六 分子力学与量子化学计算

分子力学与量子化学计算的显著区别就在于：（1）前者是经典模型，以原子为“粒子”，按经典力学运动，而量子化学则主要处理对象为电子，其运动服从量子力学规律；（2）量子化学中，粒子（电子或原子核） 间的相互作用服从库仑定律（在分子尺度上是准确的），而分子力学中每对原子之间有一特定的作用势函数，原子不同或者原子虽然相同但所处环境不同，则势函数不同，即使对同一对原子，也无法给出准确的普适势函数。

分子力学与量子化学比较有以下特点：（1）概念简明易于接受。分子力学中的总“能量”被分解成键的伸缩、键角弯曲、键的扭曲和非键作用等，比起量子化学计算中的 Fock 矩阵等概念来要直观易懂。（2） 计算速度快。量子化学从头算的计算量随原子轨道数目的增加，按 4 次方的速度上升，而分子力学的计算量仅与原子数目的平方成正比。（3）

分子力学的主要缺点就在于它只是一种经验方法，它的力场是在大量的实验数据的基础上产生的。由于各自的特点不同，它们所适于应用的范围也不同。分子力学宜用于对大分子进行构象分析、研究与空间效应密切相关的有机反应机理、反应活性、有机物的稳定性及生物活性分子的构象与活性的关系，但是，当研究对象与所用的分子力学力场参数化基于的分子集合相差甚远时不宜使用，当然也不能用于人们感兴趣但没有足够多的实验数据的新类型的分子。对于化合物的电子结构、光谱性质、反应能力等涉及电子运动的研究，则应使用量子化学计算的方法。然而， 在许多情况下，将量子化学计算和分子力学计算结合使用能取得较好的效果。分子力学计算结果可提供量子化学计算所需的分子构象坐标，而量子化学计算结果又给出了分子力学所不能给出的分子的电子性质。