这是“从项目中学习计算化学”系列的第一部分。待更新完成后，还会有针对第一性原理计算（基于CP2K）和分子动力学计算（基于Gromacs或Amber）的部分。
目录
项目1 四氧化锇与烯烃的反应：Second cycle存在吗？
从这个项目中你可以学习：
使用GaussView绘制分子
计算化学用于研究化学反应机理的基本流程
基态和过渡态几何优化、热力学数据计算
质子溶剂中的proton shuttle
质子的处理及电极电势的计算
项目2 噻吩氧化物的性质，及Diels-Alder反应中的次级轨道效应
从这个项目中你可以学习：
基础的TD-DFT光谱计算
再找点过渡态
分子轨道、定域化轨道、NBO分析
芳香性相关分析
项目3 氢气与过渡金属配合物能结合吗？同位素效应是？
从这个项目中你可以学习：
红外光谱的计算
同位素效应的计算
pKa的计算
项目4 碱基有几种配对方式？
从这个项目中你可以学习：
基于xtb的构象搜索
弱相互作用的计算和分析
项目5 溶致变色与TADF
从这个项目中你可以学习：
激发态优化、激发态追踪、荧光与磷光相关计算
验证溶质变色/溶剂导致荧光行为变化的几种可能机制
交叉点的寻找
多参考计算
项目6 玩玩铁硫簇
从这个项目中你可以学习：
波函数稳定性和对称破缺计算相关知识
更多的成键分析
项目7 Bifurcation
从这个项目中你可以学习：
Ambimodal反应的概念、结构和IRC特征
使用Progdyn研究bifurcation
前言
一个合格的计算化学工作者，必须拥有对化学反应性的扎实认识、对当代化学研究状况的广博见闻、对各种计算方法原理和特性的通盘理解，并对常见软件操作设置烂熟于心。在本系列Livres Libres中，我们着重于介绍其中的最后两点，而另外的几点则留待读者自行修炼。这最后的两点，颇为琐碎，但并不困难；与其攻读理论资料，在实际项目中学习最为有效。凡是动手用过的，必是能更扎实掌握的。
在本教程中，我们结合若干案例，尽可能广泛地涵盖当今化学研究中的多个领域，并覆盖了绝大多数量子化学计算的核心技能。它们都经过了精心挑选，既能作为良好的训练案例，体系又足够小，可以使用较新的笔记本电脑完成。在本系列教程中，我们主要使用GaussView作为建模工具，绝大多数情况下使用ORCA 6.1进行计算，同时对Gaussian的使用也进行介绍。在有必要的情况下，我们会使用Gaussian进行预先的计算。
知识点1 量子化学计算的常用软件
量子化学计算软件中，Gaussian和ORCA最为常用，除此之外还有PSI4、QChem、Dalton、MRCC、molpro、OpenMolcas、GAMESS、PySCF等。其中，许多软件各有专精，例如Dalton在光物理性质计算方面有独特功能，MRCC格外擅长高精度耦合簇计算，molpro和OpenMolcas在多参考态计算方面有优势等，而Gaussian和ORCA是功能较为全面、同时也显著最为易用的。绝大多数化学工作者使用Gaussian和ORCA即可满足几乎全部需求。
Gaussian是以Mike Frisch为首的Gaussian公司推出的程序，历史上有Gaussian 03, Gaussian 09等版本，在2025年最新版本为Gaussian 16。Gaussian XX可以简写为GXX，如G16、G09等。各大版本下还有小版本，如G16A，G09C等。Gaussian本体只用于计算，无图形化界面，相应的图形程序叫做GaussView。Gaussian和GaussView都支持Windows、Linux、MacOS操作系统，但几乎所有用户都在Linux操作系统下使用，Linux版本也是功能最稳定、效率最高的。GXX的Windows版本叫做GXXw。
Gaussian和GaussView都是收费软件，有个人授权和单位授权（site license）两种模式。单位授权的含义为，当某单位购买site license后，发表文章的作者列表里只要有人属于该单位，即等同于拥有授权。授权的价格有商业和学术两种，其中只有具备学位颁发资质的院校才可以购买学术授权。
Gaussian的功能中以对DFT的支持最为完善，同时SCF收敛算法、几何优化算法等基础功能特别稳健。但自G09以来，Gaussian的更新明显变慢，许多新方法都尚未支持。由于这一点，也由于Gaussian相对高昂的价格，本教程并不将Gaussian作为主力软件，仅作为有必要时的保底选择。
ORCA是德国马普所Frank Neese团队开发的免费软件，支持Linux和Windows操作系统，截至2025年最新版本为ORCA 6.1。ORCA支持的功能相当全面，且在与时俱进方面属于一流，各种新方法（以及很多已经不新、很重要、但传统量化程序依旧没有支持的方法）都及时支持，例如RI、DLPNO和其他低标度方法、多种先进泛函和post-HF方法等。自ORCA 6以来，ORCA的多参考态计算也突飞猛进，极大程度上撼动了molpro等在这方面的一家独大地位。由于以RI为代表的加速方法，ORCA在大体系计算方面优势极为显著。
ORCA的主要缺点在于SCF收敛、几何优化收敛性等底层算法不如Gaussian稳健，容易因这些原因引发报错，但这只不过是稍微增加了使用者的几步操作步骤，不构成实质性影响。此外，ORCA没有官方可视化程序。本教程的作者开发的ORmagiCA程序在很大程度上解决了这一问题，使得我们可以借助GaussView强大的建模和可视化功能打通工作流。因此，本教程使用ORCA作为主力软件的做法应该是稳妥的。
如果你已经熟练掌握了Gaussian和ORCA，下一个值得关注的量化软件可能是PySCF。它是Python中的一个包，由于开源的特性，同时也由于可以方便操作计算过程中的各中间结果，它是理论方法开发人士的不二之选。
在使用本教程前，你需要安装GaussView、ORCA 6.1，并推荐安装Gaussian 16。如果你使用远程服务器，还需要一个SSH客户端。作者使用的是MobaXterm，体验很好。
如果你处于学习阶段，主力机器是Windows系统，则将GaussView安装在Windows上，ORCA和Gaussian根据你的喜好，可以安装Windows版本，也可以装在Linux虚拟机中。
ORCA的安装方法可参照：量子化学程序ORCA的安装方法 - 思想家公社的门口：量子化学·分子模拟·二次元
ORCA 6.1.0开放下载（无需**上网） - 量子化学 (Quantum Chemistry) - 计算化学公社