How to Use Jmol to Study and Present Molecular Structures pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Herraez, Angel

出品人:

页数:144

译者:

出版时间:2008-1

价格:$ 25.43

装帧:

isbn号码:9781847992598

丛书系列:

图书标签:

• Jmol
• 分子结构
• 化学可视化
• 分子建模
• 计算化学
• 结构生物学
• 化学教育
• 科学可视化
• 蛋白质结构
• 药物设计

跨越疆界的分子可视化：从理论到实践的深度探索 图书名称： （此处应为另一本不包含Jmol内容的图书名称，为满足要求，我们暂以《分子结构解析与现代计算方法》为例进行撰写） 图书简介： 本书旨在为化学、生物物理、材料科学及相关领域的学习者和研究人员提供一个全面且深入的视角，探讨分子结构解析的理论基础、实验表征技术以及前沿的计算化学方法。我们致力于构建一个从宏观概念到微观细节的知识体系，帮助读者构建扎实的理论框架，并掌握解读和预测复杂分子行为的关键工具。 第一部分：分子结构的理论基石 本书的开篇部分聚焦于理解分子结构的核心物理原理。我们不会局限于对特定软件工具的使用指南，而是深入探讨支撑所有分子结构分析的量子力学基础。 第一章：量子化学导论与薛定谔方程 本章从经典物理学的局限性出发，引入量子力学的基本假设。详细阐述了定态薛定谔方程在描述电子行为中的核心地位。内容涵盖了波函数、概率密度、本征值和本征函数等基本概念。我们着重讨论了玻恩-奥本海默近似（Born-Oppenheimer Approximation）的物理意义及其在简化多电子体系计算中的关键作用。此外，还对波函数的对称性、角动量和自旋角动量进行了详尽的介绍，为后续的轨道理论奠定基础。 第二章：分子轨道理论的演进 本章系统梳理了从最简的氢分子离子（H₂⁺）到复杂多原子分子的轨道理论发展历程。重点讲解了原子轨道线性组合（LCAO）方法，并详细分析了σ、π和d轨道的形成规则及其对分子几何构型的影响。我们深入探讨了分子对称性在轨道分类中的应用，包括群论在确定分子轨道简并性及选择定则中的初步应用。此外，对定域轨道（Localized Orbitals）和离域轨道（Delocalized Orbitals）的区别与联系进行了深入的比较分析，解释了共振结构背后的轨道图像。 第三章：价键理论与杂化轨道 本章阐述了价键理论（Valence Bond Theory）的核心思想，特别是保利（Pauling）的杂化轨道理论。详细分析了sp、sp²、sp³以及d轨道的混合模式，并结合实例（如甲烷、乙烯、乙炔）解释了实验观察到的键角和键长的微观成因。本章还讨论了价键理论在处理过渡金属配合物中几何结构和磁性方面的优势与局限性，为过渡到分子轨道理论的混合模型（如Crystal Field Theory的局限性）做了铺垫。 第二部分：实验表征与结构解析 理论预测必须与精确的实验数据相结合。本部分深入探讨了现代物理技术如何揭示原子和电子的精确排布。 第四章：X射线晶体学原理与数据解读 本章详述了X射线晶体学的基本原理，包括布拉格定律（Bragg's Law）、倒易点阵和韦格纳-希尔理论。重点讲解了如何从衍射斑点确定晶胞参数和空间群。对于结构解析部分，我们详细分析了相位问题（Phase Problem）的数学处理方法，如直接法（Direct Methods）和间接法（Isomorphous Replacement）。最后，本章指导读者如何解读最终的电子密度图，并评估结构模型的精度，例如$R$因子和拟合优度。 第五章：光谱学技术在结构分析中的应用 本章聚焦于如何利用分子与电磁辐射的相互作用来推断结构信息。 振动光谱（红外与拉曼）： 详细解释了简正坐标、简正模式的概念，以及如何利用群论分析特定点群下红外活性和拉曼活性的选择定则，从而确定分子的对称性和官能团的存在。 核磁共振波谱学（NMR）： 本章深入探讨了NMR的物理基础，包括化学位移、自旋-自旋耦合和弛豫时间。重点分析了二维NMR技术（COSY, NOESY, HSQC, HMBC）在解析复杂有机分子和蛋白质三维结构中的应用流程和数据解析策略，强调了NOE信号与原子间距离的定量关系。 高分辨质谱（HRMS）： 讨论了电喷雾电离（ESI）和矩阵辅助激光解吸电离（MALDI）技术，及其在确定分子精确质量和推导元素组成中的关键作用。 第三部分：分子结构与性质的计算模拟 本部分是全书的核心，将读者引导至现代计算化学的前沿领域，重点在于方法的选择、参数化以及结果的可靠性验证。 第六章：从半经验到从头算方法（Ab Initio） 本章系统比较了不同层次的量子化学计算方法： 半经验方法（Semi-Empirical）： 分析了MNDO, AM1, PMx等方法的参数化基础及其在快速构象搜索中的地位。 从头算方法： 详细介绍了Hartree-Fock（HF）方法及其限制，随后深入解析了后HF方法，如Møller-Plesset微扰理论（MP2, MP4）和耦合簇理论（Coupled Cluster, CCSD(T)）的精度等级和计算成本。 基组的选择： 探讨了高斯型波函数（Gaussian Type Orbitals, GTOs）的数学形式，并对Pople系列（如6-31G）和Dunning系列（如cc-pVXZ）基组的适用范围和收敛性进行了深入对比。 第七章：密度泛函理论（DFT）的实践与挑战 密度泛函理论（DFT）因其在精度和效率之间的平衡而成为现代计算化学的主流。本章全面覆盖DFT的核心概念： Hohenberg-Kohn定理与Kohn-Sham方程： 阐述了能量与电子密度的泛函关系。 交换-关联泛函的演进： 详细对比了LDA、GGA（如PBE）、Meta-GGA（如TPSS）以及混合泛函（如B3LYP, $omega$B97X-D）的性能差异，特别强调了色散校正（如Grimme的D3校正）对非共价相互作用体系的重要性。 计算流程： 介绍了如何利用DFT进行几何优化、频率分析（确定虚频以验证鞍点或过渡态）和单点能量计算的标准工作流程。 第八章：分子动力学模拟（MD） 本章将视角从静态结构转向动态行为，专注于分子动力学模拟在研究时间依赖性过程中的应用。 力场（Force Fields）的构建与应用： 深入剖析了经典力场（如AMBER, CHARMM, OPLS）中势能函数的组成部分（键合项、非键合项），并解释了参数集的选择对模拟结果的决定性影响。 积分算法与模拟环境： 讨论了Verlet算法及其改进形式，并详细介绍了周期性边界条件（PBC）的应用。重点讲解了如何精确控制温度（如Nosé-Hoover热浴）和压力（如Parrinello-Rahman和Berendsen恒温恒压算法）。 高级采样技术： 介绍了为克服能量势垒限制而开发的技术，如Replica Exchange Molecular Dynamics (REMD) 和Metadynamics，这些方法对于研究蛋白质折叠和构象变化至关重要。 第四部分：高级结构分析与应用案例 最后一部分将理论和计算方法应用于实际研究课题，展示如何整合不同技术来解决复杂的化学问题。 第九章：超分子化学与非共价相互作用 本章探讨了分子识别和组装背后的驱动力。详细分析了氢键、π-π堆积、范德华力和卤键的精细结构特征及其在溶液和固态中的贡献。通过计算化学（如使用AIM分析或NCI指数）来定量评估这些非共价相互作用的相对强度和方向性。 第十章：结构与活性的关系（SAR）案例研究 本章通过几个跨学科的综合案例，展示如何应用本书所学的所有工具链： 药物设计中的构象分析： 如何使用量子化学优化候选药物分子的最低能构象，并结合分子对接（Docking）预测其与靶点的结合模式。 材料科学中的缺陷工程： 如何利用DFT计算固体材料中点缺陷（如空位、间隙原子）的形成能和电子结构，并预测其对导电性或催化活性的影响。 酶催化机理的计算模拟： 结合QM/MM（量子力学/分子力学）混合方法，模拟生物催化反应中的过渡态结构和反应能垒，揭示酶活性中心的精细调控机制。 本书力求提供的是一个方法的工具箱和批判性思维的框架，而非对任何单一软件界面的操作手册。通过对底层物理和数学原理的深刻理解，读者将能够自信地选择最合适的计算方法，并对模拟结果的可靠性进行严格的科学评估。本书的最终目标是培养读者独立设计和执行复杂分子结构研究项目的能力。

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