学实验_分子结构模型的构建及优化计.docVIP

实验9 分子结构模型的构建及优化计算 PAGE - 1 - PAGE - 6 - 实验9 分子结构模型的构建及优化计算 一、目的要求 1．掌握Gaussian 和GaussView程序的使用。 2．掌握构建分子模型的方法，为目标分子设定计算坐标。 3．能够正确解读计算结果，采集有用的结果数据。 二、实验原理 量子化学是运用量子力学原理研究原子、分子和晶体的电子结构、化学键理论、分子间作用力、化学反应理论、各种光谱、波谱和电子能谱的理论，以及无机、有机化合物、生物大分子和各种功能材料的结构和性能关系的科学。 Gaussian程序是目前最普及的量子化学计算程序，它可以计算得到分子和化学反应的许多性质，如分子的结构和能量、电荷密度分布、热力学性质、光谱性质、过渡态的能量和结构等等。GaussView是一个专门设计的与Gaussian配套使用的软件，其主要用途有两个：构建Gaussian的输入文件；以图的形式显示Gaussian计算的结果。本实验主要是借助于GaussView程序构建Gaussian的输入文件，利用Gaussian程序对分子的稳定结构和性质进行计算和分析。 三、软件与仪器 1．软件：Gaussian03、GaussView计算软件，UltraEdit编辑软件。 2．仪器：计算机1台。 四、实验步骤 1．利用GaussView程序构建Gaussian的输入文件 打开GaussView程序，如图9-1所示，在GaussView中利用建模工具（View→Builder→），如图9-2所示，在程序界面元素周期表的位置处找到所需的元素，单击即可调入该元素与氢元素的化合物。 图9-1 GaussView打开时的界面 图9-2 点击Builder及双击图标后出现的元素周期表窗口图 若要构建像乙烷这样的链状分子，需要先点击工具栏中的按钮，常见的链状分子就显示在新打开的窗口中，如图9-3所示。 图9-3 常见链状官能团窗口图 2．数据文件的修改 使用UltraEdit软件打开刚才保存的gjf文件，在Route Section 行中输入计算构型及能量所需的方法，使用方法及关键词为 #p HF/6-31G（d） opt （maxcycle=300） freq，即可提交Gaussian 程序进行分子优化及频率计算，得到该分子的最稳定结构。对计算得到的稳定构型，关键词为 #p HF/6-31G（d）pop=full，即可得到分子的性质。 3．分子结构的几何优化及振动频率计算 采用Gaussian 03 程序包进行几何优化及频率计算。双击桌面上的g03w.exe 图标，此时出现如图9-5所示的窗口，打开计算数据文件，File→ Open→指定文件，此时出现如图9-6所示的窗口，点击开始运算。分子结构的计算结果文件保存为相应的out 文件。计算过程中，主程序窗口不断显示计算进程，当“Run progress”栏内显示“Processing Complete”时，计算已完成，此时在本窗口底部可以看到“Normal termination of Gaussian…”字段。完成计算后，关闭Gaussian 软件窗口。 图9-5 Gaussian03计算窗口 图9-6 Gaussian03文件执行窗口 4．展示优化的稳定分子结构 采用Gauss View软件可观测分子的构型。用GaussView程序打开计算得到的数据文件*.out，利用主窗口中的“Modify Bond”、“Modify Angle”和“Modify Dihdral”工具，借助鼠标即可显示分子中特定键长、键角和二面角的几何参数。记录个分子优化后的结构参数，其中键长保留三位小数，单位为埃（?）；键角和二面角保留一位小数，单位为度（°）。 GaussView 可采用不同的形式展示分子三维结构，如球键模型、球棍模型等。通过分子模型的旋转、平移和缩放带来生动的立体效果，通过控制鼠标来从不同角度观察分子在空间的形状。将鼠标放在分子上，前后移动，可以将分子放大或缩小，左右移动，可以将分子旋转。“Shift+鼠标左键” 组合可以在平面内平移分子。当工作窗口内有多个分子时，可以用“Shift +Alt+鼠标左键”组合移动想要移动的分子，以调节各个分子间的距离，可以用“Ctrl +Alt+鼠标左键”组合，调节其中一个分子的角度，以调节各个分子间的角度。 五、注意事项 1．利用GaussView搭建分子模型后，一定要注意检查分子的对称性，体系的对称性直接影响着下面的计算。 2．图形文件保存成gjf 文件时，注意文件名和路径都不能包含中文字符。 六．数据记录与处理 1．优化构型 使用UltraEdit软件依次打开各*.out 文件，在“Search”菜单下点击“Find”，搜寻各文件中