computational_chemistry-12 Gaussian中的自定义杂化泛函 计算化学理论和应用 教学课件

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The electronic state of the initial guess is 1-A1.Warning! Cutoffs for single-point calculations used.Requested convergence on RMS density matrix=1.00D-04 within 128 cycles. Requested convergence on MAX density matrix=1.00D-02.Requested convergence on energy=5.00D-05.No special actions if energy rises.Keep R1 integrals in memory in canonical form, NReq= 649414.SCF Done: E(RHF) = -113.863702135 A.U. after 6 cyclesConvg = 0.4799D-04 -V/T = 2.0031S**2 = 0.0000********************************************************************* Population analysis using the SCF density.*********************************************************************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。

Gaussian菜鸟常见问题分析1.检查是否有初始文件错误在命令行中加入%kJob L301 or%kJob L302如果通过则一般初始文件ok。

常见初级错误：a.自旋多重度错误b.变量赋值为整数c.变量没有赋值或多重赋值d.键角小于等于0度，大于等于180度e.分子描述后面没有空行f.二面角判断错误，造成两个原子距离过近g.分子描述一行内两次参考同一原子,或参考原子共线2.SCF(自洽场)不收敛则一般是L502错误省却情况做64个cycle迭代(G03缺省128 cycles)a.修改坐标，使之合理b.改变初始猜Guess=Huckel或其他的，看Guess关键词。

c.增加叠代次数SCFCYC=N(对小分子作计算时最好不要增加，很可能结构不合理)d.iop(5/13=1)这样忽略不收敛，继续往下做。

3.分子对称性改变a.修改坐标，强制高对称性或放松对称性b.给出精确的、对称性确定的角度和二面角。

如CH4的角度给到109.47122 c.放松对称性判据Symm=loose d.不做对称性检查iop(2/16=1)(最好加这个选项)iop(2/16=2)则保持新的对称性来计算4.Opt时收敛的问题a.修改坐标，使之合理b.增加叠代次数optcyc=N 5.优化过渡态，若势能面太平缓，则不好找到。

iop(1/8=10)默认30(下一个结构和该结构的差别0.3)，可改成10。

如果每一步都要用到小的步长，应该加opt(notrustupdate)6.在CI(组态)方法中如QCISD(T),CCSD(T),CID方法中，省却最大循环50，若出错(L913错误) 解决方法：#P QCISD(maxcyc=N)注：N≤512 7.优化过渡态opt=TS(给出过渡态)opt=qst2(给出反应物和产物)opt=qst3(给出反应物和产物和过渡态)a.用G03时的出错opt=ts必须加FC(force constant)写法：opt=(TS,calcFc)or opt=(TS,calchffc)计算HF力常数，对QCISD，CCSD等方法用；or opt=(TS,modRedundant)(最好写这个)b.如果计算采用QCISD计算(不好计算FC)则写为QCISD opt=(TS,calcHFFC)(用HF计算FC)8.无法写大的Scratch文件RWF a.劈裂RWF文件%rwf=loc1,size1,loc2,size2,….,locN,-1 b.改变计算方法MP2=Direct可以少占硬盘空间c.限制最大硬盘maxdisk=N GB，*MB,有些系统写2GB会出错，可以写2000MB 9.FOPT出错原因是变量数与分子自由度数不相等。

下面是Link功能一览表：9Link功能一览表（续）：10Link功能一览表（续）：11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12设定多步任务的开始任务放弃任务15创建Gaussian输入文件电荷与多重度分子说明部分，段后通常加空行19Gaussian程序能完成的任务类型：25逆时针，为正顺时针，为负•当没有构建分子的图像软件可用时，与直角坐标相比使用内坐标要方便得多。

•对具有较高对称性的分子，输入内坐标少优化变量、节省计算时间并保证优化结果与分子的对称性严格相符。

%chk=h2o2.chk#p hf/6-31g optH2O2 energy calculation 0 1HO 1 0.9O 2 1.4 1 105.0H 3 0.9 2 105.0 1 120.0%chk=h2o2.chk#p hf/6-31g optH2O2 energy calculation0 1H 0.000 0.0000.000O 0.000 0.9000.000O 1.350 1.2620.000H 1.464 1.742-0.752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。

例1：使用HF方法，优化H2O2分子内坐标表示笛卡尔坐标表示41✓通过同一个变量控制C-H✓把二面角定义为180和0来控制分子的平面构型对称性44使用一个虚原子来定位Td对称性Bq1、画结构•单击工具，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H8形成两个OH。

•选碳元素，再点，替换一个OH上的H形成OCH3。

•单击，出现如下窗口，从中选择羧基，替换苯环上的H9.52，531.构建分子2.选择6个碳原子例：用GaussView在某结构的中心添加鬼原子54554. 点击鼠标右键出现此窗口5. 选择place fragment at centroid of selected Atoms3.选择鬼原子程序，编辑或按钮，弹出对话以及保存56Entering Link 1 = C:\program1\G09WD1\G09W\l1.exe PID= 6620.写出分子的内坐标其中: 1.20 ，C-C: 1.54写出呋喃分子的内坐标，使其具有构建二茂铁分子，并存成Gaussian输入文件。

知识专题：探究量子化学计算的基本原理一、引言在当今科技飞速发展的时代，量子化学计算作为一种前沿的科学研究方法，正在逐渐成为化学领域中不可或缺的重要工具。

而在这一领域内，Gaussian书籍被广泛应用于量子化学计算的基本原理研究中，成为学术研究者不可或缺的参考资料。

本文将对Gaussian书籍以及量子化学计算的基本原理进行全面深入的探讨。

二、Gaussian书籍概述1. Gaussian书籍的历史与发展Gaussian书籍起源于20世纪70年代，由J. Pople等人创建并发展起来。

作为量子化学计算领域的权威资料，它涵盖了从基本原理到具体应用的大量内容。

历经多年的发展，目前已经成为量子化学计算领域最为权威的研究工具之一。

2. Gaussian书籍的内容与特点Gaussian书籍涵盖了量子化学计算中的基本原理、常用方法与技术、软件工具的使用等内容。

其特点在于理论与实践相结合，具有一定的系统性和全面性。

3. Gaussian书籍的应用领域Gaussian书籍在化学、药物设计、材料科学等领域有着广泛的应用。

通过对分子结构、反应机理等进行深入的计算分析，为相关领域的研究和应用提供了重要的参考数据。

三、量子化学计算的基本原理1. 量子化学计算的基本概念量子化学计算是基于量子力学原理的一种分子模拟方法，通过求解分子的波函数来揭示分子结构、性质和反应过程。

其基本概念包括波函数、哈密顿算符、薛定谔方程等内容。

2. Gaussian软件在量子化学计算中的应用Gaussian软件作为一种量子化学计算的重要工具，通过其强大的计算和分析功能，能够对分子的结构、能量、振动频率等进行准确的计算和分析。

在量子化学计算的实践中，Gaussian软件发挥着不可替代的作用。

3. 量子化学计算的发展趋势随着计算机性能的不断提高和量子化学理论的不断完善，量子化学计算也在不断发展和完善。

未来的发展趋势包括高性能计算技术、新型的量子化学模型和算法等方面。

Gaussian计算实例何永辉（hee_csu@），Mar., 2010作者简介：何永辉，中南大学化学化工学院2007级博士研究生，师从向娟、周飞艨教授，主要研究方向为重大疾病致病机理的研究等。

计算优化乙烯结构：假设计算机上已经安装好了Gaussian03和GaussView3.07这两个软件，第一步，写好高斯输入文件：1、开始运行GaussView3.07，点击File、New、Create MolGroup，打开一个新的窗口，如下图：2、点击按钮Carbon Trigvalent(S-S-D)，打开元素页面，3、点击碳碳双键按钮，在下面蓝色窗口中点两下，建立一个乙烯分子。

4、点击菜单上的Calculate，选中Gaussian..，打开高斯计算设置窗口。

5、设定工作类别optimization，6、设定计算方法，Ground State表示计算基态，DFT…表示用密度泛函理论，Unrestricted 表示用非限制性的，即分别计算α电子和β电子；B3LYP表示用的函数为B3LYP函数。

下一行为计算所用基组设置，本计算采用的基组为6-31G，后面的是加极化函数和弥散函数，我们这儿暂时不考虑。

然后再一下行第一个Charge表示计算分子所带电荷量，这里设为0，表示是中性分子；然后是自旋多重度spin，singlet表示自旋多重度为1，分子中没有单电子。

7、设置作业标题，手写输入ethylene opt。

%mem=6MW表示计算所需内存为6M，%nproc=1表示所需cpu数目为1。

9、下一个为General，去掉所有的钩，再后面的Guess（初始猜测）、NBO（成键轨道分析）和Solvation（溶剂化）不用管。

10、点击Edit，提示保存作业，如下图所示：11、出现保存页面，输入文件名ethylene.gjf，点击Save保存，12、接着会跳出提示运行gaussian界面，点击Cancel取消，因为我们想在学校的高性能计算平台上运算，而不是在windows下运算。

Gaussian中分子的几何构型分子的几何构型************************************分子的几何构型（Molecular Geometry）************************************分子的平衡构型（molecular equilibrium geometry）是分子电子能量和核间排斥能量最小时分子的核排列。

分子势能一个含有N个原子核的非线性分子的几何构型可以用3N-6个独立的核坐标决定，分子的电子能量，U(q1,q2,…,q3N-6)是这些坐标的函数。

U = Ee +VNN注意到3个平移和3个转动自由度（线性分子的转动自由度为2）对U是没有贡献的，因此对一个双原子分子，U的表达式中仅仅保护一个变量，即两个核之间的距离，U?。

对一个多原子分子，U是每两个原子核之间距离的函数，是分子势能面（potentialenergy surface, PES）的一部分。

对某一特定的分子核排列下U的计算被成为单点（single-point）计算，因为这一计算仅仅涉及到分子PES上的一个点。

一个大分子可能在其PES上有多个极小点，对应于不同的平衡构象和鞍点。

分子构象（molecular conformation）可以通过指定围绕单键的二面角的指得到。

在能量极小点处的分子构象称为构型（conformer）。

几何构型优化从初始几何构型出发寻找U的极小值的过程称几何构型优化（geometry optimization）或者能量极小化（energy minimization）。

极小化的算法同时计算U和U梯度。

在一个局部最小点，U的3N-6个偏微分都是0。

PES上▽U = 0的点称为稳定点（stationary point）或者判据点（critical point），它可以是极小点，极大点或者鞍点。

除了▽U之外，一些最小化方法使用到U的二阶偏微分，从而生成Hessian矩阵，又称为力常数（force constant）矩阵，因为d^2U/Qi^2 = fi为力常数。

鸭绿江文献检索论坛's Archiver互联网搜索 站内搜索百度一下m l j m l j i鸭绿江文献检索论坛» 药物化学»药物设计» 推荐一篇文章：一步一步学计算机辅助药物设计pengyao0616发表于 08-6-3 19:14推荐一篇文章：一步一步学计算机辅助药物设计最近很多人在做结构模拟,转一篇今天整理文件夹发现的文章,希望对大家有帮助.斑竹自述：我不是“高手”，对于计算机辅助药物设计来说，只是一个初学者，在这里我会把我所知 道的写下来与大家交流，希望能结交众多志同道合的朋友。

这里要特别感谢biolover的alchemy,biohity曾经给我的帮助，他们是我心目中真正的高手。

1. 做生物大分子结构的pc机配置转自biolover biohity的推荐配置1. 二手主板Tyan(泰安) Tiger MPX S2466N-4M 加两个Athlon MP 2400+ (是用XP 1700+改装的）。

总共3900元2. 二手野猫4110显卡：$110.00 + ￥160关税。

（未用上，因AGP口不配）。

改用SynergyII显卡：250元3. 二手DC390U3W的SCSI卡：800元4. 36G日立全新硬盘：1100元5. SGI 1600SW 原装、全新液晶monitor：$1200 ＋ ￥1500（关税）6. 美基P4-450瓦电源：450元；月光机箱：350元7. 内存 512M;8. 系统：win2000及Linux（在不同的硬盘上）。

RedHat 7.2。

SGI的机子也很容易在国内买到极好的二手。

O2-5K-200Mhz大约2100元即可买到。

Octane-R12k-300Mhz则贵些。

但ebay上只要$300～400即可。

PC机是无法与这类机子相提并论的。

要知道，1999年时，上述Octane要卖两万美元啊！1、如果你在上海，进入易趣网站[url][/url]，在电脑-->工作站或服务器的栏目下，找ninjaa这个人即可。

216 Univ. Chem. 2023, 38 (11), 216–222收稿：2023-04-11；录用：2023-06-07；网络发表：2023-06-15 *通讯作者，Email:************.cn基金资助：福建省自然科学基金项目(2021J01020)•化学实验•doi: 10.3866/PKU.DXHX202304040乙酰丙酮的酮式-烯醇式互变异构的核磁共振研究——推荐一个物理化学实验冯柳宾，欧阳捷，安冬丽，叶剑良*厦门大学化学化工学院，福建 厦门 361005摘要：羰基化合物的酮式-烯醇式互变异构是大学有机化学的重要知识点。

本实验采用CDCl 3和DMSO-d 6构建不同极性的溶液模型，并利用定量核磁共振氢谱技术结合理论化学计算探讨溶剂极性对乙酰丙酮中互变异构化学平衡的影响。

实验涉及有机化学、物理化学、仪器分析等多学科知识，可以帮助学生深入理解基础概念，培养实验联系理论的化学研究思维。

关键词：核磁共振；酮式-烯醇式互变异构；混合溶剂；乙酰丙酮 中图分类号：G64；O6NMR Study of Keto-Enol Tautomeric Equilibrium in Acetylacetone: An Experiment for Physical Chemistry LaboratoryLiubin Feng, Jie Ouyang, Dongli An, Jianliang Ye *College of Chemistry and Chemical Engineering, Xiamen University, Xiamen 361005, Fujian Province, China.Abstract: A physical chemistry experiment involving organic chemistry, computational chemistry, and instrumental analysis is described for junior students majoring in chemistry. Keto-enol tautomerism is a fundamental concept in undergraduate organic chemistry. The keto-enol tautomeric equilibrium of acetylacetone in a series of binary solvent mixtures of deuterated chloroform and deuterated dimethyl sulfoxide with various polarities was explored using NMR spectroscopy and theoretical computations. The effect of solvent polarity on the equilibrium is discussed in combination with NMR and theoretical computation results. This experiment facilitates students’ understanding of abstract concepts enables them to integrate theory with experiments and systematically analyze multiple techniques to explore chemical processes and principles.Key Words: NMR; Keto-enol tautomerism; Mixed solvent; Acetylacetone羰基化合物在室温下易发生酮式-烯醇式互变异构，研究发现少量的酸、碱(甚至是玻璃容器) [1]、水[2,3]等均可促进这一反应的发生。

计算化学在化学方面的应用摘要：计算化学在最近十年中是发展最快的化学研究领域之一，通过对具体的分子系统进行理论分析和计算，能比较准确地回答有关稳定性、反应机理等基本化学问题。

如今计算化学已被广泛用于材料、催化和生物化学等研究领域。

本文主要就计算化学的背景、计算化学常用的方法及其在化学化工中的应用等几个方面作一简单介绍。

关键词计算化学材料催化应用Abstract: Computational chemistry is one of the fastest growing areas of chemical research in the last decade. Through theoretical analysis and calculations to a specific molecular system, one can accurately answer the basic chemical problems, for example, the stability and the reaction mechanism, etc. Today, computational chemistry has been widely used in materials, catalysis and biochemistry research. In this paper, the background of computational chemistry, the commonly used methods in computational chemistry and its application in chemistry and chemical industry have been briefed respectively.Key words:Computational chemistry; Materials; Catalysis; Application1、计算化学的背景介绍计算化学（Computational Chemistry）在最近10年是发展最快的化学研究领域之一。