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结构化学的测定则是理论和实验联系的桥梁。
其它化学许多分支学科也已使用量子化学的概念、方法和结论。例如分子轨道的概念已得到普遍应用。绝对反应速率理论和分子轨道对称守恒原理，都是量子化学应用到化学反应动力学所取得的成就。
今后，量子化学在其他化学分支学科的研究方面将发挥更大的作用，如催化与表面化学、原子簇化学、分子动态学、生物与药物大分子化学等方面。在近十几年来，由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学计算变得更加迅速和方便。可以预言，在不久的将来，量子化学将在更广泛的领域发挥更加重要的作用。 1.2量子化学计算应用软件
Gaussian:量子化学领域最著名和应用最广泛的软件之一，由量子化学家约翰波普的实验室开发，可以应用从头计算方法、半经验计算方法等进行分子能量和结构；过渡态能量和结构；化学键及反应能量；分子轨道；偶极矩；多极矩；红外光谱和拉曼光谱，核磁共振，极化率和超极化率，热力学性质，反应路径等分子相关计算。可以运行在Windows、Linux、Unix操作系统中运行，目前最新版本为Gaussian 03。但由于Gaussian Inc.(Gaussian的发展者)排斥其他软件发展者的行为，而引来不少批评；其行为包括逐原开发者约翰波普离开Gaussian Inc.(因而成为学术界其中一件为人齿冷的事件）；禁止其他开发者(包括约翰波普)使用Gaussian. （引发起 Banned By Gaussian运动 ) 和禁止任何使用者发表比较Gaussian与其他量子化学软件效能的报告等。
Gamess-US: 由于免费与开放源码，成为除Gaussian以外，最广泛应用的量子化学软
件，目前由Iowa State Uinversity的 Mark Gorden 教授的研究组主理。
Q-Chem:由一群随约翰波普离开Gaussian Inc. 的学者创立的一个商业量子化学软件。 Spartan:提供一个十分优良的图形接口作量子化学计算，尤其适合非从事量子化学研究
的学者使用。此软件中有很大部的电子相关方法的计算程序实源自Q-Chem，所以当使用到该些计算方法而作出报告时，应同时于文献参考中引述Spartan与Ｑ-Chem。
CASTEP :为一量子力学为基础的周期性固态材料化学计算的套装软件，此程式由英国
剑桥大学卡文迪西(Cavendish)实验室的凝态物理理论组所共同研究开发。CASTEP是由密度泛函理论为基础的计算程式所组成，同时采用平面波(planewave)为基底处理波函数，可针对具有周期性的固态材料表面进行化学模拟计算，而此软件更具有高精准度以及高效能计算能力的表现。
MOLPRO：应用广泛的量子化学计算软件，软件长于高精度计算，用多参考CI，耦合
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簇等方法处理电子相关问题能够对较大的分子体系进行准确的从头计算。
MOPAC：应用最广泛的半经验量子化学计算软件，能够以AM1，AM1-d，PM3，MNDO，
MNDO-d，MINDO/3等半经验计算方法计算分子体系的自由能，活化能，反应路径，偶极矩，非线性光学特性以及红外光谱等性质。MOPAC 7以前的版本为免费软件，自MOPAC 7开始转为商业软件，目前最新版本为MOPAC2007。
MOLCAS：是一套包含各种量子化学计算方法的软件，可以进行分子结构计算，键能，
化学反应的能垒，激发能（包括自旋-轨道耦合），振动分辨吸收光谱，以及各种分子特性的计算，并且可以产生分子间的作用力，用于分子动力学的计算。目前最新版本为MOLCAS 7。
其他量子化学计算软件目前，除了上面提到的几版著名量子化学计算软件之外，还有
大量商业和免费的量子化学计算软件，其中绝大部分是从事量子化学或计算化学研究的实验室自行开发的，此外，一些著名的大型化学软件如HyperChem、Chem3D、Sybyl等，也包含有量子化学计算包。
1.3量子化学计算的研究意义
20世纪80年代中期以来，计算机技术的突飞猛进，推动了量子化学计算方法的成熟和推广应用。在量子化学发展的初期，大部分工作只是计算能量，现在己逐步发展到计算更加复杂的问题，计算方法所计算的体系越来越大，精度也越来越高。对小分子体系，可以进行较精确的结构优化，并可在理论上预测反应的能垒、振动频率等参数。对于大的分子体系的量子化学计算与方法也在快速的发展。量子化学是应用量子力学基本原理研究原子、分子和晶体的电子结构、化学键性质、分子间相互作用力、化学反应、各种光谱、波谱和电子能谱的理论以及无机和有机化合物、高分子、生物大分子和各种功能材料的结构与性能关系的一门学科。量子化学从1927年Heitler和London研究氢分子的结构开始，多年来已发展成为一门独立的，同时也与化学各分支学科以及物理、生物、计算数学等互相渗透的学科，在如生物、材料、环境、化工生产以及激光技术等多个领域中得到广泛应用。通过量子化学方法，我们可以研究化合物的微观结构，分析其物理化学性质，讨论其反应特性及应用前景，与实验事实进行比较分析，解释实验结果，对未知化合物的结构进行预测，从理论上对新化合物的合成有一定的指导意义。
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2量子化学基本原理 2.1 薛定谔方程 薛定谔方程是描写原子分子中电子运动规律的，它主要是在实验基础上建立起来的。描写微观体系在定态下运动规律的薛定谔方程第一式，或称定态薛定谔方程，其表达式如下： ^H??E?(1) ^式中：H为哈密顿算符，是一个对应于体系能量的微分算符;E表示体系处于定态?下的能量；?是描述体系定态的的状态波函数，它是微观体系位置坐标和自旋坐标的函数，所谓定态是指概率密度?不随时间而变化。波函数中蕴藏者深刻的含义，只不过至今尚未被人们全部理解。 ^^2 类似于经典力学，对于一个单粒子体系，能量算符H可表为动能项T与势能项V之和： ^?2?2?2?2H?T?V??(2?2?2)?V(x,y,z,t) 2m?x?y?z^^^?22H????V(x,y,z,t) 2m^?2?2?2式中： ??2?2?2，称谓拉普拉斯算符；m是粒子的质量；??h/2?；h为普朗?x?y?z2克常量。 对于一个n粒子体系，哈密顿算符为 ?22??V(x1,y1,z1....xn,yn,zn,t) H???i?12mi^n求和遍及体系的所有粒子，mi是第i个粒子的质量，势函数V视具体体系而有具体的形式。
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薛定谔方程并不是从某种先行的理论或公式推导出来的，它是以量子力学的基本假设为出发点，在实验事实的基础上建立起来的。薛定谔方程反映了微观粒子的运动规律，它的正确性是由在各种具体情况下得出的结论和实验结果相比较来检验的。 ^ 方程（1）是一种本征方程，H称为本征算符，E为本征值，?为本征函数。如果算符F作用于一个函数，结果等于?乘上一个常数，即F????，称?为本征值，?为属于?的^^本征函数，而方程称F????为算符F的本征方程。 方程(1)常称为薛定谔方程第一式或定态薛定谔方程，它描述处于定态下的体系，求解结果给出的本征值，即体系的能量，它直接涉及所讨论对象的稳定性，而本征函数则描述体系所处的状态。 薛定谔方程第二式包含时间变量t，又称含时薛定谔方程，其表达式如下： ^^^ H??i??? ?t在讨论有关时间的过程，如辐射问题时要用到含时薛定谔方程。 在解薛定谔方程的过程中，可以把分子轨道按某个选定的完全基函数（基数）展开。适当的选取基数，可以用有限项展开式按一定的精度要求逼近精确的分子轨道。这样一来，对分子轨道的变分，就转化为对展开系数的变分，Hartree-Fock方程就从一组非线性的微分-积分方程转化为一组数目有限的代数方程-Hartree-Fock-Roothaan方程。虽然这组方程仍然是一组非线性方程 ，但可以通过迭代的方法求解。当然这种解只是一种近似的，因为要一组基函数精确的逼近任意函数，必须用无限基组，而在实际计算中只能用有限基组，通常把严格满足HF方程的解称为HF轨道，而把有限基组下满足HFR方程的解称为自洽场分子轨道。 2.密度泛函理论(Dens1ty Funet1ona1 Theory，DFT) 在计算物理和计算化学中出现了一种非常活跃的方法—密度泛函理论(DFT)。密度泛函理论(DFT)，首先在60年代由Hohenberg，Kohn和Sham三人提出，源于H.Thomas和E.Fermi
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在1927年的工作托马斯，费米理论，Thomas和Fermils提出了原子的电子气模型(T-F模型)，指出电子均匀地分布在六维相空间中，以2e2h3的流量运动。建立于Hohenberg一Kohn定理上的密度泛函理论不但给出了将多电子问题简化为单电子问题的理论基础，同时也成为分子和固体的电子结构和总能量计算的有力工具，因此密度泛函理论是多粒子系统理论基态研究的重要方法。这一方法所能计算的体系比abinitio大，精度比半经验量子化学计算方法和HF方法高，并考虑了电子相关性。一般来说，DFT精度可高达MP2的水平。
霍恩伯格，科恩(Hohenberg一Kohn)定理无论是从头算还是半经验量子化学计算方法中，由哈密顿算符描述的电子体系，能量总是波函数的泛函。用变分法原理和自洽场方法可以求波函数和能量及体系的其它性质。而T-F电子气模型将能量当作电子密度的泛函，用变分法和自洽场方法求电子密度?(r)和体系的能量E??(r)?，这一途径称为密度泛函理论(DFT)。
1964年Hohenbeg和Kohn在提出了霍恩伯格—科恩定理，可以说是真正DFT的开端。根据霍恩伯格—科恩第一定理:在外场V(r)中N个相互作用电子体系的能量是由电子密度
?(r)决定的，即能量是?(r)的泛函:
E?ET?EV?EJ?EXC (2)
ET是动能，由电子运动产生，EV表示核与电子之间的吸引核与核之间相斥的势能，EJ表
示电子与电子相斥项，EXC表示交换相关和其他电子与电子之间的作用，除核与核间的相斥外，其他各项都是电子密度的函数。
EJ?11?(r1)?(r2)dr1dr2 （3） ??2r12其中
FHK?T????Vee??? （4）
将Vee?v?拆成两项:
Vee?Jee????EXC??? (5)
其中:
EV????T????Vne????Vee??????(r)v?r?dr?FHK??? (6)
EXC完全由电子密度决定，在实际应用中EXC通常表示为自旋密度及其梯度的积分:
EXC?????f??a?r?,???r?,??a?r?,????r??d3r （7）
p?为电子自旋密度，为自旋密度，为电子密度的总和。还经常被分为互换和
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