量子化学计算.ppt

1、第7章 量子化学计算方法,量子化学计算概述 Gaussian程序使用 GaussView程序使用 Gaussian实例,主要内容,计算机的发展,经典力学,量子力学,分子和物质结构问题,分子力学,分子动力学,量子化学,计算化学,1687 Newton,Heisenberg 1926 Schrdinger Born,1946 Westheimer Mayer,1927 Heitler London,统计力学,Before 1900 Boltzmann,1957 Alder Wainwright,application of mathematical models and simulations t

2、o chemical problems using computers,量子化学计算概述,计算化学能解决的问题,molecular energies reaction energies, barriers,molecular geometries,electron distributions reactivities,spectroscopic properties: e.g. UV/VIS, IR/Raman, NMR, etc.,molecular dynamics reaction rates and mechanisms, protein folding,physical proper

3、ties: e.g. mechanical hardness,quantitative structure-activity relationships,Doesnt Include (list is not exhaustive):,solving rate equations,deconvoluting spectra,Includes (list is not exhaustive):,Cartesian coordinates Describing a collection of discrete molecules Molecular Mechanics The number of

4、coordinates: 3N Internal coordinates Relationship between the atoms in a single molecule Quantum Mechanics The number of coordinates: 3N-6,分子结构的表示方法,e.g. C2H4Cl2 free degree(X): 3 (2+4+2)=24 reduced free degree(E-X): 3 (2+4+2)-6(5) (linear),A 预测分子结构,给定一个化学式，通过理论计算定出它的最优结构,例：C2H4Cl2,势能面的方程,分子的完全 Schr

5、dinger方程： Born-Oppenheimer近似后方程分解为核运动和电子运动两个方程：,分子中原子核运动的势能函数,B 计算分子势能面 (PES),单分子性质 分子光谱 集团性质（容量性质） 自由能，焓，熵，热容 不可测量性质 键级,C 计算分子的化学性质,摘自Gaussian手册, 分子的能量和结构 过渡态的能量和结构 振动频率 红外和拉曼光谱 热化学性质 成键和化学反应能量 化学反应路径 分子轨道 原子电荷 电多极矩 NMR 屏蔽和磁化系数 振动圆二色性强度 电子亲和能和电离势 极化和超极化率 静电势和电子密度,单分子性质 集团性质 不可测量性质,目前常用的量子化学方法,1，ab

6、initio 分子轨道从头算方法（HF方法） 2，DFT 密度泛函方法 3，超自洽场方法 微扰方法(MPn) 组态相互作用法 CC方法 多参考态方法 4，半经验分子轨道方法,两类计算方法,1. Energy Calculation Methods（能量计算）:,relate the energy of a molecule to its geometry,are used to construct the potential energy surface势能面,include:,1. force-fields/molecular mechanics分子力场方法,- “ball-and-spri

7、ng” approach,2. ab initio methods 从头算或第一性原理方法,- fully quantum mechanical treatment of the electronic wavefunction,- neglects electronic structure,3. semi-emiprical molecular orbital methods半经验分子轨道法,- ab initio methods with an approximate/parameterized Hamiltonian,4. density functional theory methods

8、密度泛函理论方法,- fully quantum mechanical treatment of the electron density,fundamental to all calculations,能量,分子结构,2. Property Calculation Methods （性质计算） :,evaluate specific properties of a system,include:,1. geometry optimization几何优化,determine structures and energies of reactants, products and transitio

9、ns states,gives reaction energetics:,2. molecular dynamics分子动力学,follow spatiotemporal evolution of a chemical system,use information from energy calculation methods,positions,velocity,acceleration,3. statistical mechanical treatments统计热力学,predict thermodynamic properties,4. normal mode analysis in t

10、he harmonic approximation,gives vibrational frequencies, IR/Raman spectra,常用量子化学软件,量子化学软件目的在于将量子化学复杂计算过程程序化，从而便于人们的使用、提高计算效率并具有较强的普适性。 绝多数量子化学程序是采用Fortran语言编写的(Fortran 77或Fortran 90)，通常由上万行语句组成。,软件分类,计算原理,基于从头算或第一性原理方法 (ab initio/first principles) Gaussian、ADF、Dalton、Gamess、Crystal、VASP、Wien、Dmol等,基

11、于半经验或分子力学方法 MOPAC、EHMO、NNEW3等,研究对象,有限尺度体系(分子、簇合物等) Gaussian、ADF、Dalton、Gamess、MOPAC、EHMO等,无限周期重复体系(晶体、固体表面、链状聚合物等) Crystal、NNEW3、VASP、Wien等,采用理论方法要解决的问题,当前的研究状况，包括实验和理论研究现状、已解决和尚未解决的问题,计算过程,化合物构型的确定，具体途径包括：利用实验测定结果、或者采用软件进行构造等,根据现有的计算条件、模型的大 小以及所要解决的问题，选择可 行的计算方法和相应程序,对计算结果进行加工和提取有用 的信息，一般包括构型描述、 能量

12、分析、轨道组成、电荷和成 键分析等，并与实验结果比较,general details of a calculation,guess of molecular structure,calculate molecular energy,energy calculation methods,property calculation methods,molecular structure relative energies reaction pathways simulated spectra mechanical properties molecular dynamics etc.,所选取的计算模型

13、与实际情形一致 采用高级别的计算方法 当计算模型较大时，只能选择精确度较低的计算方法，只有对较小的模型才能选取高级的计算方法。,计算结果可靠性,计算模型和方法,与所研究化合物现有实验结果之间进行比较 对类似化合物进行研究，以类似化合物的实验结果作为参照 采用较大模型和较为高级的计算方法得到的计算结果作为参照（主要用于系列化合物的研究）,验证计算结果,参考书目,1, Christopher J. Cramer, Essentials of Computational Chemistry 2, David C. Young, Computational Chemistry 3, A. Frisch

14、, Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods 4, M. Springborg, Methods of Electronic-structure Calculations 5, W. Koch, A chemists Guide to Density Functional Theory 6, Andrew R. Leach, Molecular Modelling 7, Zork, Gaussian03中文参考手册,Gaussian03程序的使用,Gaussian03简介 Gaussian03的安装和运行 Gaussian03的

15、功能和程序结构 Gaussian03实例,Gaussian软件最初由获诺贝尔奖的Pople(1998年)等人于1970年完成的。目前该软件常用的版本有Gaussian98和Gaussian03（最新版本Gaussian 03.E.01），均为商业软件。分别有两种版本，一种应用于windows操作系统，一种应用于Linux操作系统，后者适合大型计算。一套Gaussian03软件一般包括Gaussian03 和GaussView两个组件。经过四十年的发展和完善， Gaussian软件是计算化学领域进行半经验计算和从头计算中使用最为广泛的量子化学软件。,Gaussian03简介,Gaussian03

16、程序的安装,1. Gaussian03(G03)程序的安装： (1).确定运行平台：Windows或Linux？ (2).对Windows平台： 直接运行setup.exe，其余步骤按提示操作即可；也可将其它机 器上将已安装好的G03w直接拷贝到本机，但需设置运行环境。 对Linux平台： a.若G03是经过压缩过的(文件结尾为gz)，用gunzip命令解压： 例如： gunzip g03.linux.tar.gz b.若G03是打包的(文件结尾为tar)，用tar命令将其释放： 例如： tar xvf g03.linux.tar ab两步合成一步方法： tar zxvf g03.linux.

17、tar.gz,c.设置环境变量，以c shell为例，在用户根目录下的.cshrc文件 添加下列内容：(也可在执行g03前逐条运行) setenv g03root /home/$USER(设置g03所在目录，根据实际情况修改) source $g03root/g03/bsd/g03.login(激活g03运行时所需环境变量) setenv GAUSS_SCRDIR /home/$USER/g03_tmp(设置临时目录) d. 运行bsd/install，自动配置并行计算环境 注：对Linux平台，运行g03时，需注意权限问题，可用chmod 命令更改权限，将所安装的g03对所有用户开放。,Ga

18、ussian03的主要功能,分子构型的优化,基态(Ground state),激发态(Excited state),反应过渡态(Transition state),能量计算,基态和激发态能量,化学键的键能,电子亲合能和电离能,化学反应途径和势能面,适合气相和溶液体系,光谱计算,IR光谱,Raman光谱,吸收/发射光谱以及二阶或三阶非线性光学性质,NMR,其它功能,电荷分布和电荷密度,偶极矩和超极矩,热力学参数,用于研究分子能量和结构、过渡态的能量和结构、化学键和反应能量、分子轨道、偶极矩和多极矩、原子电荷和电势、振动频率、红外和拉曼光谱、核磁共振谱、极化率和超极化率、热力学性质和反应路径等等，

19、是研究取代效应、反应机理、势能面和激发态能量的有力工具。,Gaussian,Overlay1,Overlay9,10,11,99,L101,L102,L122,Overlay0,L0,L001,Gaussian 程序结构是由主引导模块(g03.exe)和各分模块(l?.exe)组成 link0: 初始化程序，控制overlay link1: 读入并处理Route Section，建立要执行的link列表 link9999: 终止计算,Overlay99,L9999,Gaussian03 程序结构,L0初始化模块； L1读入输入文件，根据所给关键词确定将要使用的模块； L101,102,与构型优

20、化和反应过渡态相关的模块； L202输出距离矩阵、判断化合物点群及确定新的坐标系； L301,302309与基组和赝势有关模块； L310,319计算单电子及双电子积分模块； L401,402SCF初始猜测模块； L502,503,508SCF模块； L601,608Mulliken布居以及自然键轨道(NBO)分析模块； L701,702计算能量一阶和二阶导数模块； L8?,9?,10?,11?与Post-SCF方法有关模块； L9999进程结束模块；,常用模块的功能,定制内存和硬盘,-M- 2MW -#- MaxDisk=400MB Gaussian程序使用的内存单位W 是双精度字，相当于8

21、字节 2MW=16MB 设置方法： 将Default.r1文件改成default.rou,Gaussian03w工作界面,Preferences: 对Gaussian程序进行初始化设置,自定义外部文字编辑器，用来打开.out文件 link.exe所在的文件夹 临时文件存放文件夹 输入文件夹 PDB分子构型浏览器chemoffiec和hypechem,运行G03w.exe程序启动Gaussian,设置显示属性(如背景色等) 设置文本编辑器属性 计算过程控制属性(尤其是批作业过程) Default.Rou文件的编辑(该文件内容为默认情况下，计算所花费的内存及硬盘大小),Gaussian03 图形工

22、具栏,开始作业 暂停当前作业 当前link后暂停 终止当前作业和批处理 恢复当前作业 在当前作业完成后终止批处理 终止当前作业 编辑或建立批处理,批处理专用,打开外部编辑器 编辑输出文件,将.chk文件转换为.fch文件，这种 文件可以使用图形软件打开 将.fch文件还原为.chk文件 从指定.chk文件中显示作业的 route section和title 将.chk文件转换成文本格式 将以前版本的Gaussian产生的 .chk文件转换为G03的.chk文件,Gaussian03 程序工具,编辑批处理作业文件 转换不同格式的分子结构文件 读取.fch文件中的数据并生成 三维空间网格图 利用.

23、chk文件中的分子轨道， 生成电子密度和静电势的空间 分布网格图 从.chk文件中打印出频率 和热化学数据,编写或打开输入文件,点击RUN，并给定输出 文件名后开始运行,选择多步任务数,返回主菜单,设定多步任务 的开始任务,放弃 任务,检查计算执行路径,保存,运行过程的控制,不要随意点击！,开始运行,暂停进程,运行至下一模块(link)时暂停进程,重新启动进程,清除进程(停止运算),当前任务运行后暂停批作业,编辑批作业,打开文本编辑器,停止批作业的运算,观看计算结果,1、创建Gaussian输入文件,使用Gaussian03w编辑创建输入文件 使用Chem3D创建Gaussian03w输入文件

24、 使用GaussView创建 使用ASCII文本编辑器,%chk=water.chk %rwf=water.rwf #p hf/6-31g scfcyc=250 scfcon=8 Water 0 1 O H 1 R1 H 1 R1 2 a1 R1=1.04 a1=104.0,Gaussian输入文件的格式（5部分）,Link 0 命令行,计算执行路径行,标题行,电荷与多重度,分子说明部分,Molecular Specification 分子说明部分，段后通常加空行 确定分子中各原子坐标,% Section： 行首以%开始，段后无空行 确定G03执行文件名,Route Section：行首以#开

25、始，段后加空行 指定计算方法、基组、计算项目,Title：作业的简要描述，段后加空行 标题行,Charge C: 1S,2S,2Px,2Py,2Pz。适合大分子体系计算，计算量小，精度差。 基组的大小决定了基函数的数目，即体系的原子轨道数目，因此可从所选择的基组来推断MO数目， 如O：1s2s2p，原子轨道为1+1+3=5；GF数目为3*5=15。,劈裂价键基组（split ）：将价层电子的原子轨道（AO）用两个或以上两个基函数来描述，增加了基组规模，精度提高。 常见的劈裂价键基组 有“3-21G” “6-31G” “6-311G” 等。,321G：内层的每个AO用3个GF描述，价层的AO劈裂

26、为两组，分别用 2个和1个GF描述。显然，321g的GF数与sto-3g是相同的。 如O：内层为1s，AO数为1，GF数为3；价层2s的AO数为2*1=2，GF数为2+1=3； 价层2p的AO数为2*3=6，GF数为3*2+3*1=9，共1+2+6=9个AO和3+3+9=15个GF 对Mg：1s 2s 2p 3s 3p，内层1s, 2s和2p共有1+1+3=5个AO和3*5=15个GF，价层3s有2个AO和3个GF，价层3p有6个AO和9个GF，故共5+2+6=13个AO和15+3+9= 27个GF。,631G：内层每个AO用6个GF描述，价层的AO劈裂为两组，分别用3个和1个GF描述。 如O

27、：内层为1s，AO数为1，GF数为6；价层2s的AO数为2*1=2，GF数为3+1=4； 价层2p的AO数为2*3=6，GF数为3*3+3*1=12， 共1+2+6=9个AO和6+4+12=22个GF。 对Mg：1s 2s 2p 3s 3p，内层1s, 2s和2p共有1+1+3=5个AO和6*5=30 个GF，价层3s有2个AO和4个GF，价层3p有6个AO和12个GF，故共5+2+6=13个AO和 30+4+12=46个GF。 6311G：价层的AO劈裂为3组，分别用3个、1个和1个GF描述。 对于4-31G和6-21G类似。,3-21G为例,极化(polarization)基组,在上述标准

28、基组的基础上，添加一个或多个极化函数，极化函数是指具有比原子价轨道更高角量子数的高斯函数（给轨道添加角动量改变轨道形状）。 例如H的价轨道为1s，则其极化函数为p型GF； 对C、O等价层为p轨道的原子，它们的极化函数应为d型或f型轨道； 对于过渡金属原子的极化函数为f型轨道。 极化函数的使用目的在于使原子价轨道在空间取向上变得更“柔软”，从而使之易于与其它原子的轨道成键，适合于有机环状化合物以及含有桥联结构的金属簇合物等，特别适合于共轭体系。,例如对于羰基基团中的C，O原子，它们极化轨道(即d轨道)之间形成的d轨道，使得C原子的p轨道朝O方向极化，O的p轨道向C方向极化，从而增强了C与O之间的

29、作用。,常见极化基组：在标准基组后加“*”，“*”，(d)，(d,p)，(3df,3pd)等。 如： 6-31G（d）或6-31G*, 6-31G（d, p）或6-31G。 当只添加一个极化函数时，可使用下述表示： “*”等价于(d)，含义是对非氢原子添加一个极化轨道； “*”等价于(d,p)，含义是对非氢原子添加一个极化轨道的同时对H原子添加一个p极化函数； 当添加多个极化函数时，使用下述表示： (?d,?p)，表示对非H原子和H原子分别添加？个极化轨道如：6-31G(3d,2p) (?df,?pd), 表示对非H原子添加?个极化函数和1个具有更高角动量的极化函数; 对H原子分别添加?个p极

30、化函数和1个d极化函数; 例如, 对H2O计算时采用6-31G(2df,3pd)基组，其含义是: 对其中的H原子,在6-31G基组上在添加3个p轨道和1个d轨道; 对O原子, 则在6-31G基组上添加2个d轨道和1个f轨道。,弥散函数(diffuse),对于带有较多电荷的体系，采用上述标准的基组来描述是不够的, 此时需添加弥散函数,以增加价轨道在空间上的分布范围，即: 极化函数用于改进价轨道的角度分布, 弥散函数则用于改 进价轨道的径向分布。 弥散函数是指具有较小轨道指数的高斯函数。 其表示方法是在标准基组后加上“+”或“+”, 如6-31+G, 6-31+G*等, 其中 第一个“+”表示对非

31、H原子添加弥散函数, 第二个“+”则对H原子添加弥散函数。弥散函数主要用于共轭体系、带有电荷的体系(包括离子)、激发态以及弱作用体系（氢键、吸附作用、孤对电子）。,赝势基组ECP,有效核势ECP：,基本思想： 将内层电子和核的势能用函数代替 优点： 1)减少描述内层电子运动的基函数数目； 2)对于重原子的内层电子，可以计入相对论效应,Alamos ECP 基组：lanl1mb，lanl2mb，lanl1dz，lanl2dz等 Stephens/Basch/Krauss ECP基组： cep-4g，cep-31g，cep-121g，sdd等。 通常对于重元素采使用赝势基组，其中，对于过渡金属原子

32、一般使用lanl系列的基组，对于主族元素采用cep系列的基组，sdd基组相对较少使用； 赝势基组的适用范围要较全电子基组来得广，一般除了少数 稀土和放射性元素外，均可使用赝势基组； 赝势基组是将内层原子的影响用势函数来代替，因此，在使用时必须注意根据所采用的赝势基组，检查体系的总电子数是否正确！ 对lanl1系列的基组，只考虑价层电子；如V原子为5。 对lanl2系列的基组，除了价层电子外，还考虑了次外层的电子(对部分主族元素例外)；如V原子为5+8=13。 对于使用较多的lanl系列基组，需注意： 对于HNe范围的原子，lanl1mb和lan2mb基组等价于sto-3g最小基组；lanl1d

33、z和lanl2dz基组等价于d95基组；对于含金属金属键体系一般使用lanl2系列，而不用lanl1系列；mb结尾含义为minimal basis，dz结尾含义为double-zeta，故后者基函数数目要较前者多。,因需要, 对同一化合物中的不同原子采用不同的基组限制。 受基组限制： 例如, 对于Mo(CO)2+化合物, C和O原子可采用6-31+G基组, 但 Mo原子不在6-31G基组的使用范围之内. 受体系大小限制: 当体系较大时, 不可能对所有原子均采用较大的基组，此时可 对其中的局部原子采用精度较高的基组来描述，而对其余原子采用小基组来描述， 例如:,混合基组,基组选择中的一些问题,基

34、本原则：根据研究体系，选择公认合理的基组 配位化合物中心原子应该加d型极化函数 相关能计算应该用大的基组，包括较多的极化函数 对于阴离子等对电子束缚较弱的体系，应该添加弥散函数 对于弱相互作用体系，如氢键，弱分子间配合物，范德华相互作用等，应当添加弥散函数 计算激发态，应该使用大的基组，添加弥散函数,Route Section采用自由格式，大小写不敏感 同一行不同项之间可以使用空格，逗号和“/”连接； 例：#p hf/6-31g scfcyc=230 scfcon=8 #p,hf/6-31g,scfcyc=230,scfcon=8 关键词可以通过以下方式指定 keyword =option,k

35、eyword(option), keyword=(option1, option2, .)， keyword( option1, option2, .) 例：#p HF/STO-3G opt #p HF/STO-3G opt=(TS,readfc),#p b3lyp/ gen pop=full scfcyc=500 #p b3lyp/ gen pseudo=read pop=full scfcyc=500,使用赝势基组时，应注意不能漏!,Title部分必须输入，但是程序并不执行，起标识和说明作用,第3部分 Title Section,第4部分 Charge Fe 4s23d 4个自旋平行单电子

36、 S=2， 自旋多重度为5；,几个自旋多重度判断的例子,3）Fe2的自旋多重度有许多可能，哪个是基态需要根据实验或计算确定。 下面是其中一种可能的成键情况：,当左右两个Fe原子的未成对单电子自旋都平行时，S=4，自旋多重度是9；左边Fe单电子自旋向上，右边的自旋向下时，自旋多重度为1。,第5部分 Molecular Specification,分子说明部分主要用来定义分子核相对位置 分子核相对位置可以用笛卡尔坐标，内坐标(Z-matrix)，或者是二者混合 表示 笛卡尔坐标是内坐标的一种特殊形式 分子坐标的格式为: 元素符号, x, y, z 元素符号 (n) 原子1 键长 原子2 键角 原子

37、3 二面角 格式代码 (0,180) 以原子在分子中的序数表示 通过右手规则确定,1,2,3,4,键长,键角,二面角,二面角的判断,逆时针为正,顺时针，为负,%chk=h2o2.chk %rwf=h2o2.rwf #p hf/6-31g opt H2O2 energy calculation 0 1 H O 1 0.9 O 2 1.4 1 105.0 H 3 0.9 2 105.0 1 120.0,%chk=h2o2.chk %rwf=h2o2.rwf #p hf/6-31g opt H2O2 energy calculation 0 1 H 0.000 0.0000.000 O 0.000

38、0.9000.000 O 1.350 1.2620.000 H 1.464 1.742-0.752,内坐标表示 笛卡尔直角坐标表示 上述两个作业将对H2O2分子的结构进行完全优化，包括所有的键长键角和二面角。 通过将内坐标定义成变量，可以对分子结构进行部分优化,例1：使用HF方法，优化 H2O2分子,%chk=h2o2.chk %rwf=h2o2.rwf #p hf/6-31g opt H2O2 energy calculation 0 1 H O 1 r1 O 2 r2 1 a1 H 3 r1 2 a1 1 d1 r1=0.9 r2=1.4 a1=105.0 d1=120.0 通过对两个键长

39、和键角使用同一变量定义可以控制分子的对称性,%chk=h2o2.chk %rwf=h2o2.rwf #p hf/6-31g opt H2O2 energy calculation 0 1 H O 1 r1 O 2 r2 1 a1 H 3 r1 2 a1 1 d1 r1=0.9 a1=105.0 变量部分 d1=120.0 r2=1.4 常量部分 通过设定常量，可以使程序 只对分子结构进行部分优化,# HF/STO-3G OPT C2H4 opt 0 1 C C 1 r1 H 1 r2 2 a1 H 1 r2 2 a1 3 180.0 H 2 r2 1 a1 3 0.0 H 2 r2 1 a1

40、4 0.0 r1=1.32 r2=1.09 a1=120.0,通过同一个变量控制C-H键长 把二面角定义为180和0的常量 来控制分子的平面构型,例2： C2H4分子 平面形分子,# HF/STO-3G OPT CH3F C3v opt 0 1 C F 1 r1 H 1 r2 2 a1 H 1 r2 2 a1 3 b H 1 r2 2 a1 3 -b r1=1.38 r2=1.09 a1=110.6 b=120.0 通过常量b来控制C3V对称性,例3： CH3F分子 分子点群C3V,例4： NH3分子 分子点群C3V,X 使用一个虚原子来定位 N 1 1.0 H 2 r1 1 a1 H 2 r

41、1 1 a1 3 b1 H 2 r1 1 a1 3 -b1 Variables或空行 r1=1.00 a1=109. b1=120. 空行,呋喃分子 分子点群C2v,乙炔分子 直线形分子,C H 1 1. H 1 1. 2 a H 1 1. 2 a 3 120. H 1 1. 2 a 3 -120. a=109.47 如果输入的键角小数点后没有三位有效 数字，则程序判断为c3v群，此时，可以 结合采用symm=loose关键词来降低对精 度的要求,甲烷内坐标： Td对称性,X C 1 a C 1 a 2 60. C 1 a 3 60. 2 180.0 C 1 a 4 60. 3 180.0 C

42、 1 a 4 120. 2 180.0 C 1 a 5 120. 3 180.0 H 2 b 3 120. 7 180.0 H 3 b 2 120. 4 180.0 H 4 b 3 120. 5 180.0 H 5 b 4 120. 6 180.0 H 6 b 5 120. 7 180.0 H 7 b 6 120. 2 180.0 a=1.42 b=1.0,苯的内坐标：,课堂练习 安装G03 W版本 写出分子 H2C=C=O分子输入坐标， 其中C=C: 1.35 C=O: 1.20 C-H: 1.09 写出苯分子内坐标，C=C: 1.30 C-H: 1.09 计算水的单点能,用Chem3D建立

43、Gaussian输入文件,构建三维分子结构 显示分子内坐标 提交Gaussian任务，创建Gaussian输入文件。 做好Job General Theroy等选项，创建Gaussian输入文件.gif 查看并修改文件,例1 用Chem3D 构建交错式乙烷（stagger-C2H6）分子，并在软件界面上直接创建在HF/6-31G*水平上进行几何优化计算的G03W 输入文件。,利用文本工具，在文本框内键入符合分子式C2H6回车即可，也可用单键工具绘制。,1) 构建交错式乙烷（stagger-C2H6）分子,2) 启动MOPAC软件进行分子几何预优化,打开命令栏上的“MOPAC”下拉菜单，点击该下

44、拉菜单中的“Minimize Energy”命令，跳出同名的“Minimize Energy”对话框，如图所示。在对话框上点菜单“Job Type”，在“Job”栏上选“Minimize Energy”；点取“Copy Measure ments to Message”；将“Minimum RMS”之取值修改为0.0001（默认值为0.1）； 再点菜单“Theory”，在“Method”栏选“PM3”；在“Wavefunction”栏选“Closed Shell”； 点击对话框右下角的“Run”钮进行优化，结构的微小变化在屏幕上不易观察出。,3)创建Gaussian 输入文件,打开命令栏上的“

45、Gaussian”下拉菜单，点击“Create Input File”命令，在跳出的“Create Input Fil”对话框上点菜单“Job Type”，在“Job”栏上选“Minimize Energy”；点取“Copy Measurements to Message”、“Do Not Calculate Forece Constant”和“Use Tight Convergence Criteria(快速收敛)”。点菜单“Theory”，在“Method”栏点取“Hartree-Fock（即单组态自洽场从头算）”； 在“Wavefunction”栏选“Closed Shell”。 在“B

46、asis”栏选6-31G ，还可通过显亮的“Diffuse”栏添加（+或+）（本例要求采用6-31G*基组（在Gaussian 中其关键词与6-31G(d,p)等同）。菜单“Properties”下的画面提供了10 种分子性质计算项目共用户选择。本算例旨在确定C2H6分子的最优几何构型，也可视需要增加一些性质的计算。 “Properties”栏点选“Charges”；在“Population”栏点取“Mulliken”。SCF Energy 和Diple 是默认计算项目，故无须另行选择。 点击“创建(Creat)”钮，输入文件名(C2H6-631ss .gif)。,输入文件C2H6-631ss

47、.GJF 的内容和格式： %Chk=Untitled-1.chk # RHF/6-31G(d,p) Opt(Tight) Pop=(Minimal) Test Untitled-1 0 1 C 0 -0.761497 -0.000000 0.000000 C 0 0.742979 -0.000000 0.000000 H 0 -1.166282 0.000000 -1.020422 H 0 -1.166197 0.883621 0.510418 H 0 -1.165943 -0.883846 0.510202 H 0 1.147464 0.003157 1.020553 H 0 1.14771

48、1 0.882151 -0.513023,4)用Gaussian 打开C2H6-631ss .gif输入文件，结果如下：,例2 用Chem3D 构建Alq3（三8-羟基喹啉铝）分子并在对称性约束下建立SCF-HF 或DFT 法几何全优化作业的G03W 输入文件。,1. 在ChemDraw 上完成Alq3 分子2D 构建,2. 将分子图形贴入Chem3D,3. 对贴入的分子图形进行人工修整 点选下拉菜单“View”的“SettingsBuilding”，只保留最后两个选项；使用下拉菜单“ObjectSet Bond Angle”命令设定三个O-Al-O角度为90，使用分子内部旋转工具，调整分子为

49、3D对称性，用命令“Object Set Dihedral Angle”将三个与O 原子邻接的C原子相关二面角设定成等值 （164）（即对称性等价的二面角O-Al-O-C、O-Al-O-C和C-O-Al-O）,4. 确认无误后将当前构型的分子存为PDB 格式文件（Alq3.PDB）,5. 将*.PDB 文件转换成*.GJF 文件并进行修改，关闭Chem3D，启动G03W。按UtilitiesNew Zmat 命令将Alq3.PDB 转换成Alq3.GJF 文件，其起 首部分如下图所示。 6. 修改输入文件，加入哑原子（虚原子）X，并做对称性限制。,用GaussView3.0建立Gaussian

50、输入文件,构建分子结构 用GaussView3.0来创建分子内坐标 用GaussView3.0提交Gaussian任务 查看结果,例 用GaussView 构建香草酸分子几何优化和光谱作业的G03W 输入文件。,1、画结构 单击模型Builder工具 ，在工作窗口中画苯环。 单击元素工具 ，选氧元素， 再点 ，替换苯环上H7和H12形成两个OH。 选碳元素，再点 ，替换苯环上H9和H14形成两个CH3。 选氧元素，再点 ，替换苯环正上方H18和H20形成两个OH。 单击 ，删除上方OH和CH上两个H，再单击 ，选 链接O和C形成双键，成为羧基COOH。 单击 整理分子的键长与键角。,2、设置G

51、aussian计算选项 选菜单Calculate-Gaussian Setup，弹出对话框。 Job Type选“OPT+FREQ”，其他选第一选项； Method选基态（ground state）、自洽场(HF)、6-31G基组加d,p轨道极化函数； Tittle输入van opt 以及其他选项。 3、保存并查看Gaussian输入文件 单击Edit保存或编辑现有文件； 若单击Submit提交Gaussian计算,2、运行Gaussian,在Gaussian03W中运行,启动Gaussian03W程序，编辑或打开计算任务的Gaussian输入文件 点击运行按钮，弹出对话框，指定输出文件名.o

52、ut以及保存位置 点击保存按钮， Gaussian计算开始运行，完成后，可打开输出文件名.out查看运行结果。,也可在GaussView及Chem3D中运行并查看结果,Gaussian作业输出示例 （H2O的单点能计算SP）,采用编辑Gaussian输入文件，具体内容如下： %Chk=H2O-3G #p HF/STO-3G Single point energy of water 0 1 O 0. 0. 0. H 0.662 0. 0.468 H -0.662 0. 0.468,Entering Link 1 = C:G03Wl1.exe PID= 1572. Copyright (c) 19

53、88,1990,1992,1993,1995,1998,2003, Gaussian, Inc. All Rights Reserved. This is the Gaussian(R) 03 program. It is based on the the Gaussian(R) 98 system (copyright 1998, Gaussian, Inc.), the Gaussian(R) 94 system (copyright 1995, Gaussian, Inc.), the Gaussian 92(TM) system (copyright 1992, Gaussian, I

54、nc.), the Gaussian 90(TM) system (copyright 1990, Gaussian, Inc.), the Gaussian 88(TM) system (copyright 1988, Gaussian, Inc.), the Gaussian 86(TM) system (copyright 1986, Carnegie Mellon University), and the Gaussian 82(TM) system (copyright 1983, Carnegie Mellon University). Gaussian is a federall

55、y registered trademark of Gaussian, Inc. RESTRICTED RIGHTS LEGEND Use, duplication or disclosure by the US Government is subject to restrictions as set forth in subparagraph (c)(1)(ii) of the Rights in Technical Data and Computer Software clause at DFARS 252.227-7013.,历 史 和 版 权,Cite this work as: Ga

56、ussian 03, Revision B.02, M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, J. A. Montgomery, Jr., T. Vreven, K. N. Kudin, J. C. Burant, J. M. Millam, S. S. Iyengar, J. Tomasi, V. Barone, B. Mennucci, M. Cossi, G. Scalmani, N. Rega, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, M. Klene, X. Li, J. E. Knox, H. P. Hratchian, J. B. Cross, C. Adamo, J. Jaramillo, R. Gomperts, R. E. Stratmann, O. Yazyev, A. J. Austin, R. Cam