自然键轨道理论

在量子化学中，自然键轨道或 NBO 是计算出的具有xxx电子密度的键轨道。 NBO 是一系列自然定域轨道集之一，包括自然原子轨道 (NAO)、自然杂化轨道 (NHO)、自然键合轨道 (NBO) 和自然（半）定域分子轨道 (NLMO)。 这些自然局域化集合介于基本原子轨道 (AO) 和分子轨道 (MO) 之间：

原子轨道 → NAO → NHO → NBO → NLMO → 分子轨道

自然（局域）轨道在计算化学中用于计算原子中和原子间键的电子密度分布。 它们在分子的局部 1 中心和 2 中心区域具有xxx占有率特征。 自然关键轨道理论 (NBO) 包括尽可能高的电子密度百分比，理想情况下接近 2.000，提供最准确的 ψ 可能“自然路易斯结构”。 高百分比的电子密度（表示为 %-ρL），对于普通有机分子通常大于 99%，与准确的自然路易斯结构相对应。

自然轨道的概念由 Per-Olov Löwdin 于 1955 年首次提出，用于描述 N 电子波函数固有的一组独特的正交单电子函数。

每个成键 NBO σAB（供体）可以用原子 A 和 B 上的两个定向价杂化物 (NHO) hA、hB 来表示，并具有相应的极化系数 cA、cB：

σAB = cA hΑ + cB hB

键从共价(cA＝cB)到离子(cA＞＞cB)极限平稳变化。

每个价键 NBO σ 必须与相应的价反键 NBO σ*（受体）配对以完成价空间的跨度：

σAB* = cA hΑ − cB hB

成键的 NBO 是路易斯轨道类型的（占据数接近 2）； 反键 NBO 属于非刘易斯轨道类型（占据数接近 0）。 在理想化的路易斯结构中，完整的路易斯轨道（两个电子）由形式上空的非路易斯轨道补充。 价反键的弱占有率表明无法减少理想化局部路易斯结构的偏离，这意味着真正的离域效应。

使用可以计算 NBO 的计算机程序，可以找到最佳的路易斯结构。 最佳路易斯结构可以定义为路易斯轨道中具有xxx电荷量的结构（路易斯电荷）。 路易斯轨道中的少量电子电荷表明电子离域的强烈影响。

在共振结构中，可能存在主要和次要贡献结构。 例如，对于酰胺，NBO 计算表明具有羰基双键的结构是主要的路易斯结构。 然而，在 NBO 计算中，由于共振结构中包含键极性效应，因此不需要共价离子共振。 这类似于其他现代价键理论方法。