生物大分子体系 整个分子的运动状态则由分子所有的电子的分子轨道组成（乘积的线性组合），这就是分子轨道法

主要分为：①分子轨道法（简称MO法，见分子轨道理论）；②价键法（简称VB法，见价键理论）。以下只介绍分子轨道法，它是原子轨道对分子的推广，即在物理模型中，假定分子中的每个电子在所有原子核和电子所产生的平均势场中运动，即每个电子可由一个单电子函数（电子的坐标的函数）来表示它的运动状态，并称这个单电子函数为分子轨道，而整个分子的运动状态则由分子所有的电子的分子轨道组成（乘积的线性组合），这就是分子轨道法名称的由来。


量子化学在生物学领域的应用与研究进展


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分子轨道法的核心是哈特里－福克－罗特汉方程，简称HFR方程，它是以三个在分子轨道法发展过程中做出卓著贡献的人的姓命名的方程。1928年D.R.哈特里提出了一个将n个电子体系中的每一个电子都看成是在由其余的n -1个电子所提供的平均势场中运动的假设。这样对于体系中的每一个电子都得到了一个单电子方程（表示这个电子运动状态的量子力学方程），称为哈特里方程。使用自洽场迭代方式求解这个方程（见自洽场分子轨道法），就可得到体系的电子结构和性质。哈特里方程未考虑由于电子自旋而需要遵守的泡利原理。1930年，B.A.福克和J.C.斯莱特分别提出了考虑泡利原理的自洽场迭代方程，称为哈特里－福克方程。它将单电子轨函数（即分子轨道）取为自旋轨函数（即电子的空间函数与自旋函数的乘积）。泡利原理要求，体系的总电子波函数要满足反对称化要求，即对于体系的任何两个粒子的坐标的交换都使总电子波函数改变正负号，而斯莱特行列式波函数正是满足反对称化要求的波函数。将哈特里－福克方程用于计算多原子分子，会遇到计算上的困难。C.C.J.罗特汉提出将分子轨道向组成分子的原子轨道（简称AO）展开，这样的分子轨道称为原子轨道的线性组合（简称LCAO）。使用LCAO-MO，原来积分微分形式的哈特里－福克方程就变为易于求解的代数方程，称为哈特里－福克－罗特汉方程，简称HFR方程



从头计算法
  原则上讲，有了HFR方程（不论是RHF方程或是UHF方程），就可以计算任何多原子体系的电子结构和性质真正严格的计算称之为从头计算法。RHF方程的极限能量与非相对论薛定谔方程的严格解之差称为相关能。对于某些目的，还需要考虑体系的相关能。UHF方程考虑了相关能的一小部分，更精密的作法则须取多斯莱特行列式的线性组合形式的波函数，由变分法求得这些斯莱特行列式的组合系数。这些由一个斯莱特行列式或数个斯莱特行列式按某种方式组合所描述的分子的电子结构称为组态，所以这种取多斯莱特行列式波函数的方法称为组态相互作用法（简称CI）。


生物大分子体系的量子化学计算一直是一个具有挑战性的研究领域，尤其是生物大分子体系的理论研究具有重要意义。由于量子化学可以在分子、电子水平上对体系进行精细的理论研究，是其它理论研究方法所难以替代的。因此要深入理解有关酶的催化作用、基因的复制与突变、药物与受体之间的识别与结合过程及作用方式等，都很有必要运用量子化学的方法对这些生物大分子体系进行研究。毫无疑问，这种研究可以帮助人们有目的地调控酶的催化作用,甚至可以有目的地修饰酶的结构、设计并合成人工酶；可以揭示遗传与变异的奥秘, 进而调控基因的复制与突变，使之造福于人类；可以根据药物与受体的结合过程和作用特点设计高效低毒的新药等等，可见运用量子化学的手段来研究生命现象是十分有意义的。 
  综上所述，我们可以看出在材料、能源以及生物大分子体系研究中，量子化学发挥了重要的作用。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


早在1940年，他对化学作为一门如果不进行实验就什么也不明了的科学很有感触。他希望能设法把这样过于经验性的化学特征变得理论性些。从那时起他开始学习量子力学，试图将量子力学引用来说明化学的经验事实。经过多年的试验验证，1952年他提出电子轨道概念并与试验结果结合起来。在伍德沃德与霍夫曼提出分子轨道对称守恒定律后，福井谦一研究借助于图形表示轨道性质、轨道图形的“图解量子化学”方法，使量子化学省去大型繁琐的计算，用特定的轨道图形方法研究和掌握量子化学。1962年他曾以论文“共轭化合物的电子状态及其化学反应的关系”而获得日本科学院的奖赏。他提出的“前线轨道”概念，并把它发展成为了解分子反应能力和反应过程的强有力的理论。因而，福井谦一同美国的霍夫曼共获1981年诺贝尔化学奖。他是荣获诺贝尔化学奖的第一位日本化学家。福井谦一30年从事量子化学研究，发表论文500余篇。1981年在中国出版了他的专著《图解量子化学》。他在书前致中国读者中写到：在电子学说中起核心作用的电子密度这一概念，当然应与量子力学相结合，若从原子——分子体系受量子力学原理所支配来考虑，就立刻可以理解这一点的。事实上，在1935年，取代苯的反应性已可应用量子力学所求得的电子密度分布来加以说明了。但是，电子学说也有其难处。在说明诸如萘那样的不具有取代基的芳香族烃的反应性时遇到了困难。这种化合物，其取代反应，无论对于富电子反应试剂，还是对于缺电子反应试剂，都是在同样的位置上发生。我想，这个课题对于想要将量子理论引用来说明化学的经验事实的我来说，是再好不过的一个课题


但是，电子学说也有其难处。在说明诸如萘那样的不具有取代基的芳香族烃的反应性时遇到了困难。这种化合物，其取代反应，无论对于富电子反应试剂，还是对于缺电子反应试剂，都是在同样的位置上发生。我想，这个课题对于想要将量子理论引用来说明化学的经验事实的我来说，是再好不过的一个课题。我不像以往那样，把电子密度作为全部电子的和来求得，而是尝试仅取出在跟富电子试剂和缺电子试剂分别反应中，具有特别意义的特定轨道的密度来计算看看。结果出乎意料，这些轨道的扩展方式跟反应性的对应关系相当好。1952年起陆续发表了这些结果，从此，所谓“轨道”这一概念的性质之一开始跟实验结果结合起来了。
  特定轨道的性质中，特别是特定轨道节面构型跟化学反应实验结果的相结合，是其后直至1964年的事。直接的反应示例是Diels—Alder反应。1965年，Woodward和Hoffman将其推广到一般的环式反应。这样就明确了：特定轨道的扩展方式跟化学反应的经验是具有密切关系的。换句话说，借助于以图表示这样的轨道性质、轨道图形(0rbitalPonem)，而直观地说明、推定实验事实理应是可能的。
  化学，特别是对于具有复杂特性的有机化学，通常是应用基于实验结果的类推这一手段来进行研究。类推时，具有一定理论根据的概念可作为基础。前述的有机电子学说中的总电子密度，以及后述的特定轨道方法中的轨道图形的想法，可分别作为其基础概念而被应用。这种轨道图形方法的应用范围逐渐扩大，不仅涉及到反应论，而且似乎也波及到构造论和物性论