Gaussian简介与案例

Gaussian简介与案例邹雄大连理工大学化工与环境生命学部1.Gaussian的由来TheNobelPrizeinChemistry1998J.A.Pople(1925-2004)Gaussian-系列程序GAUSSIAN程序是JohnA.Pople和他在Carnegie-Mellon大学的课题组在1970年发布的，最初版本是Gaussian70,目前已经有四十多年的历史。Gaussian软件的发展、普及和应用对计算化学的发展做出了巨大贡献，是应用最广泛的量化程序GAUSSIAN70,GAUSSIAN76,GAUSSIAN80,GAUSSIAN82,GAUSSIAN86,GAUSSIAN88,GAUSSIAN90,GAUSSIAN92,GAUSSIAN94,GAUSSIAN98,GAUSSIAN03,GAUSSIAN092.Gaussian的特点精确•应用完整的、无简化的数学和化学方法得到精确、可靠的结果高效•高效地支持各种CPU平台及操作系统易用•简单、直观地设置计算条件•自动完成许多复杂计算直观•计算结果形象、直观地通过GaussView5显示.权威•其它电子结构程序在对比计算精度与速度时,Gaussian都是参考软件。2.Gaussian的特点1Ǻ1nm1µm原子数可计算量分子力学1000-100万粗略的几何结构半经验200-1000几何结构HF(DFT)50-200能量MP225-50能量(弱,氢键)CCSD(T)8-12精确能量(弱作用)CASPT210磁性(多个多重度)计算方法与问题规模研究尺度3.Gaussian的功能Gaussian从头算密度泛函半经验分子力学分子动力学Gaussian是一款综合性量子化学软件包•分子的平衡结构及过渡态结构•化学反应机理•分子间相互作用•分子性质•光谱研究内容3.Gaussian的功能•光谱计算IR光谱Raman光谱吸收/发射光谱NMR•分子性质电荷分布和密度偶极矩和超极矩热力学参数适用体系：气相和溶液•分子构型优化基态激发态反应过渡态•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4.Gaussian09程序架构模块名称功能Link0初始化程序并控制模块；Link1处理Route部分、根据关键词创建需要执行Links列表、初始化临时文件；Link1xx读入题目和分子信息、各种优化算法、动力学计算相关Link、BSSE能量整合相关Links；Link202坐标、结构变量和对称性检查、坐标标准化；Link3xx产生基组计算信息、计算积分相关信息等的Links；Link4xx分子轨道的初始猜测Link5xx自洽场(SCF)相关LinksGaussian程序在设计上实现了模块化，即不同功能的程序设计在不同的模块中；4.Gaussian09程序架构文件扩展名作用输入文件.gjf,.com告诉程序计算中使用的系统资源、运行计算的类型和使用的方法、分子说明等信息输出文件.out.log各种需要的计算结果，如优化的结构、布居分析结果、分子轨道能量、模拟的各种光谱信息等；检查点文件.chk.fchk中间结构、分子轨道系数、力常数、耦合簇方法的振幅项等信息读写文件.rwf所有的信息包括其他文件不存储的电子积分和微分信息等设置文件Default.Route自定义Gaussian计算的默认设置其它文件.inp.de2等临时存储的一些信息Cube文件.cub.cube使用GaussView显示分子轨道、静电势等的表面图形的数据文件5.Gaussian学习指导9Chapter1ComputationalModels&ModelChemistries计算化学与模型化学Chapter2SinglePointEnergyCalculations单点能计算Chapter3GeometryOptimizations几何构型优化Chapter4FrequencyCalculations频率计算Chapter5BasisSetEffects基组效应Chapter6SelectinganAppropriateTheoreticalMethod选择合适的理论方法Chapter7HighAccuracyEnergyModels高精度能量模型Chapter8StudyingChemicalReactionsandReactivity研究化学反应及活性Chapter9ModelExcitedStates模拟激发态Chapter10ModelingSystemsinSolutions模拟溶液体系AppendixTheTheoreticalBackground&OverviewofGaussianinput理论背景及Gaussian输入文件概述Gaussian09User’sReferenceGaussian09IOPsReferenceGaussView5Reference6.Gaussian的示例•步骤一：用GaussianView作一甲醛分子，保存后查看6.Gaussian的示例•步骤二：将甲醛分子的输入文件导入Gaussian6.Gaussian的示例•步骤三：设定Gaussian运行参数计算机信息理论等级，基组题目体系总电荷和多重度分子坐标笛卡尔坐标或内坐标6.Gaussian的示例•步骤四：查看单点能计算结果E表示计算能量值迭带了6次Convg收敛标准，-V/T位力定理值为2表示结果合理S**2表示自旋污染6.Gaussian的示例•步骤五：优化结构，调整输入文件分子几何构型的变化对能量有很大的影响在计算执行路径加关键词opt6.Gaussian的示例•步骤六：查看优化后能量，SCF后即为优化后能量6.Gaussian的示例•步骤七：计算频率，添加关键词freq6.Gaussian的示例•步骤八：查看频率计算结果7.Gaussian科研应用案例研究反应机理：金催化剂催化1,5双烯重排机理Felix,R.J.et.al.Nature.Chemistry.2012,4,405Gaussian09能够模拟诸如气相、液相、固相以及多相等复杂化学环境下的化学反应，精确计算反应活化能及其它反应性质，能够帮助研究者理解反应机理，从而为理性调控化学反应提供分子层面的理论依据。7.Gaussian科研应用案例Lundberg,etal.,JCTC,5,222(2009)QM/MM方法计算过渡金属酶催化反应机理•专为大体系设计的理论化学模型•支持Gaussian09的所有计算方法与分子性质预测ONIOM模型异青霉素N合成酶7.Gaussian科研应用案例研究弱相互作用Diels-Alder反应中色散作用导致的协同效应Dieckmann,A.et.al.JCTC.2012,8,5064弱相互作用在生物化学、药物化学、材料等领域等起着非常重要的作用。Gaussian09能够研究分子间的弱相互作用，提供了各种模型化学方法来精确计算弱相互作用能。Gaussian09能为分子立场参数拟合提供标准值。7.Gaussian科研应用案例研究激发态反应基于卟啉结构的敏化太阳能电池设计Santhanamoorthi,N.et.al.JPCLett.2013,4,524电子的激发态性质是研究者普遍关心的一个研究领域，所涉及的到领域有光化学、光谱学、生物化学、材料学等。Gaussian09提供多种激发态计算方法，可以很好的预测分子或材料的吸收和发射光谱。7.Gaussian科研应用案例Ivanov,S.A.et.al.JPCC.2012,116,3242分子轨道性质自旋密度分析Thomas,C.M.et.al.Organometallics.2013,onlineGaussian09能够计算诸多分子性质，如静电势、电子密度、磁屏蔽张量、诱导电流密度、多极矩（偶极、四极、八极）、布局分析、自然键轨道分析、分子轨道、极化率、旋轨耦合、旋光性、生成焓、化学键能等等。通过理论得到的结果有助于我们理解分子的特性以及在化学反应中的变化情况。预测分子性质