Angew. Chem.上发表了全面介绍各种共价和非共价相互作用可视化分析方法的综述
Angew. Chem.上发表了全面介绍各种共价和非共价相互作用可视化分析方法的综述
文/Sobereva@北京科音 2025-Jun-26
原子、分子间的相互作用在化学体系中无处不在。化学体系中的相互作用可以按强度大体分为化学键相互作用和弱相互作用，也可以按作用特征大体分为共价和非共价相互作用。这些相互作用普遍在数值层面上进行研究，如研究相互作用能及其物理成份（能量分解）、几何参数、键级、AIM拓扑分析考察键临界点属性，等等。而如今，这些相互作用的可视化分析（visual analysis）日趋流行，在计算化学研究文章中被应用得越来越普遍、在文献中越来越常见。这些方法可以令化学家们十分直观生动地认识相互作用出现的位置、强度、本质，不仅应用十分便利，也对传统的基于数值的研究相互作用的方式提供了关键性的互补。这些方法在近年来还得到了快速发展，涌现了许多新的分析手段。显然，对这些可视化分析方法进行全面、系统的综述是极为重要且迫切的。
近期，北京科音自然科学研究中心（http://www.keinsci.com）的卢天应知名的Angew. Chem. Int. Ed.期刊的邀请，发表了名为Visualization Analysis of Covalent and Noncovalent Interactions in Real Space的综述，可在此访问：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202504895。若未订阅，也可以免费阅读此文在ChemRxiv上的预印版https://doi.org/10.26434/chemrxiv-2025-9t442（内容和正式版基本一样，写文章时请引用正式版）。
推荐使用Multiwfn程序做文中介绍的各种可视化分析时引用此综述！
此综述是到目前为止最完整和系统介绍各种化学体系中相互作用可视化分析方法的文章，面向广大化学家，特别是计算化学家。文章的写作注重令内容清晰易懂、深入浅出，且引发广泛读者们的兴趣。通过此文，化学研究者们可以快速且充分了解各种可视化分析方法的基本思想、适用范畴，并且结合文中提供的丰富的例子，读者能够充分体会到它们的重要实用价值。在看过本文有了基本的知识框架后，若想进一步深究物理、算法细节等方面的知识以及了解更多实际应用，推荐再阅读此综述中引用的各种方法的原文和相关文章。
此综述介绍的可视化分析方法十分全面，并且囊括了最新进展。主要介绍了NCI（亦称RDG）、IRI、IRI-pi、IGM、IGMH、mIGM、aNCI、amIGM、Hirshfeld表面分析、静电势分析、范德华势分析、ELF、LOL、LOL-pi、电子密度拉普拉斯函数、变形密度、价层电子密度。值得一提的是，其中IRI、IRI-pi、IGMH、mIGM、amIGM、范德华势分析、价层电子密度分析都是此文的作者所提出的。
综述中还简要提及了文章作者开发的十分流行的波函数分析程序Multiwfn（主页：http://sobereva.com/multiwfn），这是唯一可以实现此文介绍的所有方法的程序，有很多方法还是此程序独家支持的。Multiwfn对于大量相互作用可视化分析方法在计算学领域的普及和推广起到了关键性的作用，此综述里几乎所有图都是基于Multiwfn计算的数据绘制的。Multiwfn的相关信息见《Multiwfn FAQ》（http://sobereva.com/452）和介绍文章J. Chem. Phys., 161, 082503 (2024) DOI: 10.1063/5.0216272。
此外，http://sobereva.com/667介绍的卢天在2024年发表的Visualization Analysis of Weak Interactions in Chemical Systems（Comprehensive Computational Chemistry Vol.2中的一章）和前述的综述有极为密切的联系，此文介绍的方法专注于弱相互作用，涉及的方法更少，而由于有明显更多的篇幅，因而对它们的介绍明显更深入细致，故和上面的综述有极大的互补性，强烈建议阅读！
还十分推荐阅读以下文章及其中引用的文章获取更多相关知识以及计算操作细节：
使用Multiwfn做IGMH分析非常清晰直观地展现化学体系中的相互作用
http://sobereva.com/621（http://bbs.keinsci.com/thread-28147-1-1.html）
使用IRI方法图形化考察化学体系中的化学键和弱相互作用
http://sobereva.com/598（http://bbs.keinsci.com/thread-23457-1-1.html）
使用Multiwfn做Hirshfeld surface分析直观展现分子晶体和复合物中的相互作用
http://sobereva.com/701（http://bbs.keinsci.com/thread-43178-1-1.html）
谈谈范德华势以及在Multiwfn中的计算、分析和绘制
http://sobereva.com/551（http://bbs.keinsci.com/thread-17271-1-1.html）
在Multiwfn中单独考察pi电子结构特征
http://sobereva.com/432（http://bbs.keinsci.com/thread-10610-1-1.html）
ELF综述和重要文献小合集
http://bbs.keinsci.com/thread-2100-1-1.html
静电势与平均局部离子化能相关资料合集
http://bbs.keinsci.com/thread-219-1-1.html
使用Multiwfn研究分子动力学中的弱相互作用
http://sobereva.com/186
使用Multiwfn做aNCI分析图形化考察动态过程中的蛋白-配体间的相互作用
http://sobereva.com/591（http://bbs.keinsci.com/thread-21826-1-1.html）
通过电子定域化函数(ELF)、价层电子密度分析讨论亲核进攻的方向
http://sobereva.com/606（http://bbs.keinsci.com/thread-23982-1-1.html）
通过价层电子密度分析展现分子电子结构
http://www.whxb.pku.edu.cn/EN/10.3866/PKU.WHXB201709252
此外，笔者的18碳环及相关体系的研究文章中充分利用了文中介绍的许多方法，是很好的应用实例，研究汇总见http://sobereva.com/carbon_ring.html。
量子化学波函数分析与Multiwfn程序培训班（http://www.keinsci.com/WFN）对前述的综述中几乎所有方法都有十分全面、透彻、系统的介绍，并对各种分析方法在Multiwfn中的实际操作做了细致的演示并传授大量技巧，信息量远比综述里的大得多得多，因而很推荐对这些分析方法感兴趣者关注和参加。
下面是Visualization Analysis of Covalent and Noncovalent Interactions in Real Space综述中的图，供预览。
