用Gaussian研究化学问题.docx
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用Gaussian研究化学问题
用Gaussian研究化学问题
一:
单点能的计算
单点能计算是指对给定几何构性的分子的能量以及性质进行计算,由于分子的几何构型是固定不变的,只是"一个点",所以叫单点能计算。
单点能计算可以用于:
计算分子的基本信息
可以作为分子构型优化前对分子的检查
在由较低等级计算得到的优化结果上进行高精度的计算
在计算条件下,体系只能进行单点计算
单点能的计算可以在不同理论等级,采用不同基组进行。
例:
甲醛单点能
Theelectronicstateoftheinitialguessis1-A1.
Warning!
Cutoffsforsingle-pointcalculationsused.
RequestedconvergenceonRMSdensitymatrix=1.00D-04within128cycles.
RequestedconvergenceonMAXdensitymatrix=1.00D-02.
Requestedconvergenceonenergy=5.00D-05.
Nospecialactionsifenergyrises.
KeepR1integralsinmemoryincanonicalform,NReq=649414.
SCFDone:
E(RHF)=-113.863702135A.U.after6cycles
Convg=0.4799D-04-V/T=2.0031
S**2=0.0000
*********************************************************************
PopulationanalysisusingtheSCFdensity.
*********************************************************************
二:
几何优化
收敛标准
当一阶导数为零的时候优化结束,但实际计算上,当变化很小,小于某个量的时候,就可以认为得到优化结构。
对于Gaussian,默认的条件是:
力的最大值必须小于0.00045
均方根小于0.0003
为下一步所做的取代计算为小于0.0018
其均方根小于0.0012
这四个条件必须同时满足。
几何优化的输入
Opt关键字描述了几何优化
输入文件的设置行为
#RRHF/6-31G(d)OptTest
表明采用RHF方法,6-31G(d)基组进行优化
优化部分的计算包含在两行相同的:
GradGradGradGradGradGradGradGradGradGrad…之
间,这里有优化的次数,变量的变化,收敛的结果等等,注意这里面的长度单位是波尔。
GradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGrad
InternalForces:
Max0.011072236RMS0.003805039
Stepnumber1outofamaximumof25
Allquantitiesprintedininternalunits(Hartrees-Bohrs-Radians)
Secondderivativematrixnotupdated--firststep.
Eigenvalues---0.032790.032790.032790.160000.16000
Eigenvalues---0.160000.160000.372300.372300.37230
Eigenvalues---0.372300.644911000.000001000.000001000.00000
Linearsearchnotattempted--firstpoint.
Iteration1RMS(Cart)=0.01299341RMS(Int)=0.00003088
Iteration2RMS(Cart)=0.00003533RMS(Int)=0.00000000
Iteration3RMS(Cart)=0.00000000RMS(Int)=0.00000000
VariableOldX-DE/DXDeltaXDeltaXDeltaXNewX
(Linear)(Quad)(Total)
R12.475540.011070.000000.017160.017162.49270
R22.022010.004650.000000.012490.012492.03449
R32.022010.004650.000000.012490.012492.03449
R42.022010.004650.000000.012490.012492.03449
R52.022010.004650.000000.012490.012492.03449
A12.120580.000810.000000.005070.005072.12564
A22.120580.000810.000000.005070.005072.12564
A32.04204-0.001630.00000-0.01014-0.010142.03190
A42.120580.000810.000000.005070.005072.12564
A52.120580.000810.000000.005070.005072.12564
A62.04204-0.001630.00000-0.01014-0.010142.03190
D13.141590.000000.000000.000000.000003.14159
D20.000000.000000.000000.000000.000000.00000
D30.000000.000000.000000.000000.000000.00000
D43.141590.000000.000000.000000.000003.14159
ItemValueThresholdConverged?
MaximumForce0.0110720.000450NO
RMSForce0.0038050.000300NO
MaximumDisplacement0.0238800.001800NO
RMSDisplacement0.0130070.001200NO
GradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGrad
例:
硅原子最佳优化模型
SCFDone:
E(RHF)=-1149.18913216
三:
频率分析
频率分析可以用于多种目的:
预测分子的红外和拉曼光谱(频率和强度)
为几何优化计算力矩阵
判断分子在势能面上的位置
计算零点能和热力学数据如系统的熵和焓
频率计算的输入
Freq关键词代表频率分析。
频率分析只能在势能面的稳定点进行,这样,频率分析就必须在已经优化好的结构上进行。
最直接的办法就是在设置行同时设置几何优化和频率分析。
特别注意的是,频率分析计算是所采用的基组和理论方法,必须与得到该几何构型采用的方法完全相同。
输入文件的设置行为
#RHF/6-31G(d)FreqTest
例:
苯环的频率分析结果
输入文件的设置行为
#hf/3-21goptfreq
输入文件的设置行为
#b3lyp/3-21goptfreq
四:
基组的影响
基组是体系内轨道的数学描述。
大的基组由于对电子在空间上有小的限制而具有更大的精确性。
用于电子结构计算的标准的基组使用线性的高斯函数来模拟轨道。
Gaussian提供大量的已经定义好的基组。
基组的分类:
1.最小基组;STO-3G是最小得基组。
2.分裂机组;
3.极化基组;
4.高角动量基组
常用基组总结如下:
基组应用原子描述与说明
STO-3G[H-Xe]最小的基组,适用于较大的体系
3-21G[H-Xe]
6-31G(d)(6-31G*)[H-Cl]在重原子上增加极化函数,用于大多数情况下计算
6-31G(d,p)(6-31G**)[H-Cl]在氢原子上增加极化函数,用于精确能量计算
6-31+G(d)[H-Cl]增加弥散函数,适用于孤对电子、阴离子和激发态
6-31+G(d,p)[H-Cl]在氢原子上增加p函数,6-31G(d,p)基础上增加弥散函数
6-311+G(d,p)[H-Br]三ZETA,在6-31+G(d)基础上加额外的价函数,如果需要也可通过加上一“+”来实现对氢原子加上弥散函数
6-311+G(2d,p)[H-Br]对重原子加上2df函数,并加上弥散函数,对氢重原子加上1p函数
6-311+G(2df,2p)[H-Br]对重原子加上2d和1f函数,并加上弥散函数,对氢重原子加上2p函数
6-311++G(3df,2pd)[H-Br]对重原子加上3d和1f函数,对氢重原子加上2p和1d函数,并且二者都加上弥散函数
五:
吸附能
例:
苯环与氢气的吸附
SCFDone:
E(RHF)=-609.235931182
SCFDone:
E(RHF)=-609.308956605
SCFDone:
E(RHF)=-609.280944078
六:
激发态计算
激发态是指分子体系的稳定的,高能级的电子结构状态。
比如在高能紫外可见光谱中的激发态的分子。
下面是激发态计算的关键词
CIS进行CI-Silgles激发态计算,这是方法关键词,在其前面可以加上R和U作为闭壳层分子和开壳层分子的标识。
CIS=(Root=n)确定研究哪一个激发态,默认为1
CIS=(NStates=n)确定研究的激发态的数量。
默认为3
CIS=50-50同时计算单重态和三重态。
Triplets选项为计算单重态,默认
为单重态。
当选择Triplets时,一定要设置NStates数量。
CIS=Read从临时文件中读入初始猜测。
用于利用前一个工作中的结果
进行计算,与Guess=Read和Geom=Check一起使用。
Density=Current要求计算激发态的布局分析
Pop=Reg要求较详细的布局分析结果,包括分子轨道系数
例:
苯环的激发态优化和频率分析
六:
小分子结构设计
3苯环的稳定结构
SCFDone:
E(RHF)=-532.996137478
SCFDone:
E(RHF)=-533.015484532
SCFDone:
E(UHF)=-494.802619502
七激发态计算
在Gaussian中,提供的是结构相关方法(ConfigurationInterac
tionapproach),采用Hartree-Fock单置换,所以也被称为CI-Singles。
运行激发态计算时的关键词为CIS。
用HF方法计算时的输出结果:
用B3LYP方法计算时的输出结果:
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- Gaussian 研究 化学 问题