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量子化学计算方法 课程主要内容 一、简介； 二、Gaussian 98程序的使用及其结果处理； 三、其它相关软件的使用； 主要参考资料: G98用户手册或G98的帮助文件 相应网址: 简 介 量子化学软件目的在于将量子化学复杂计算过程程序化，从而便于人们的使用、提高计算效率并具有较强的普适性。 绝多数量子化学程序是采用Fortran语言编写的(Fortran 77或Fortran 90)，通常有几千至上万行语句。 软件分类 Gaussian98程序的使用 G98的安装和运行； G98的功能和程序结构； 输入文件的编写与主要功能的使用； 补充说明； 对构型优化的补充说明: 除了采用opt关键词外, 有时候也可使用scan关键词来扫描化合 物的势能面, 以C2H6为例, 考察旋转角的影响: 1(2) 3 4 5 (6) (7) (8) %mem=64mb #p b3lyp/6-31g scan nosymm Scan of C2H6 0,1 C C 1 r1 H 1 r2 2 a1 H 1 r2 2 a1 3 120.0 H 1 r2 2 a1 3 240.0 H 2 r2 1 a1 4 d1 H 2 r2 1 a1 3 d1 H 2 r2 1 a1 5 d1 r1=1.5481 r2=1.0956 a1=111.7037 d1 0.0 10 12.0 因在扫描过程中 分子的点群将改 变, 故需取消对称 性限制 依次为初始值, 扫描点数, 步长 由图可见, 乙烷交错式和重迭式之间存在约11kJ/mol的势垒 Scan的方法只适用于维数较低的情形, 有时为了寻找构型流变的 主要影响因素时可用该方法, 此外也适用于单变量体系. 过渡态(TS)构型的优化 过渡态构型简单言之, 即为具有一个明显虚频的构型, 从能量 角度上看, 过渡态可以看作是势能面上的一阶鞍点, 它在自由度 为N的能量空间中, 只在其中一个自由度方向能量为极大值, 而 在其它N-1个自由度方向上为极小值. 根据已知构型情况, G98提供了三种TS构型优化方法, 它们的 关键词分别为: OPT=TS 根据用户提供的初始构型优化TS构型, 此时用户只 需提供一个初始构型; OPT=QST2 根据用户给出的反应物和生成物的构型来优化TS 构型, 此时用户需预先给出两个构型, 分别对应于 反应物和生成物; OPT=QST3 在OPT=QST2的基础上, 用户还需提供TS的初始构 型; 其中对于QST2和QST3, 用户给出的多个构型描述中, 原子 的次序应相同. %mem=64mb #p RHF/6-31G(d) Opt=QST2 SiH2 + H2 -- SiH4 Reactants 0,1 Si X 1 1.0 H 1 1.48 2 55.0 H 1 1.48 2 55.0 3 180.0 H 1 R 2 A1 3 90.0 H 1 R 5 A2 2 180.0 R=2.0 A1=80.0 A2=22.0 SiH2 + H2 -- SiH4 Products 0,1 Si X 1 1.0 H 1 1.48 2 55.0 H 1 1.48 2 55.0 3 180.0 H 1 R 2 A1 3 90.0 H 1 R 5 A2 2 180.0 R=1.48 A1=125.2 A2=109.5 例: 反应物构型描述 生成物构型描述 有两行Title (Title前后 均有一空行) 说明: 为了保证得到的构型的确对应于过渡态, 通常必须作进一 步的IR计算, 以考察是否只有一个虚频, 故可将FREQ与OPT 一起使用: %mem=64mb #p RHF/6-31G(d) Opt=QST2 FREQ SiH2 + H2 -- SiH4 Reactants 0,1 Si X 1 1.0 H 1 1.48 2 55.0 H 1 1.48 2 55.0 3 180.0 H 1 R 2 A1 3 90.0 H 1 R 5 A2 2 180.0 R=2.0 A1=80.0 A2=22.0 SiH2 + H2 -- SiH4 Products 0,1 Si X 1 1.0 H 1