān)模型（post Hartree-Fock理論）
組態(tài)相互作用（configuration interaction，cI）模型
微擾理論
1．3 密度泛函理論
1．4 基組
原子軌道的線性組合（LCAO）
Slater類型軌道（slater-type orbitals，STO ）基組
Gaussian類型軌道（Gaussian-type orbitals，GTO）基組
收縮基組（STO-nG基組）
分裂價(jià)基組
1．5 半經(jīng)驗(yàn)方法
全略微分重疊（CNDO，complect neglect of differential overlap）
間略微分重疊（INDO，intermediate neglect of differential overlap）
忽略雙電子微分重疊（NDDO，neglect of diatomic differential overlap）
EHMO（擴(kuò)展的Huckel分子軌道方法）和PPP（Pafiser-Parr-People）方法
1.6 分子等值面圖及性質(zhì)圖
等值面圖
分子軌道（molecular orbitals）圖
電子密度（electron density）圖
電子自旋密度（electron spin density）圖
靜電勢（electrostatic potential）圖
電子密度映射圖
靜電勢映射圖
分子軌道映射圖
第二章 分子力學(xué)方法
2．1 勢能函數(shù)形式
伸縮勢（EstrechA），彎曲勢（EbendA）
扭轉(zhuǎn)勢（Etorsion）
非鍵相互作用勢（Enon-bonded）
2．2 力場參數(shù)
2．3 原子類型、化學(xué)鍵類型
2．4 常見力場類型
第三章 分子動力學(xué)模擬
3．1 分子動力學(xué)模擬的基本流程
3．2 分子動力學(xué)模擬運(yùn)動方程的求解
運(yùn)動方程
勢能函數(shù)y（rn）
運(yùn)動方程的積分算法
初始化條件
3．3 統(tǒng)計(jì)系綜
NVE系綜（微正則系綜）
NVT系綜（正則系綜）
NPT系綜（恒溫恒壓系綜）
NPH系綜（恒焓恒壓系綜）
3．4 結(jié)果分析
3．5 周期性邊界條件
第四章 分子構(gòu)型優(yōu)化及溶劑化模型
4．1 分子構(gòu)型優(yōu)化
勢能面
構(gòu)型優(yōu)化
4．2 溶劑化效應(yīng)
顯式溶劑化模型
隱式溶劑化模型
參考文獻(xiàn)
第二部分 chem3D軟件簡介
第五章 Cllem3D軟件設(shè)置
1．打開菜單“File→Preferences”，進(jìn)行設(shè)置
2．打開菜單“File→Model Settings”進(jìn)行設(shè)置
3．視窗（view）菜單的設(shè)置
4．工具欄（toolbars）的設(shè)置
5．關(guān)閉Chem3D-
第六章 Chem3D軟件詳解
1．菜單和工具欄區(qū)
2．文件菜單部分
3．編輯
4．視窗
5．結(jié)構(gòu)
6．計(jì)算模塊
7．分子面模塊
8．工具欄
9．Chem3D支持的文件格式
10．振動模式
第三部分 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
第七章 分子結(jié)構(gòu)模型創(chuàng)建和優(yōu)化計(jì)算
7．1 建模的三種方式
1．分子式輸入直接建模法
2．化學(xué)鍵建模法
3．利用ChemDraw二維平面圖建模
4．其他建模方式
7．2結(jié)構(gòu)處理
1．加氫飽和價(jià)鍵
2．加電荷
7．3結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化
7．4分子結(jié)構(gòu)的確定
1．原子類型的確認(rèn)
2．分子結(jié)構(gòu)的合理顯示
第八章 分子軌道計(jì)算和分析
8．1 分子軌道等值面圖
8．2 總電子密度圖
8．3 靜電勢圖
8．4 靜電勢、分子軌道對總電子密度的映射圖
8．5 電子自旋密度圖
8．6 溶劑面
第九章 勢能面計(jì)算
9．1 分子的解離能量曲線
9．2 復(fù)雜分子之間的弱相互作用模擬
9．3 分子構(gòu)象搜索
9．4 H3體系共線勢能面的模擬
第十章 化學(xué)反應(yīng)模擬
10．1 熱力學(xué)參數(shù)的計(jì)算
10．2 優(yōu)化搜索過渡態(tài)
1．過渡態(tài)猜測和優(yōu)化
2．過渡態(tài)的確認(rèn)
3．氫抽提反應(yīng)
10．3溶劑化效應(yīng)
第十一章 分子光譜模擬
11．1 紅外光譜模擬
11．2 拉曼光譜模擬
11．3 紫外可見光譜模擬
11．4 核磁共振（NMR）譜模擬
第十二章 生物大分子模擬
12．1 蛋白質(zhì)和DNA的立體結(jié)構(gòu)
12．2 分子對接
12．3 分子動力學(xué)模擬
第十三章 綜合實(shí)驗(yàn)
1．反應(yīng)物和產(chǎn)物分子的電子結(jié)構(gòu)
2．構(gòu)象搜索與分子間長程相互作用
3．反應(yīng)途徑計(jì)算
4．光譜模擬
5．分子動力學(xué)模擬
附錄
附錄I 繪制三維圖形
附錄Ⅱ 非線性擬合
附錄Ⅲ 紅外光譜圖模擬
書評一
書評二
書評三
量子化學(xué)是一門以量子力學(xué)原理為基礎(chǔ)的科學(xué)。雖然量子力學(xué)理論框架早在19世紀(jì)初就已經(jīng)建立起來，但直到近百年后，量子力學(xué)才被大量應(yīng)用于處理實(shí)際問題。這主要是歸功于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，將復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式編制成計(jì)算機(jī)程序和軟件，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，從而獲得可以與實(shí)驗(yàn)結(jié)果直接或間接相比較的結(jié)果。特別是近年來，隨著計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算速度的提高和量子化學(xué)計(jì)算軟件的不斷改進(jìn)和完善，已經(jīng)可以在普通微型計(jì)算機(jī)上完成小規(guī)模的量子化學(xué)模擬計(jì)算了。因此，計(jì)算化學(xué)正逐漸變成交叉學(xué)科，成為一種強(qiáng)有力的工具，在化學(xué)、生命科學(xué)、材料科學(xué)等方面發(fā)揮著重要的輔助作用。
針對化學(xué)問題的計(jì)算化學(xué)，因?yàn)槠溲芯繉ο笫腔瘜W(xué)意義上的分子或原子，所以通常被稱為“分子模擬”。一般來說，分子模擬包括兩大類，一類是量子力學(xué)（quantum mechanics）模型，簡稱QM模型；另一類是分子力學(xué)（molecular mechanics）模型，簡稱MM模型。兩者的主要區(qū)別在于解決問題的出發(fā)點(diǎn)不同。
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