绪论
1. 计算化学的定义
计算化学是根据基本的物理化学理论（通常是量子化学）以大量的数值运算方式来探讨化学系统的性质
狭义：量子化学
广义：计算化学是一门涉及多种学科的边缘学科
2.计算化学的类型
以计算机体系为主的计算化学
以计算数学为主要体系的计算化学和化工
以化学应用为主的计算化学
以介绍应用程序为主的计算化学
以介绍在化学分析仪器中使用电子计算机为主的计算化学
3.计算化学的地位
促进化学界的研究方法和工业界的生产方式不断革新。
是绿色化学和绿色化工的基础，是联系化学化工为国民经济可持续性发展服务的桥梁。 中科院院士徐光宪先生在其报告中称“理论化学和计算化学的基础及应用研究”是21世纪化学的11个突破口之一。
4.量子化学发展简史
20年代末，Heitler－London使用量子力学处理H原子，H2分子，标志量子化学计算的开始
量子化学，两个流派：价键理论（VB）、分子轨道理论（MO）
价键理论和分子轨道理论的根本区别在于，价键理论是电子两两配对形成定域的化学键，这里所说的定域，通俗讲就是电子被束缚在某个固定的位置振动，而不会在分子内部的任何地方运动。而分子轨道理论的本质是假设分子轨道是由原子轨道线性组合而成，允许电子离域在整个分子中运动，而不是在特定的键上。简单说，价键理论中的电子是固定在某个区域内运动，分子轨道理论中的电子是在分子内部的所有区域内运动。
Gaussian的核心思想：50年代的时候，使用类氢离子波函数为基函数，后来使用Slater函数（STO）为基函数，后来又采用Gauss函数拟合STO。
80年代，是量子化学计算飞速发展的时期。赝势是针对重原子体系而提出的。
90年代，以密度泛函理论为基础的DFT方法迅速发展起来。最大的特点：轨道波函数为基->密度函数为基。由此引申出的方法有广义梯度近似（GGA）、密度泛函与分子轨道的杂化方法（B3LYP）。我国的XIAMEN99采用的VB方法。
有三种方法：VB价键方法，MO分子轨道方法，DFT密度泛函方法。
从静到动；各种方法的相互渗透。从小分子到大体系
5.计算化学的研究内容：
狭义： 量子结构计算——量子化学和结构化学范畴；
物理化学参数的计算——统计热力学范畴
化学过程模拟和化工过程计算等
广义： 化学数据挖掘(Data mining)；
化学结构与化学反应的计算机处理技术；
计算机辅助分子设计；
计算机辅助合成路线设计；
计算机辅助化学过程综合与开发；
化学中的人工智能方法等。
6.计算化学的课程目标：
介绍当前计算化学领域常用的基本方法；
学会使用各种计算化学软件包, 特别是Gaussian03, materials studio，ADF等。
掌握计算化学领域的基础理论和计算方法, 并且使用它们分析和解释一定的化学问题。
7.计算机在化学中的应用
化学数据的挖掘（data mining）；化学结构和化学反应的计算机处理技术
计算机辅助合成路线设计；计算机辅助过程综合与开发；计算机辅助分子设计和模拟
8.计算化学获诺奖
到了60年代中期，物理学家Kohn的介入使问题的解决崭露新的生机。他认为，计算时没有必要考虑每个单电子的运动过程，而只需了解空间某一位置的平均电子数即可，这种简化方法即所谓的分布密度理论。这一理论成为后来大多数数学计算的先决条件。几乎同时，数学家Pople提出，将理论方法应用到化学中，必须首先明确在给定体系中方法的精度和准确度，更重要的是所建立的方法必须容易掌握。60年代计算机的大力发展给波普的工作创造了不可缺少的条件，在理论和计算工具充分具备的条件下，Pople设计了计算程序GAUSSIAN，从70年代到80年代，Pople不断地改进计算方法，同时建立了“模型化学”理论。90年代初期，Pople引入Kohn的分布密度理论，使得复杂分子的分析成为可能。
第一章
1.计算化学的宗旨
首先选用物理模型，不得已才选数学模型。
在运用第一原理的时候，选用适当的模型才能执行计算。必须强调：物理模型比数学模型重要得多，只有在暂时无法构筑物理模型的场合才不得已采用数学模型。
物理学是严密科学（exact science)，化学也正步入严密科学。“严”字指机理正确，“密”字指数值准确。
2.能量优化的方法
单纯形法、最速下降法、共轭梯度法、Newton-Raphson
3、寻找过渡态的方法
极大-极小逼近法、线性内坐标途径法（LICP)
4、理论概述
1）分子力学(Molecular mechanicsm)、
把分子用硬球和弹簧的方式来表示
相对于初步搭建的分子模型, 可以更好地得到其稳定结构
可以计算变形的相对能量
计算成本低
需要很多经验参数, 这些经验参数需要仔细测试和校准
只能得到稳定几何结构
无法得到电子相互作用的信息
无法得到分子性质和反应性能的信息
不能研究包含成键和断键的反应
分子动力学：
分子动力学是一套分子模拟方法，该方法主要是依靠牛顿力学来模拟分子体系的运动，以在由分子体系的不同状态构成的系综中抽取样本，从而计算体系的构型积分，并以构型积
分的结果为基础进一步计算体系的热力学量和其他宏观性质。
2）半经验方法(Semiempirical)、
对价电子进行近似的描写；通过解简化的Schrödinger 方程而得到其中的很多积分用含参数的经验式子来近似；
可以半定量地描写电子分布, 分子结构, 性质和相对能量；比从头算电子结构方法计算快, 但是没有它准确
3）完全从头算(ab initio calculation)、
使用完全的Schrödinger 方程, 得到更精确的电子分布；可以系统地进行改进, 直至达到化学精度；化学精度: 键长 0.02A, 键角 2o, 键能 2kcal/mol不需要参数, 也不用实验来校准；可以描写结构, 性质, 能量和反应性能；计算成本高
4）密度泛函(Density functional)
使用完全的Schrödinger 方程, 原理上可以得到准确的电子分布
可以很容易达到很高的精度, 但是无法系统地改进到化学精度；需要一些猜测泛函和参数, 体系的适用性必须用实验来校准；
可以描写结构, 性质, 能量和反应性能；计算成本中等
分子力学(Molecular mechanicsm) 大体系, 结构
半经验方法(Semiempirical) 中等体系, 粗略性质
完全从头算(ab initio calculation) 小体系, 准确性质
密度泛函(Density functional) 中等体系, 准确性质
此表很重要！必记！
5.分子模型的适用范围
可以把分子结构, 性质和反应性能模型化
可以进行简单的定性解释, 也可以得到精确的定量的结果
可以瞬间计算完成, 也可能花费超级计算机几个月的时间
必须平衡计算成本和模型方法的精确度
6. 简单搭建的分子模型
从一些标准的结构或部分来搭建；键长和配位都是固定的
从一些分子的结构来可以得到很好的定性模型；便于使用而且很容易实现
可以对分子的三维结构给出直观的认识；对于分子性质, 能量或反应性能却一无所知
第二章
1.化学中的常用软件
Gaussian 03 ：分子力学, 半经验、从头算、密度泛函的分子轨道计算
分子结构绘图软件：描绘化合物的结构式、化学反应方程式、化工流程图、简单的实验装置图等化学常用的平面图形的绘制
ChemDraw ISIS Draw, ChemSketch、Chem3D
科学计算和数据处理软件：Origin8.5、
核磁数据处理软件：NUTS：处理一维及二维核磁数据，其功能包括付立叶变换、相位校正、差谱、模拟谱、匀场练习等几乎所有核磁仪器操作软件的功能
核磁图谱：ChemNMR 可以用来估算大多数有机物的1H、13C化学位移及用线图表示的相应图谱
