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文檔簡介

高斯輸入文件的創建和程序運行初學時,可以調用高斯自帶的練習進行計算已達到學習高斯的目的(在example和exercise文件夾中)。.創建輸入文件的目的所有的量化程序(包括高斯)都是將所輸入的分子轉化為薛定諤方程,然后求解方程得到所需要的有關分子的性質。因此我們必須要將所研究的體系轉化為高斯的輸入文件,才能調入到高斯中進行計算。輸入分子結構的合理性將直接決定著據此得到的薛定諤方程的合理性,也就影響著所得到的解的準確性,所以創建一個合理的輸入文件是量化計算的一個重要環節。對于金屬配合物,塊體材料和納米材料來說,構建合理的輸入文件也是難點。常用的創建高斯輸入文件的方法

輸入文件的創建大致可分為兩類:利用晶體文件產生輸入文件;利用繪圖軟件畫出分子結構然后轉換為輸入文件。利用晶體文件產生輸入文件。可以利用汪洋所編寫的一個程序將晶體數據轉化為高斯輸入文件(網址:/disparticle.php?boardName=Gaussian&ID=14201)。對于沒有晶體結構的物質也可以用量化軟件進行研究,但對于大分子來說,尋找并判斷出用于研究的合適初始構型不是一件容易的事。關于汪洋晶體程序的使用請參見程序自帶的使用說明。利用Gview,Chem3D(包括Chemdraw)和Hperchem繪圖軟件產生輸入文件使用繪圖軟件構建高斯輸入文件的優點是真正實現了量化軟件的優勢,既除了可以研究有晶體結構的物質外,還可以研究沒有晶體數據的物質。需要注意的是可以用繪圖軟件繪圖并不表示我們可以隨意的構建分子結構,相反,與用晶體數據構建高斯輸入文件相比,在這個構建高斯輸入文件的過程中,我們要付出更多努力,要更加的謹慎,因為只有一個合理的輸入結構才能確保下一步量化計算的順利和正確。量化計算中很多的錯誤都是由于所給的輸入結構不合理和命令不熟悉造成的。所以在用繪圖軟件構建輸入文件前,一定要仔細的琢磨所要研究的物質,確保輸入的構型在原子的雜化方式(如C的SP2對應一個平面三角形的結構,在畫分子結構時要將其體現出來),鍵長,空間結構和對稱性等方面的準確性,否則計算就會出錯。下面分別扼要的介紹各種軟件的使用(Chem3D和HperChem摘自吳國是老師《高斯使用入門》應用Gauss時,計算結果的圖形顯示以及較復雜分子的構建均需借助于輔助軟件的配合使用。Gauss本身能識別和讀入BrookhavenPDB格式的分子描述文件(文件名為*.pdb或*.ent),作業完成后又能通過ExternalPDBViewer命令輸出描述分子最后幾何構型的*.pdb文件。因此,能夠讀入和輸出PDB格式文件且帶有分子構建和三維顯示功能的計算機化學軟件均可用作Gauss的輔助軟件。我們先來了解一下如何將繪圖軟件(GVIEW除外,因為它可以直接生成用于高斯計算的輸入文件)生成的文件轉化成可直接用于高斯計算和易于控制對稱性的高斯輸入文件。本法通用于能夠輸出*.pdb或*.ent文件的輔助軟件?;静襟E:①在輔助軟件界面上構建分子,規整化為“標準構型”或用分子力學法進行初步幾何優化②存為PDB格式文件;③打開Gauss的主窗口,用Utilities-NewMat讀入PDB格式文件并轉換為Z-矩陣;④在跳出的作業編輯對話框上補充完成輸入文件GVIEW使用簡介GVIEW是一個專門設計于高斯配套使用的軟件,其主要用途有兩個1.構建高斯的輸入文件2.以圖的形式顯示高斯計算的結果除了可以自己構建輸入文件外,GVIEW還可讀入CHEM3D,HYPERCHEM和晶體數據等諸多格式的文件。從而使其可以于諸多圖形軟件連用,大大拓寬了使用范圍。GVIEW的界面及主要功能鍵的介紹第一行為菜單欄:File:主要功能是建立,打開,保存和打印當前的文件SaveInage將當前文件保存為圖片格式Preferences。可以在里面改變GVIEW默認的各種顯示的設置。Edit:在這里可以完成對分子的剪且,拷貝,刪除和抓圖等。AtomList,顯示當前分子的內坐標,笛卡兒坐標,分數坐標等。PointGroup可以顯示當前分子的點群及可能有的點群。PBC顯示晶體文件(可以將CIF文件轉換為圖形,在點PBC按鈕后所給并的對話框中根據選項調節具體顯示的格式。Mos用于顯示分子軌道(只有檢查點文件,此選項才能給出分子軌道圖。Symmetrize,對當前體系進行對稱性控制。View這里面的選項都是于分子的顯示有關的,如顯示氫原子,顯示鍵,顯示元素符號,顯示啞原子顯示坐標軸等Calculalte:Calculalte:可從GVIEW中直接向高斯提交計算。這是GVIEW作為高斯軟件配套功能的重要體現。從所給的對話框中可以選擇工作類型JobType(如優化,能量或頻率等);計算方法Method(如半經驗方法,HF方法,DFT方法,MP方法等,還可以選定基組);Title(對所要做的計算給一個說明,以備以后的查看)Link0(給檢查點文件命名,還可以在此用RWF命令設置臨時數據交換文件的大小);General,Guess,(這兩個選項主要是給出體系中各原子的連接關系及如何給出初始猜測);NBO(可在此設定NBO計算),PBC(可在此設定晶體的有關計算),Solvation(可在此設定溶液中的計算,除了選擇溶劑外,還要選擇模擬溶劑的理論模型)Result顯示計算的結果,包括電荷,靜電勢表示的表面,振動頻率,核磁,勢能面掃描,優化等。注意有些結果只能用檢查點文件才能顯示。常用功能鍵的介紹。這些常用的功能鍵在上面菜單欄的介紹中已有提到。在這里將對它們給出一個詳細的解釋。現在來構建一個間氟苯乙烷分子并從GVIEW里遞交計算(1)雙擊GVIEW圖標,打開GVIEW,下圖就是GIVE打開后的窗口(2).雙擊窗口中的圖標,得到如下窗口,里面有常用的環狀官能團。選中苯環(單擊即可選中)(3).在當前工作窗口(打開GIVEW時程序自動打開一個工作窗口,如下圖)也可通過File-new路徑新建一個工作窗口,在這個窗口中點鼠標左鍵窗口中就會出現苯分子,見下圖將鼠標放在分子上,按左鍵左右或前后移動,可以調節分子的角度將鼠標放在分子上,前后移動,可以將分子放大或縮小Shift+Alt+鼠標左鍵組合可以在窗口內平移分子,當工作窗口內有多個分子時【在構建大的分子時,這種情況很容易出現】這時可用以下命令可以用Shift+Alt+鼠標左鍵組合移動想要移動的分子,以調節各個分子間的距離可以用Ctrl+Alt+鼠標左鍵組合調節其中一個分子的角度,以調節各個分子間的角度。Ctrl+Alt+鼠標左鍵這個組合常和[將鼠標左鍵放在分子上,左右或前后移動,可以調節分子的角度]這個功能連用。(4).雙擊GVIEW界面上的圖標。出現以下窗口,點擊氟的元素符號“F”,就選中氟原子。(5).回到工作窗口在苯環上的任一個H上單擊左鍵,將H置換成F。但要注意此時僅是元素符號發生了改變,C-F間的距離仍是C-H鍵的距離。需要用建長工具進行調整。單擊GVIEW界面上圖標。然后再點擊工作窗口中的C原子和F原子,看到被選中的兩個原子于周圍的原子再亮度上有差異此時會出現下面的窗口,根據C-F鍵的長度在0.675和2.700之間的方框內進行C-F鍵的調整。完畢后點擊OK即可。(6).雙擊GVIEW界面上的圖標,出現以下窗口,這是GVIEW里內置的鏈烴庫,選中乙烷。(7).在工作窗口內空處點左鍵,用我們前面講過的命令調節苯和乙烷間的距離和角度,將鼠標放在分子上,按左鍵左右或前后移動,可以調節分子的角度;將鼠標放在分子上,前后移動,可以將分子放大或縮小。Shift+Alt+鼠標左鍵組合可以在窗口內平移分子當工作窗口內有多個分子時【在構建大的分子時,這種情況很容易出現】這時可用以下命令可以用Shift+Alt+鼠標左鍵組合移動想要移動的分子,以調節各個分子間的距離??梢杂肅trl+Alt+鼠標左鍵組合調節其中一個分子的角度,以調節各個分子間的角度。Ctrl+Alt+鼠標左鍵這個組合常和[將鼠標左鍵放在分子上,左右或前后移動,可以調節分子的角度]這個功能連用。具體的好處需要自己去試。(8).單擊GVIEW界面上圖標。然后點擊與乙烷正對的苯上的C原子和H原子,選擇“None”,乙烷上的C-H鍵作類似處理然后單擊GVIEW上的圖標,點選工作窗口中的兩個氫原子,即將它們刪去再單擊GVIEW界面上圖標,根據實際鍵長將兩個C原子聯起來。至此分子構建已完成。(9).GVIEW存儲個人常用分子的功能。GVIEW中只有常用的一些環狀分子和鏈狀分子,遠不能滿足研究特定體系的特殊需要。不過GVIEW有一個功能可以彌補這個缺憾:可以把常用的分子或官能團存在制定的文件夾內。在需要時可以直接調用。雙擊GVIEW界面上的圖標,在下面的對話框中鍵入相關項目,保存即可(10).查看分子的對稱性從Edit-Pointgroup路徑可以查看所構建分子的點群。點擊Pointgroup后,出現如下窗口:為C1點群,其下拉菜單中的為可能的點群(改變Tolerance,也可幫助我們判斷所構建體系可能有的點群)(11).為C1點群,其下拉菜單中的為可能的點群(改變Tolerance,也可幫助我們判斷所構建體系可能有的點群)(11).查看分子坐標。單擊GVIEW界面上的圖標。出現下面窗口Z表示時內坐標,C表示直角坐標。可以在里面對坐標做適當的調整(12).向GAUSS遞交計算。點GVIEW界面上Calculation中的Gaussian會出來一個遞交計算的對話框。從所給的對話框中可以選擇工作類型JobType(如優化,能量或頻率等);計算方法Method(如半經驗方法,HF方法,DFT方法,MP方法等,還可以選定基組);Title(對所要做的計算給一個說明,以備以后的查看)Link0(給檢查點文件命名,還可以在此用RWF命令設置臨時數據交換文件的大小);General,Guess,(這兩個選項主要是給出體系中各原子的連接關系及如何給出初始猜測);NBO(可在此設定NBO計算),PBC(可在此設定晶體的有關計算),Solvation(可在此設定溶液中的計算,除了選擇溶劑外,還要選擇模擬溶劑的理論模型)選擇完畢后,點Submit即可遞交計算。有時由于安裝的原因GVIEW無法與GAUSS建立關聯,就不能直接從GVIEW里遞交計算。這時可以在GVIEW里保存用于GAUSS計算的輸入文件,然后從GAUSS里調出文件進行計算。.構建分子中的注意事項在構建分子前,應對分子的鍵長,鍵角和點群等有一個詳細的了解。這樣在構建過程中才能更好的把握細節,如構建大分子時,各個集團間的鍵長,鍵角和二面角一定要給的準確。相當一部分的錯誤(如SCF不收斂,1502報錯等)都是分子建模不合理造成的。分子模型不合理導致程序根據分子模型所得的薛定鄂方程不合理,也就導致了對方程的解不能順利完成,所以報錯。對于大分子,不會出現分子直線排步的情況,鏈烴通常為鋸齒型的排列,環之間總是有一定的夾角,共面情況雖有但不多見,這些都是在構建分子模型的過程中需要注意的。再者,分子建模是量化計算的一個難點,特別是對金屬配合物,塊狀體系和納米體系的構建。只有給出合理的結構,程序才能給出合理的解。如果不能體現出分子的對稱性,則程序不能正確判斷分子軌道的對稱性,這在涉計到反應機理和軌道相互作用的研究中可能會導致錯誤的判斷。使用虛原子對于小分子,對稱性好的分子和線性分子較常使用。使用的目的:通過選擇一個合適的參比點,減少計算所需的變量,提高計算效率。此外高斯自帶的坐標體系描述線性分子有困難,需要通過虛原子的加入,使分子成為非線性的,高斯才能識別。分子若用內坐標方式輸入,還需添一個啞

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