计算机化学与分子设计

计算机化学与分子设计1第1页，共99页，2023年，2月20日，星期四二十世纪八十年代以来，先进的分析仪器的应用、量子化学计算方法的进展和计算机技术的飞速发展，对化学科学的发展产生了冲击性的影响。其研究内容、方法、乃至学科的结构和性质都在发生深刻的变化。长期以来，化学一直被科学界公认为一门纯实验科学。其理由要追溯到人类认识自然的两种科学方法。第2页，共99页，2023年，2月20日，星期四⑴ 归纳法(F.Bacon,1561-1626)⑵ 演绎法(R.Decartes,1596-1650)设计实验实验数据唯象理论“预测”数据拟合检验公理假设形式理论二次形式化、近似、计算和模拟预测模型实验检验第3页，共99页，2023年，2月20日，星期四迄80年代，归纳法是多数化学家采用的唯一科学方法；演绎法在化学界从未得到普遍承认原因：①对象复杂；②习惯观念归纳法(Reduction)与演绎法(Deduction)的比较第4页，共99页，2023年，2月20日，星期四

运用数学的多少是一门科学成熟程度的标志。马克思第5页，共99页，2023年，2月20日，星期四

数学的应用：在刚体力学中是绝对的，在气体力学中是近似的，在液体力学中就已经比较困难了；在物理学中是试验性的和相对的；在化学中是最简单的一次方程式；在生物学中等于零。恩格斯第6页，共99页，2023年，2月20日，星期四恩格斯的论断反映了19世纪中叶自然科学各学科的“成熟程度”。表明各学科研究对象物质运动形式与规律其复杂程度的差异然而，百年来科技的发展使各学科的“成熟程度”发生了巨大变化第7页，共99页，2023年，2月20日，星期四化学科学发展简要回顾第8页，共99页，2023年，2月20日，星期四

冶金、建材工业推动了无机 药物、染料、酿酒工业推动了有机 经典价键理论、苯结构奠定有机化学基础

元素周期表奠定无机化学基础

无机、有机化学在19世纪率先建立第9页，共99页，2023年，2月20日，星期四物理化学在20世纪初形成。旨在揭示化学反应的普遍规律—反应进行的方向、程度和速度…Gibbs 化学热力学Gibbs自由能：

G=HTS

反应速率常数：Arrhenius 化学动力学第10页，共99页，2023年，2月20日，星期四物理化学的建立使化学科学开始拥有了理论。高等数学首次派上了用场—虽然仅是一阶的常、偏微分方程而已（以后在经典统计热力学中用到了概率论）经典物理化学的理论是唯象的，是有限的地球空间内宏观化学反应规律的经验总结30年代量子化学和量子统计力学分支的形成使化学科学开始与演绎法“沾上了边”。但在80年代前进展十分缓慢第11页，共99页，2023年，2月20日，星期四⑴ Einstein广义和狭义相对论（1905）⑵ 量子力学的创建（1925~1926）上世纪初理论物理两项重大突破对廿世纪人类科技和物质文明进步产生巨大影响。其中，量子力学的影响更为直接和广泛。第12页，共99页，2023年，2月20日，星期四Heisenberg、Schrödinger、Dirac、Born等于1925~1926创建30年代初由vonNeumann完成形式理论体系量子力学是演绎法最成功的实例量子力学的建立未依据任何实验事实或经验规律。它用少数几条基本假定作为公理，由此出发，通过严格的逻辑演绎，迅速地建成一个自洽、完备、严密的理论体系第13页，共99页，2023年，2月20日，星期四微观粒子或体系的性质由状态波函数唯一确定，服从Schrödinger方程基本运动方程—Schrödinger方程Schrödinger方程：Hamilton算符：在10-13m的微观层次，方程放之四海而皆准方程建立容易，困难在于求解第14页，共99页，2023年，2月20日，星期四历70余年，量子力学经受物质世界不同领域(原子、分子、各种凝聚态、基本粒子、宇宙物质等)实验事实的检验，其正确性无一例外。任何唯象理论无法与之同日而语。第15页，共99页，2023年，2月20日，星期四用完备的形式理论体系—统一理论—解释和预测不同科学领域的实验结果。量子力学的“第一原理”(FirstPrinciple)计算（从头算）只采用5个基本物理常数：0、e、h、c、k

而不依赖任何经验参数即可正确预测微观体系的状态和性质第16页，共99页，2023年，2月20日，星期四20世纪人类光彩夺目的科技成就大都与量子力学有关。量子理论不仅有力地促进了社会的物质文明改观，且改变了人类的思维方式第17页，共99页，2023年，2月20日，星期四量子力学的辉煌使理论物理学家18次共25人荣获诺贝尔物理奖1919 Planck1921 Einstein1922 Bohr1929 deBroglie1932 Heisenberg1933 Schrödinger Dirac1938 Fermi1945 Pauli1949 Yukawa1954 Born Bothe1957 T.D.Lee C.N.Yang近20年理论物理领域未见再获奖。表明物理学科的高度成熟1962 Landau1963 Wigner1965 Tomonaga Schwinger Feyman1967 Bethe1969 Gell-Mann1972 Cooper1979 Weinberg Salam Glashow第18页，共99页，2023年，2月20日，星期四量子力学的建立和发展促进了： 现代化学键理论奠基（1930）

Pauling是杰出代表

Slater、Mulliken、Hund、Heitler-London分别作出贡献 量子力学引入化学，促进量子化学、量子统计力学形成

Einstein-Bose、Fermi-Dirac两种统计理论

Hückel分子轨道理论（1932）

Roothaan方程（1952）计算量子化学发展第19页，共99页，2023年，2月20日，星期四化学科学的体系和结构发生深刻变化

对象：

宏观现象微观本质

方法学：

描述、归纳演绎、推理

理论层次：定性定量化学与物理学的界限在模糊，在理论上趋于统一化学各分支学科的交叉；与其他学科相互渗透

带动生物、材料科学进入分子水平 与化学相关的新领域不断涌现第20页，共99页，2023年，2月20日，星期四化学及交叉学科的发展促进了数学向化学的渗透

众多的数学工具应用于物理化学领域： 矩阵代数复变函数数理方程数理统计 数值方法群论不可约张量法李代数 非线性数学模糊数学分型理论与方法

数学与物理化学的交叉使有关的数学知 识在其他各化学分支亦得以应用第21页，共99页，2023年，2月20日，星期四一门新的交叉学科计算机化学已形成。它将帮助化学家在原子、分子水平上阐明化学问题的本质，在创造特殊性能的新材料、新物质方面发挥重大的作用。第22页，共99页，2023年，2月20日，星期四计算机化学是化学与多个学科的交叉化学物理学计算机科学材料科学生命科学数学计算机化学环境科学第23页，共99页，2023年，2月20日，星期四体系数据和性质的综合分析分子(材料)CAD合成路线CAD化学CAI数据采集、统计分析及其它应用化学数据库量子化学计算计算机分子模拟分子结构建模与图象显示化学人工智能分子力学(MM)分子动力学(MD&MC)计算机化学计算机化学的主要内容第24页，共99页，2023年，2月20日，星期四化学数据库（Database） 分子结构库晶体库热力学数据库药物库 高分子库分子光谱、波谱图谱库 生物数据库（蛋白质、核酸、多糖库） 化学文献库化学人工智能（需借助数据库）

计算机辅助分子结构解释化学模式识别 结构－活性关系分析 结构－性质关系分析 神经网络算法与神经网络计算机第25页，共99页，2023年，2月20日，星期四分子结构建模与图形显示

结构建模

确定各原子的初始空间排布

这是用计算机处理分子大多数作业的起点

综合的计算机化学软件包，主程序应提供 建模的友好界面，同时具有分子图形显示 与结构参数分析功能

可采用二维或三维建模。程序可自动将二 维图形转换为三维第26页，共99页，2023年，2月20日，星期四分子的计算机模拟MolecularModeling(AtomicSimulation)第27页，共99页，2023年，2月20日，星期四Whatis MolecularModeling

?用计算机模拟化学体系的微观结构和运动，并用数值运算、统计求和方法对系统的平衡热力学、动力学、非平衡输运等性质进行理论预测分子模拟是化学CAD的重要部分什么是分子计算机模拟?第28页，共99页，2023年，2月20日，星期四为何进行分子计算机模拟?宏观化学现象是~1024个分子（原子）的集体行为，固有统计属性化学统计力学的局限性：通常仅适用于“理想体系”理想气体、完美晶体、稀溶液等量子力学方法的局限性：对象为平衡态、单分子或几个分子组成的体系；不适用于动力学过程和有温度压力变化的体系第29页，共99页，2023年，2月20日，星期四分子模拟将原子、分子按经典粒子处理，可提供微观结构、运动过程以及它们与宏观性质相关的数据和直观图象分子模拟结果取决于所采用的粒子间作用势的合理、精确程度。又称为“计算机实验”，是理论与真实实验之间的桥梁分子模拟的两种主要方法：

⑴ 分子动力学法

(MD，MolecularDynamics)

基于粒子运动的经典轨迹

⑵ MonteCarlo法(MC)

基于统计力学第30页，共99页，2023年，2月20日，星期四分子力学法MolecularMechanicsMethod一、原理忽略分子振、转、平动运动。原子视为经典粒子，原子间作用力用经验势函数表示体系的平衡几何结构由能量最低原理确定 分子力学法(MM)用于预测大分子的几何构型，其势函数可用于分子动力学模拟(MD)第31页，共99页，2023年，2月20日，星期四二、作用在粒子上的瞬时合力 原子i

在其它原子的作用势场Ei(ri)中运动在平衡位置总作用力：第32页，共99页，2023年，2月20日，星期四三、有效作用势近似

粒子的势能Ei

及梯度Ei

借助经验势函数计算经验作用势二体及三体以上作用势的叠加第33页，共99页，2023年，2月20日，星期四分子动力学法MolecularDynamicsMethod一、MD法原理将微观粒子视为经典粒子，服从Newton第二定律或若各粒子的瞬时受力已知，可用数值积分求出运动的经典轨迹第34页，共99页，2023年，2月20日，星期四在合适选定的时间步长

t

内，粒子可视作匀加速直线运动加速度：位移：二、粒子i

在时间t内的位移ri步长取值：t＝0.01~0.0001ps第35页，共99页，2023年，2月20日，星期四假定1： 有效作用势近似—同MM法假定2： 周期性边界条件

(PeriodicalBoudaryCondition)三、MD法基本假定困难—欲重现实际体系的统计行为，模拟体系应有足够数量的粒子

1dm3水31027个H2O

计算机只能处理102

~104个粒子！解决办法

—赝无限大近似

取较小的模拟体系作中心原胞，令其在空间重复排列第36页，共99页，2023年，2月20日，星期四二维周期性边界条件示意图8

个近邻重复单元包围着中心原胞，为其提供合理的边界条件近似 中心原胞N≮102计算机实际处理的是原胞内数量较少的粒子 第37页，共99页，2023年，2月20日，星期四三维周期边界实例—苏氨酸水溶液模拟

111nm的立方原胞含1个苏氨酸(threonine)

分子和24个水分子原子总数88 分子总数25粒子数取得过少是为求显示的直观欲得合理的模拟结果，原胞体积至少应增大10倍！第38页，共99页，2023年，2月20日，星期四用途—

预测： ⑴ 复杂有机分子可能的稳定异构体 ⑵ 分子量和元素成分已确定的未知化合物的可 能分子结构四、MD处理用于单个分子(无周期边界)办法： ⑴ 将分子用计算机“加热”至高温（~1000K） ⑵ 进行“逐步退火”MD计算，在不同温度下取 样作为初始构型 ⑶ 用MM法作构型优化第39页，共99页，2023年，2月20日，星期四MM和MD的比较MM法—

每步原子初速均为零，粒子位移趋于无限小MD法— 原子初速不为零，给出分子内部热运动的经典图象第40页，共99页，2023年，2月20日，星期四计算机分子模拟的应用一、物质和大分子的结构和性质根据体系的化学成分推断微观结构计算

MD+MM计算机辅助结构分析与静态性质计算 复杂有机分子高分子晶体液晶态非晶态溶液 熔盐界面和表面气体热力学性质材料力学性质与动态过程有关性质的计算 分子内和分子间的相互作用 扩散吸附与解附熔融结晶相变分子散射分子适配 材料应力应变蠕变与断裂第41页，共99页，2023年，2月20日，星期四计算机分子模拟的应用二、化学CAD计算机辅助有机分子和生物分子设计计算机辅助药物设计计算机辅助材料设计第42页，共99页，2023年，2月20日，星期四若干应用实例MD模拟第43页，共99页，2023年，2月20日，星期四(1,2,4)-4-(1,1-e二甲乙基)-2-烃基

环戊羰基酰胺晶体

实验测定与

MD

模拟结果的比较W.Linert,andF.Renz,J.Chem.Inf.Comput.Sci.,33,776(1993)ExperimentallyDeterminedMD-predicted第44页，共99页，2023年，2月20日，星期四GnRH(gonadotrophin-releainghormon,促性腺释放激素)分子构象理论预测D.G.Hangauer,inComputerAidedDrugDesign,T.J.Perun&C.L.Propsted.,MarcelDekkerInc.,NewYork,p253,1989.分子式：pGlu-His-Trp-Ser-Tyr-Gly-Leu-Arg-Pro-Gly-NH用MD中的“模板强制法”(Template-forcing)确定一对柔性分子相应功能团可能的空间取向起始取向为线型的两个分子逐步转化为能量较低的环型构象模板加模板第45页，共99页，2023年，2月20日，星期四MD预测的顺磁性和反磁性冰晶体结构O.AKarim&A.D.J.Haymet,J.Chem.Phys.,89,6889(1988))FerromagneticiceAntiferromagneticice第46页，共99页，2023年，2月20日，星期四MD法模拟的熔盐体系T

*~V

*相图D.A.Young&B.J.Alder,J.Chem.Phys.,73,2434(1980)第47页，共99页，2023年，2月20日，星期四Ru-Al合金断裂过程动态模拟C.S.Becquart,D.Kim,J.A,Rifkin,andP.C.Clapp,Mat.Sci.Engin.,A170,87(1993)断裂点周围的损坏区域第48页，共99页，2023年，2月20日，星期四两块晶体界面结构的模拟FCC单晶硅，13(150)晶界，晶面倾角

＝67.38°第49页，共99页，2023年，2月20日，星期四较小晶面倾角(=9.53)下单晶硅晶界的一种稳定结构第50页，共99页，2023年，2月20日，星期四计算量子化学ComputationalQuantumChemistry经典模型的局限—

未涉及化学行为的物理本质 化合物的性质

电子结构 化学反应核与电子运动状态的变化伴随有电子跃迁、转移、变价的过程，经典的分子模拟不能处理第51页，共99页，2023年，2月20日，星期四分子轨道法简介第52页，共99页，2023年，2月20日，星期四一、量子力学第一原理—多体Shrödinger方程物理模型：分子中电子和原子核均在运动中粒子间存在着相互作用定态Shrödinger方程：rPirQjrijRPQ第53页，共99页，2023年，2月20日，星期四原子单位：三个基本物理常数

⒊ 单电子近似

— 每个电子行为视为独立，用单电子波函 数

i(ri)描述(MO)二、物理模型的三个基本近似⒈ 非相对论近似：

i=

0

⒉ Born-Oppenheimer

近似：电子与核运动分离电子哈密顿：第54页，共99页，2023年，2月20日，星期四三、LCAO

-MO近似为寻找试探波函数{}的合理形式，将分子轨道表示为原子轨道{i}的线性组合优点：利于建立化学键理论的电子结构基础

MolecularObitalexpressedasaLinear CombinationofAtomicOrbitals第55页，共99页，2023年，2月20日，星期四四、Roothaan方程(1952) 对

Hartree-Fock

方程引入LCAO-MO近似在以AO集{i}为基的线性空间中，Fock算符的表示为Fock矩阵MO组合系数表示为列矢量电子总能量变分要求{

,

c

}满足Roothaan方程F

c=

S

c

S为AO重叠矩阵:第56页，共99页，2023年，2月20日，星期四1927年Heitler和London用变分法求解了氢分子的波函数实验值RAB/a01.518E首次在形式理论的水平上解释了化学键本质，开创了量子化学分支学科第57页，共99页，2023年，2月20日，星期四量子力学为在原子－分子水平上揭示化学问题的本质奠定了牢固的理论基础。因为，化学反应基本过程是伴随着反应体系原子核的重排而发生的电子运动状态的改变，这些微观运动均服从薛定谔方程。量子力学的统一理论(Unitedtheory)使化学与物理学在原子、分子水平上会师，两学科的界限趋于模糊第58页，共99页，2023年，2月20日，星期四量子力学奠基人之一的Dirac在1929说:"Thefundamentallawsnecessaryforthemathematicaltreatmentoflargepartsofphysicsandthewholeofchemistryarethusfullyknown,andthedifficultyliesonlyinthefactthatapplicationoftheselawsleadstoequationsthataretoocomplextobesolved"第59页，共99页，2023年，2月20日，星期四因处理实际分子在数学上的困难。Dirac本人对量子力学在化学上的应用前景是悲观的。1952年H.Schull等三人用手摇计算机花两年才完成一个N2分子的从头算。有人断言：用尽世界上的纸张恐亦无法完成一个Fe原子的计算50年代末，大型计算机的浮点运算速度为0.01Mflops，仅及PIII的1/5000！第60页，共99页，2023年，2月20日，星期四量子化学从二十世纪30年代初的理论奠基到90年代末在计算技术与应用上的成熟，经历了漫长的将近七十年这是几代杰出理论化学家不懈努力的结果，并得益与计算机和计算技术的巨大进步1998年诺贝尔化学奖的颁布是计算量子化学在化学和整个自然科学中的重要地位被确立和获得普遍承认的重要标志第61页，共99页，2023年，2月20日，星期四TheLaureatesof1998NobelPrizeinChemistryWalterKohn&JohnA.Pople

瑞典皇家科学院10月13日宣 布将1998年度诺贝尔化学奖 授予两位年迈的量子化学家Kohn和Pople,表彰他们在开拓用于分子性质及其参与化学过程研究的理论和方法上的杰出贡献。第62页，共99页，2023年，2月20日，星期四（瑞典皇家科学院在Web上发表的新闻公告）第63页，共99页，2023年，2月20日，星期四颁奖公告称：Thedevelopmentdidnotreallystarteduntilthebeginningofthe1960s,whentwoeventsbecamedecisive:TodevelopofanentirelynewtheoryfordescribingthespatialdistributionofelectronsTouseoftheincreasingpotentialofferedbythecomputerWalterKohnandJohnPoplearethetwomostprominentfiguresinthisprocess.第64页，共99页，2023年，2月20日，星期四JohnPople’sContributionsJohnPoplehasdevelopedquantumchemistryintoatoolthatcanbeusedbythegeneralchemistandhastherebybroughtchemistryintoanewerawhereexperimentandtheorycanworktogetherintheexplorationofthepropertiesofmolecularsystems.Chemistryisnolongerapurelyexperimentalscience.瑞典皇家科学院颁奖文件评价:化学不再是一门纯实验科学了！第65页，共99页，2023年，2月20日，星期四Pople最辉煌的贡献是Gaussian程序颁奖文件称:Thecreation,constantimprovement,andtheextensionofthefunctionalityofGAUSSIANisanoutstandingachievement.Itistheexampleforthesuccessofthefieldanditsimpactonchemistryandneighboringfieldslikephysics,astrophysics,biochemistry,materialsciences,etc.GAUSSIANistodayusedbythousandsofscientistsallovertheworld.第66页，共99页，2023年，2月20日，星期四密度泛函法简介第67页，共99页，2023年，2月20日，星期四WalterKohn’sContributions瑞典皇家科学院颁奖文件评价:

WalterKohn’stheoreticalwork has formedthebasisforsimp-lifyingthemathematicsindescriptionsofthebondingofatoms,thedensity-functionaltheory(DFT).Thesimplicityofthemethodmakesitpossibletostudyverylargemolecules. 第68页，共99页，2023年，2月20日，星期四WalterKohn

showedthatitisnotnecessarytoconsiderthemotionofeachindividualelectron:

itsufficestoknowtheaveragenumberofelectronslocatedatanyonepointinspace.1964年，理论证明多电子体系的基态能量是电子密度的单变量函数 T,J,Vxc

分别为动能、库仑能和交换-相关能

P.Hohenberg&W.Kohn,Phys.Rev.B,136,864(1964)第69页，共99页，2023年，2月20日，星期四1965年，运用变分原理导出

Kohn-Sham自洽场方程

(DFT的基础方程)

求解方程可得使体系能量最小的电子密度

(r)

W.Kohn&L.J.Sham,Phys.Rev.A,140,1133(1965)DFT的关键是找到依赖电子密度的能量函数

借用早年Thomas-Fermi-Dirac“均匀电子气”的能量函数，计算晶体的电子结构当年即取得成功（但分子计算结果不佳）沈吕九(香港)第70页，共99页，2023年，2月20日，星期四DFT法用于分子的成功是众多科学家多年不懈努力的结果，但首先归功于理论奠基人Kohn

“Ithastakenmorethanthirtyyearsforalargenumberofresearcherstorenderthesecalculationspracticable,and

themethodisnowoneofthemostwidelyusedinquantumchemistry.”

“DFThasresultedin

asecondrevolutioninquantumchemistry,whichwouldnothavebeenpossiblewithoutthepioneeringworkofWalterKohn.”DFT已被引入Gaussian94/98程序。可处理含数百个原子的分子体系第71页，共99页，2023年，2月20日，星期四ApplicationsofQuantumChemistryTheequilibriumstructuresofmolecules;transitionstatesandreactionpaths.Molecularproperties:Electrical,Magnetic,Optical,etc.Spectroscopy,fromNMRtoX-ray.Reactionmechanismsinchemistryandbio-chemistry.Intermolecularinteractionsgivingpotentialswhichmaybeusedtostudymacromolecules,solventeffects,crystalpacking,etc.第72页，共99页，2023年，2月20日，星期四若干应用实例量子化学计算演示和第73页，共99页，2023年，2月20日，星期四分子轨道法计算演示⒈ 分子几何结构优化；能量、波函数和电子结构计算⒉ 分子的性质、偶极矩⒊ 分子的振动光谱及紫外－可见光谱；简正振动分析第74页，共99页，2023年，2月20日，星期四一些化合物红外光谱计算结果（从头算法，6-31G(d)）第75页，共99页，2023年，2月20日，星期四反应途径及过渡态计算 基元反应：反应物配合物1过渡态配合物2产物鞍点第76页，共99页，2023年，2月20日，星期四势能面和反应途径势能面无法实验测定。由量子化学计算给出二维等能量线图二维势能曲面鞍点T(ABC)第77页，共99页，2023年，2月20日，星期四Theenergysurface(intwodimensions)forahypotheticalchemicalreactionfromoneequilibriumoverabarrier(transitionstate)tothesecondequilibrium

第78页，共99页，2023年，2月20日，星期四如何进行反应途径和过渡态搜索？反应活化能计算精度取决于 ① 高档次

(level)的计算方法 ② 准确地确定鞍点及分子的过渡结构鞍点的条件十分苛刻。处理手续复杂，计算量大需采用较高级的专业量子化学软件

Gaussian92,94&98(forUnixorWindows) MullikenforIBM/RS-6000

MOPACforWindowsv2.0

均配备了反应途径和过渡态自动搜索的功能！第79页，共99页，2023年，2月20日，星期四反应物F-+CH3Cl能量极小点1F-···CH3Cl过渡态(F-···CH3···Cl)-能量极小点2FCH3···Cl-产物FCH3+Cl-实例：一个SN2反应的反应途径和过渡态计算第80页，共99页，2023年，2月20日，星期四Electrondensityintheaminoacidsystemcalculatedusingaquantum-chemistrycomputerprogram.Thepictureshowsthesurfacewheretheelectrondensityis0.002electrons/Å3(meaningthatnearlyallelectronsareinsidethesurface).Thegreyscaleshowstheelectrostaticpotentialatthissurface,darkerportionsrepresentingnegativepotential.半胱胺酸分子等电子密度面第81页，共99页，2023年，2月20日，星期四Highupintheatmosphere,CF2Cl2(freon)aredestroyedbyultravioletlight.FreeClatomsareformed,whichreactwithO3(ozone)anddestroythem.Theprocesscanbestudiedusingquantum-chemicalcalculations.FreonOzone氟利昂分子破坏大气臭氧层反应机理的理论计算研究第82页，共99页，2023年，2月20日，星期四TheelectrondensityaroundthevitaminCmolecule.Thecolorsshowtheelectrostaticpotentialwiththenegativeareasshadedin

red

andthepositivein

blue维生素C分子的电子密度与静电势第83页，共99页，2023年，2月20日，星期四1986：李远哲：“在十五年前，如果理论结果与实验有矛盾，那么经常证明是理论结果错了。但是最近十年则相反，常常是实验错了。…量子力学有些结果是实验工作者事先未想到的，或者是难以实现的”电子自旋磁矩的理论值和实验值精确符合到12位有效数字H2分子的解离能理论计算值为 36117.4cm-1实验值 36113.40.3cm-1改进实验手段后测得 36117.31.0cm-1第84页，共99页，2023年，2月20日，星期四常用的量子化学计算方法量子力学理论Born-Oppenheimer近似非相对论近似单电子近似Hartree-Fock方程Roothaan方程自洽场从头算SCF-abinitio密度泛函法DFT超HFLCMTO-X耦合电子对CEPA组态相互作用CI微扰处理MP多组态自洽场MCSCF价电子从头算EP(VP)模拟从头算SAMO分子碎片法MF梯度近似GGA浮动球高斯法FSGOAM1C-EHMOEHMOIT-EHMOMCNDOCNDOMINDOINDOMNDONDDOPM3MSW-XDV-XLCAO-X局域密度近似LDA从头算法AbInitio半从头算法SlaterX半经验法Semi-emperical独立电子对IEPA第一原理计算第85页，共99页，2023年，2月20日，星期四从1954年起，有6届诺贝尔化学奖得主8人属理论化学领域。其中6位是物理学家，1位是数学家，只有1位福井谦一是从化工改行的化学家。化学界应感羞愧。并表明：“学科之间无不可逾越的鸿沟”，“树挪死，人挪活”第86页，共99页，2023年，2月20日，星期四前沿发展—QM/MM法

Combinedabinitio&MolecularMechanics将MO法或DFT与分子力学法相结合，取QM与MM两者之长。解决大分子参与的化学反应的计算反应的活性部位（activesite）采用QM计算