核磁共振(NMR:Nuclear magnetic resonance)技术已经发展成为结构解析的标准技术。核磁共振屏蔽常数的理论计算是预测核磁共振波谱常数必不可缺少的工具。而且,其技术和方法都向着生物大分子的方向发展。近几年里,越来越多的组合方法被运用到核磁共振屏蔽常数的理论计算中。其中焦点分析(FPA-M:Focal point analysis for magnetic properties)方法已经成功地计算了各类小分子体系的屏蔽常数,并且其精度达到了 CCSD(T)完全基组(CBS:Complete Basis set)极限值的水平。然而,FPA-M方法需要同时计算MP2/cc-pV5Z和CCSD(T)/cc-pVTZ的屏蔽常数,其计算量随体系尺寸迅速增大,只能计算含六个重原子体系,因而限制了FPA-M方法在大分子中的应用。本论文在FPA-M方法的基础上继续拓展,主要工作包括以下几个方面:1.系统地研究了两种可以有效降低FPA-M方法计算量的方案:(a)将MP2方法替换为HF方法,即得到FPA-M-HF方法。经过系统比较表明,FPA-M-HF方法可以精确计算13C,15N,17O和19F原子的屏蔽常数,在cc-pCVnZ和pc-J两个基组下其精度优于CCSD(T)/cc-pV5Z;在cc-pVnZ基组下能实现计算量和精度的最好平衡,其精度能达到CCSD/cc-pV5Z,而计算量与CCSD(T)/cc-pVTZ相近。(b)将VTZ下的差值替换为VDZ下的差值,即得到FPA-M-D方法。经过研究表明,该方法能大大减少计算量,但是作为代价,其精度只能介于CCSD(T)/cc-pV5Z 和 CCSD(T)/cc-pVQZ 之间。2.为了进一步减小计算量和扩大计算体系的尺寸,提出了计算屏蔽常数的FPA-M-H方法,即外推HF屏蔽常数至CBS极限,并加上较小基组(如cc-pVTZ)下CCSD(T)与HF计算屏蔽常数的差值作为高阶相关校正,其中较小基组下的CCSD(T)值是由更小基组(如cc-pVDZ)下的CCSD(T)屏蔽常数加上MP2下这两个基组(较小和更小基组)计算的屏蔽常数差值作为校正项来获得。经过系统比较表明,FPA-M-H方法的精度能达到CCSD(T)/cc-pV5Z,且能计算包含16个重原子的体系。这对进一步指导生物大分子的计算有着重要的意义。3.将FPA-M-H与我们课题组开发的XO方法(扩展的ONIOM方法)有效地结合起来以计算大分子体系的屏蔽常数。在XO方法中,可以通过调节分子碎片重叠的大小来降低边界效应。分子碎片重叠越大其边界效应也越小,但同时也意味着分子碎片本身的尺寸变大,从而增加了 FPA-M-H方法的计算量。因此,本论文确定了六个大分子的最优分块方案并计算其屏蔽常数。