工作，运用量化计算软件分析八配位的碱土金属羰基化合物的配位性能，观察、分析前线轨道的形态及成分.根据碱土金属元素（如钙、锶、钡）的（n-1）d轨道与羰基配位键特征，提出其与过渡金属相似的18电子规则.引导学生思考这一发现的重要科学价值：颠覆了碱土金属易失去ns电子形成离子键的传统化学键理论，提出了新的配位键模式.并通过文献和评述检索等向学生传达当前中国科研工作者的前沿工作，提升学生学习的积极性和科技自信.
2 同分异构体的稳定性分析
共轭是电子云离域的一个重要驱动力，也是影响不饱和化合物的光吸收性质、热稳定性、反应选择性等重要物理化学性質的一个关键因素[6].但是理论教学中发现学生学习时依赖于死记硬背结论，并不理解电子云离域及共轭稳定化能等基本概念.这一现象也导致学生分析共轭烯烃的亲电加成反应产物类型（1，2-及1，4-加成选择性）及解析共轭烯烃/衍生物的紫外-可见光谱等系列实验问题时存在困难.我们在量化计算教学中先学习了电子云离域及共轭相互作用的基本理论，进而以（顺，反）1，3-及1，4-戊二烯的三种异构体为例，通过三维构型及热力学稳定性分析，启发学生更好的理解、掌握和运用基本原理.如图2a所示，先引导学生运用量子化学软件的示图功能自主建模，分别构建1，3-戊二烯和1，4-戊二烯的三维构型.结构优化（Gaussian软件[4]或ADF软件[7]，简介见后）后发现三种同分异构体的能量关系符合：反-1，3-戊二烯<顺-1，3-戊二烯<1，4-戊二烯.这一现象与理论教学中的共轭二烯能量小于孤立二烯（受共轭效应影响），及反式构型能量小于顺式构型（受立体位阻效应影响）的结论一致.此外，引导学生对几个分子的前线轨道形貌异同进行分析（如图2b和2c所示），发现三个分子的HOMO均对应分子内两个双键的π（C-C）成键轨道，但是它们的LUMO轨道形态存在显著差异.顺/反-1，3-戊二烯的LUMO轨道在两个内侧碳（C2-C3）原子间显示π成键特征，内侧与外侧碳原子（C1-C2及C3-C4）之间显示π*的反键轨道特征.与此不同，1，4-戊二烯的LUMO轨道主要由内侧与外侧碳原子（C1-C2及C4-C5）之间的π*的反键轨道组成，不存在两组π*之间的成键特性.这一特征正是理论化学中关于电子离域-共轭现象的一个典型表现.
同分异构体的稳定性分析可用于验证理论教学中的若干基本原理和现象（如共轭、超共轭现象，椅式、船式环己烷构象的相对稳定性等），也可对未知物的空间构型，反应的优势中间体结构，以及不对称合成的立体选择性等系列实验问题进行解析和预测.这些都是量化计算在当前化学前沿科学研究中的具体应用.在热力学稳定性判定知识点的理论学习和上机实验教学的基础上，指导学生查阅文献分析实际应用.如对美国南加利福尼亚大学的Chaban教授课题组近期的工作进行调研，讲解及重现他们运用量化计算对氮掺杂石墨烯的氮原子掺杂位点的分析[8].引导学生对比不同模型结构的相对稳定性后发现氮原子在片层内优先以间隔方式掺杂，而非形成连续掺杂结构.据此启发学生发现氮氮成键对石墨烯片层结构的去稳定化作用.
近年来在理论、实验、实践的三位一体化的量化计算教学实践中，取得了良好的教学效果.上机实验课堂中学生的积极性、主动性显著提高，而且通过查阅、分析文献和应用实践，在验证和推广科学结论的过程中表现出浓厚的学习兴趣和热情，促进了学生对理论、实验和实践的综合运用.陶行知先生说过：“行动是老子，知识是儿子，创造是孙子”.这告诉我们，基于理论与实验的实践能够促进学生更充分的汲取知识，发掘他们在科学研究和实践推广中的创造性、前瞻性.
参考文献：
〔1〕王溢磊，李隽.计算化学实验的课程建设[J].大学化学，2018，33（10）：25-32.
〔2〕周公度，段连运.结构化学基础[M].北京大学出版社，2008.
〔3〕高鸿宾.有机化学[M].高等教育出版社，2005.
〔4〕M. J. Frisch， G. W. Trucks， H. B. Schlegel et al. Gaussian， Inc.， Wallingford CT， 2009.
〔5〕X. Wu， L. Zhao， J. Jin， S. Pan， W. Li， X. Jin， G. Wang， M. Zhou， G. Frenking， Science， 2018， 361， 912-916.
〔6〕高占先.有机化學[M].高等教育出版社，2018.
〔7〕G. Velde， F. M. Bickelhaupt， E. J. Baerends， C. F. Guerra， S. J. A. Gisbergen， J. G. Snijders， T. Ziegler， J. Comput. Chem. 2001， 22， 931-967.
〔8〕V. V. Chaban and O. V. Prezhdo， J. Am. Chem. Soc. 2015， 137， 36， 11688-11694.