Gaussian软件绘制苯分子轨道实验报告

实验用计算化学方法研究苯、甲苯、硝基苯的亲电取代反应特性1. 实验目的（1）掌握常用计算化学软件(Gaussian03)的使用方法，并用之设计模型，模拟计算目标体系的相关性质。

（2）掌握计算结果的处理方法, 并用之解释相关化学问题。

2. 实验原理Gaussian03程序是利用高性能计算机解薛定鄂方程，通过自洽场( Self-Consistent Field，SCF)收敛计算为目标体系寻找合格的波函数，进而计算体系的能量。

在用户设置计算方法，计算基组以及计算任务等关键词之后，经过一系列内部程序计算后（如图 6.70-1所示），输出计算结果的一些重要信息。

如分子结构，轨道能量，轨道对称性等。

图6.70-1 Gaussian03的计算过程图示在计算有对称性的体系时，Gaussian03计算能通过对称操作，大幅度减少计算量。

例如计算对称性为D6h的苯，计算量只有全局分子计算量的1/6。

GaussView可以把Gaussian 03的计算结果和计算过程可视化。

如果计算过程中，我们保存了中间文件（即.chk文件），在GaussView中我们就可以打开.chk文件，显示出电子分布的三维立体结构。

物质的各种性质都可以体现在其波函数中。

当苯上连有供电子基团—甲基（-CH3），或拉电子基团—硝基（-NO2）时，会明显影响其波函数，从而苯、甲苯以及硝基苯的计算结果会体现出各种差异。

3. 仪器和软件仪器: 个人电脑软件: Gaussian03 GaussView4. 实验步骤（1）安装Gaussian03 和GaussView （2）打开GaussView 软件① 选择“builder ”中的“Ring Fragment ”(如图6.70-2中a), 选择苯环做当前片段“Current Fragment ”, 在任务栏中单击左键，建立苯分子模型。

图6.70-2 GaussView 窗口说明② 点击菜单中“symmetrize ”（如图6.70-2中b ），把苯分子模型对称化。

实验名称：分子轨道理论在有机化合物性质预测中的应用实验日期：2023年4月10日实验地点：化学实验室实验目的：1. 理解分子轨道理论的基本概念。

2. 学习如何使用计算化学软件进行分子轨道计算。

3. 应用分子轨道理论预测有机化合物的性质。

实验原理：分子轨道理论（Molecular Orbital Theory，MOT）是现代量子化学中的一个重要理论，它描述了分子中电子的运动状态。

通过分子轨道理论，可以计算分子的能量、键长、键角等性质，并预测分子的稳定性。

实验仪器与试剂：1. 仪器：计算机、计算化学软件（如 Gaussian、MOPAC等）、分子结构编辑软件（如 ChemDraw等）。

2. 试剂：无特殊试剂。

实验步骤：1. 分子结构构建：使用ChemDraw软件构建目标有机化合物的分子结构。

2. 分子轨道计算：- 打开计算化学软件，输入分子结构。

- 设置计算参数，包括基组、密度矩阵等。

- 运行计算，获取分子轨道能量、键长、键角等数据。

3. 结果分析：- 分析分子轨道能量，确定分子中电子的排布。

- 计算键长、键角，与实验值进行比较。

- 分析分子的稳定性，预测分子的反应活性。

实验结果：以甲烷（CH4）为例，进行分子轨道计算。

1. 分子结构构建：使用ChemDraw软件构建甲烷分子结构。

2. 分子轨道计算：- 使用 Gaussian 软件进行计算，选择 STO-3G 基组。

- 计算结果如下：- 最小能量轨道：σ1s（-4.598 eV）- 第二能量轨道：σ2s（-0.805 eV）- 第三能量轨道：σ2p（-0.073 eV）- 键长：C-H 键长为 1.09 Å。

- 键角：H-C-H 键角为109.5°。

3. 结果分析：- 甲烷分子中，电子主要填充在σ1s、σ2s 和σ2p 轨道中。

- C-H 键长与实验值基本吻合，说明计算结果可靠。

- H-C-H 键角与实验值相符，进一步验证了计算结果的准确性。

竭诚为您提供优质文档/双击可除分子模型实验报告篇一：结构化学实验报告重庆大学化学化工学院《结构化学》实验报告姓名学号：年级专业：指导老师：重庆大学化学化工学院20XX年12月21日实验一利用量子化学计算软件验证分子轨道理论和判断分子点群一、主要仪器设备及软件1、仪器：用于计算的计算机。

2、软件：gviewA、建模软件(1)chemoffice是一款广受化学学习、研究者好评的化学学习工具。

(2)gaussView主要功能有创建三维分子模型，计算任务设置全面支持gaussian计算，和显示gaussian计算结果等。

b、计算软件：(1)gaussian:量子化学领域最著名和应用最广泛的软件之一，由量子化学家约翰波普的实验室开发，可以应用从头计算方法、半经验计算方法等进行分子能量和结构；过渡态能量和结构；化学键及反应能量；分子轨道；偶极矩；多极矩；红外光谱和拉曼光谱，核磁共振，极化率和超极化率，热力学性质，反应路径等分子相关计算。

(2)materialsstudio：是AcceLRYs公司专门为材料科学领域研究者所涉及的一款可运行在pc上的模拟软件。

(3)VAsp是使用赝势和平面波基组，进行第一定律分子动力学计算的软件包。

(4)gamess-us:由于免费与开放源码，成为除gaussian 以外，最广泛应用的量子化学软件，目前由Iowastateuinversity的markgorden教授的研究组主理。

(5)cAsTep:是由密度泛函理论为基础的计算程式所组成，同时采用平面波(planewave)为基底处理波函数，可针对具有周期性的固态材料表面进行化学模拟计算。

(6)ATK：是由丹麦公司QuantumwiseA/s开发的一款通用的电子态结构计算软件。

其他量子化学计算软件目前，除了上面提到的几版著名量子化学计算软件之外，还有大量商业和免费的量子化学计算软件，其中绝大部分是从事量子化学或计算化学研究的实验室自行开发的，此外，一些著名的大型化学软件如hyperchem、chem3D、sybyl等，也包含有量子化学计算包。

实验一1，2-二氯-1，2二氟乙烷分子几何构型及其计算实验目的：1.掌握分子几何构型的输入方法2.掌握能量计算的方法及其结果进行分析实验原理及步骤：对于所给出的固定结构进行分析，使用单点计算能得到分子轨道，轨道能级，电荷分布，偶极矩，等信息。

实验数据记录和处理：RR型1，2-二氯-1，2二氟乙烷的三种计算方法能量值比较HF 6-31G（d）Total kinetic energy from orbitals= 1.193988377802D+03HF STO-3G SCF Done: E(RHF) = -1181.19135160 A.U. after 5 cyclesMP2 6-31G（d）Total kinetic energy from orbitals= 1.193951458646D+03SS型1，2-二氯-1，2二氟乙烷的三种计算方法能量值比较HF 6-31G（d）Total kinetic energy from orbitals= 1.193952433533D+03HF STO-3G SCF Done: E(RHF) = -1181.19134809 A.U. after 5 cyclesMP2 6-31G（d）Total kinetic energy from orbitals= 1.193951454773D+03Meso型1，2-二氯-1，2二氟乙烷的三种计算方法能量值比较HF 6-31G（d）Total kinetic energy from orbitals= 1.193988377802D+03HF STO-3G SCF Done: E(RHF) = -1181.19217941 A.U. after 5 cyclesMP2 6-31G（d）Total kinetic energy from orbitals= 1.193949706777D+03三种分子中各原子所带电荷之比较（HF6-31G）RR Atomic charge SS MESO1 C 0.0369100.2488960.0369100.248896-0.382480-0.3824800.0966740.096674 0.0368720.2488310.0368720.248831-0.382492-0.3824920.0967890.0967890.0298010.2617310.0298920.261739-0.388968-0.3889260.0973940.0973382 H3 C4 H5 F6 F7 Cl8 ClSum Of Mulliken charges =0.00000 0.00000 0.00000 三种分子中各原子所带电荷之比较（HF6-31G +d）SS M.CHARGES RR MESO1 C 0.142589 0.1330470.2414570.1499740.235120-0.346655-0.346105-0.017243-0.049596 0.136702 0.239319 0.136769 0.239316 -0.353706 -0.353667 -0.022354 -0.0223792 H 0.2301563 C 0.1425894 H 0.2301565 F -0.3498756 F -0.3498757 Cl -0.0228708 Cl -0.022870SumOfMulliken charges 0.0000 0.0000 0.0000各型分子的偶极矩对比（DEBYE）RR X=0.5432 Y=-0.0091 Z=-2.6744 Tot=2.7290SS X=0.0000 Y=0.0000 Z=-2.7085 Tot=2.7085MESO X=0.0021 Y=0.0020 Z=0.0001 Tot=0.0029HOMO与LUMO轨道能量构型HOMO与LUMO轨道3132333435 RR (B)--O (A)--O (A)--O (B)--V (A)—V EIGENV ALUES = -0.49102 -0.48896 -0.47049 0.14797 0.18233 SS (B)--O (A)--O (A)--O (B)--V (A)—V EIGENV ALUES = -0.49099 -0.48895 -0.47044 0.14794 0.18235 meso (B)--O (A)--O (A)--O (A)--V (A)—V EIGENV ALUES = -0.49129 -0.48706 -0.47095 0.14848 0.18428实验二实验报告丙烯分子几何构型的优化实验目的和原理：通过几何构型的优化，寻找几何构型的最小值点，即得到平衡的构型。

中南大学化学化工学院《结构化学》综述报告标题：基于Gauss 03的操作与练习综述报告指导老师：周德璧姓名：********学号：**********班级：********时间：2011/1/12目录一.Gaussian与GaussView 03 简介 (1)（一）.关于Gaussian（二）. 关于Gaussian 3（三）.GaussView 3 初始界面简介二.操作实例简介——构建苯乙烷分子 (5)说明：在操作的过程中发现，如果仅仅下载周老师在邮箱里面发的GaussView3.07并进行安装，在进行计算calculate的操作的时候，总会出现跳出的对话框中的“submit”选项按钮总是灰色的。

经过上网搜索，网友一致的反应是——没有同时安装相应版本的Gaussian软件。

因此，我特地下载了Gaussian 03W软件包，先安装了Gaussian 03W，然后再安装了GaussView3.07。

最后，依据网上查得的指导资料，仿照指导的步骤，亦步亦趋，完成了如下文档。

因软件Gaussian 03W下载资源很慢，一直到2011/1/12才下载下来，安装完毕后，因着急要坐火车回家，在构建苯乙烷分子之后仅进行到“Calculation”一步，关于分子结果的可视化的实现没来得及做，请老师谅解。

一. Gaussian与GaussView 3.07简介（一）.关于GaussianGaussian是一个功能强大的量子化学综合软件包。

其可执行程序可在不同型号的大型计算机，超级计算机，工作站和个人计算机上运行，并相应有不同的版本。

Gaussian功能主要有：分子能量和结构、过渡态能量和结构、键和反应能量、分子轨道多重矩、原子电荷和电势、振动频率、红外和拉曼光谱、核磁性质、极化率和超极化率、热力学性质、反应路径等。

Gaussian的计算可以对体系的基态或激发态执行。

可以预测周期体系的能量，结构和分子轨道。

因此，Gaussian可以作为功能强大的工具，用于研究许多化学领域的课题，例如取代基的影响，化学反应机理，势能曲面和激发能等等。

实验一 1, 2-二氯-1 , 2二氟乙烷分子几何构型及其计算实验目的：1.掌握分子几何构型的输入方法2.掌握能量计算的方法及其结果进行分析实验原理及步骤：对于所给出的固定结构进行分析，使用单点计算能得到分子轨道，轨道能级，电荷分布，偶极矩，等信息。

实验数据记录和处理：RR型1，2-二氯-1，2二氟乙烷的三种计算方法能量值比较HF 6-31G （ d） Total kinetic energy from orbitals= 1.193988377802D+03HF STO-3G SCF Do ne: E（RHF） = -1181.19135160 A.U. after 5 cyclesMP2 6-31G （ d）Total kinetic energy from orbitals= 1.193951458646D+03SS型1，2-二氯-1，2二氟乙烷的三种计算方法能量值比较HF 6-31G （ d）Total kinetic energy from orbitals= 1.193952433533D+03HF STO-3G SCF Do ne: E（RHF） = -1181.19134809 A.U. after 5 cyclesMP2 6-31G （ d）Total kinetic energy from orbitals= 1.193951454773D+03Meso型1，2-二氯-1，2二氟乙烷的三种计算方法能量值比较HF 6-31G （ d）Total kinetic energy from orbitals= 1.193988377802D+03HF STO-3G SCF Do ne: E（RHF） = -1181.19217941 A.U. after 5 cyclesMP2 6-31G （ d）Total kinetic energy from orbitals= 1.193949706777D+03实验二实验报告丙烯分子几何构型的优化实验目的和原理：通过几何构型的优化，寻找几何构型的最小值点，即得到平衡的构型。

GaussianView3.07对分子的计算及感想最近几个星期，我一直都在学习怎样用GaussianView3.07对分子的各项来进行计算。

反复试验了很多次，虽然最终没有按照指导书的要求将其一一完成，但还是学到了很多的知识，有很大的收获。

首先，将GaussianView3.07这个程序安装到电脑里。

安装步骤如下：先在GaussianView3.07文件夹里找到安装的图标，双击后出现安装的界面，单击next后将文本文档中的信息即GV49986910W-1674N粘贴到Serial Number中（如下图所示），再按next键后，点击确定。

接着出现一系列的界面，只要都摁next键即可，直到最后单击finish键，安装过程就完成了。

接着，就是用GaussianView3.07对分子进行计算了。

先在工具栏的程序中找到GaussianView3.07这个程序，单击后就出现使用的对话框了，如图1所示：图1任选一分子进行计算，例如选择三硝基甲苯。

先在GaussianView3.07界面的工具栏中找到View项，单击Builder就会出现一个Builder图标选择框，里面有各种构型可供选择。

单击Builder 里的苯环构型，在显示框内就会出现苯环的分子构型。

如图2所示：图3图2然后，在G1:M1:V1—New 框中单击一下也会出现苯环分子，如上面的图3所示。

接着，在Builder 框里单击C 6项将会出现一个元素周期表，单击C 原子后，选择它的构型，即像甲烷一样的正四面体单键构型。

过程如图4所示：图4结果是得到了一个甲烷分子构型，如图图5图6再在G1:M1:V1—New 框中苯环的H 原子上单击一下就会出现甲苯分子了，如上页的图6所示。

接着，又在Builder 框里单击C 6项出现一个元素周期表，单击N 原子后，选择它的构型，即单键构型。

过程如图7所示：图7其所得的结果如下面的图8所示：图9再在G1:M1:V1—New 框中甲苯的邻位和对位的每个H 原子上单击一下就会出现对硝基甲苯分子了，如上页的图9所示。