GaussView畫圖技巧學(xué)習(xí)課程

1、 1. 三個變形工具 上圖的三個變形工具可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)分子的某一部分以及斷鍵成鍵和選擇鍵型等功能，我們不妨將這些工具依次稱為“鍵長”、“鍵角”和“二面角”工具。根據(jù)需要必須適當(dāng)選擇某些原子的旋轉(zhuǎn)方式，有“旋轉(zhuǎn)全組”（“Translate group”，默認(rèn)），“旋轉(zhuǎn)原子”（“Translate atom”）和“固定”（“Fixed ”）三種，如下圖所示。第1頁/共41頁第一頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。第2頁/共41頁第二頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。 例1.1構(gòu)造乙烷的重疊式構(gòu)象（思路很簡單，只需將其中一個甲基相對于另一個甲基繞C-C 鍵旋60即可，將二面角從180 度設(shè)為120

2、度，就可以將右邊的甲基旋轉(zhuǎn)60 度，從而得到乙烷的重疊式構(gòu)象。）第3頁/共41頁第三頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。 2. 利用加氫工具獲得最佳成鍵位置 利用上圖的加氫工具可以對某個原子添加一個氫原子。但這個氫原子的成鍵取向有時并非我們想要的。解決辦法是：既然我們第一個加氫的取向不理想，那么我們就再添加一個，就這樣連續(xù)不斷地加氫，直到所加的氫原子的位置符合我們需要位置。然后利用刪除工具將前面添加的氫原子全部刪除即可。加氫工具的另一個目的就是為第4頁/共41頁第四頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。 后面添加其他基團做準(zhǔn)備。用基團工具點擊氫原子將氫原子取代掉后即可達到在一定的成鍵方向添加某個

3、基團的目的。 例2.1：構(gòu)造出環(huán)戊二烯，用刪除工具刪除CH2的兩個氫原子。再用加氫工具加一個氫原子即可得到正確取向的氫。 例2.1：構(gòu)造出環(huán)戊二烯，用刪除工具刪除CH2的兩個氫原子。用加氫工具加一個氫原子即可得到正確取向的氫。用羰基點擊氫原子將氫原子取成羰基。第5頁/共41頁第五頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。 3. 點群工具(是將分子進行對稱化)第6頁/共41頁第六頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。 選擇菜單 Edit Point Group.即彈出上圖的點群工具對話框，選定適當(dāng)?shù)娜莶钪担╰olarence）即可將分子進行對稱化，使分子具有某種點群對稱性。點擊“Symmetrize”按

4、鈕后，分子就已經(jīng)具有相應(yīng)點群對稱性了。如果再選擇“Constrain to subgroup”中的某個點群，則笛卡爾坐標(biāo)軸的定向?qū)凑辗肿拥膶ΨQ軸進行選取，如下圖所示。第7頁/共41頁第七頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。第8頁/共41頁第八頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。 如果再選中下方的“Always track point group symmetry”選項，則后面當(dāng)我們利用變形工具改變某個幾何參數(shù)（鍵長或鍵角或二面角）時或者刪除工具刪除某個原子時，分子將按照對稱性的要求自動改變其他對稱相關(guān)的幾何參數(shù)（鍵長或鍵角或二面角）或刪除其他對稱相關(guān)的原子。 第9頁/共41頁第九頁，編輯于星

5、期五：二十點 二十八分。 例子3.1：構(gòu)造出環(huán)戊二烯，用刪除工具刪除CH2的兩個氫原子。再用加氫工具加一個氫原子即可得到正確取向的氫，用點群工具將 該結(jié)構(gòu)對稱化為D5h點群（容差值為0.3），同時選中“Always track point group symmetry”。這樣用鍵長工具將任一個C-C 鍵長設(shè)1.44，鍵型設(shè)為“共軛雙鍵”，則其余四個C-C 鍵都擁有同等鍵長和鍵型。同時具有D5h 點群對稱性的環(huán)戊烯分子中心就是坐標(biāo)原點第10頁/共41頁第十頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。 4. 顯示坐標(biāo)軸 點擊右鍵菜單可以選擇顯示笛卡爾坐標(biāo)軸。顯示坐標(biāo)軸可以更準(zhǔn)確地添加原子或虛原子。 例子4

6、.1：接上例，添加一個笛卡爾坐標(biāo)軸 5. 添加虛原子（構(gòu)建晶體結(jié)構(gòu)）第11頁/共41頁第十一頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。 點擊上面圖標(biāo)“Atom List Editor”，點擊symbol選擇一個任意重復(fù)的原子為虛原子。 6. 刪除虛原子 點擊上圖，在彈出的“Atom List Editor”窗口中選中要刪除的原子，然后選擇菜單 Edit Delete Atoms Selected。第12頁/共41頁第十二頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。 例6.1：接上例添加虛原子7. 利用晶體工具在一定方向復(fù)制分子 晶體工具也可以通過選擇菜單Edit PBC.調(diào)出。晶體工具除了構(gòu)造一維至三維晶體

7、結(jié)構(gòu)外，還可以實現(xiàn)分子的平移復(fù)制。方法是：在彈出的PBC 對話框中選擇Symmetry選項卡中的“Lattice Dimension”中的“Three”，即構(gòu)造三維晶體結(jié)構(gòu)（一般來說三個晶軸的方向中的一個是沿著分子主軸的方向）。我們可以通過調(diào)節(jié)Alpha 至Gamma 角來得到我們想要的一個晶軸取向，然后第13頁/共41頁第十三頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。 在“Cell”選項卡中設(shè)定晶格長度（a、b 和c 的大?。?。再在“View”選項卡中選擇該晶軸方向復(fù)制的數(shù)目，最后點“Combine”按鈕既可。完成后可以將PBC 對話框Symmetry 選項卡的“Lattice Dimension

8、”一項設(shè)為“None”，即可取消周期性條件。 例7.1，接上例構(gòu)建三維的晶體結(jié)構(gòu)第14頁/共41頁第十四頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。 8 復(fù)制和粘貼工具進行分子的復(fù)制和粘貼 但其局限性在于只能按照軟件默認(rèn)的方向粘貼分子，因此往往需要一些后續(xù)操作才能符合我們的要求。第15頁/共41頁第十五頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。 9. 平移分子，旋轉(zhuǎn)分子 用快捷鍵Alt+Shift即可平移。用Ctrl+Alt即可旋轉(zhuǎn)分子。第16頁/共41頁第十六頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。幾何優(yōu)化第17頁/共41頁第十七頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。 一，幾個概念 1.1 密度泛函（DFT）

9、密度泛函(Density Functional Methods)密度泛函是最近幾年興起的第三類電子結(jié)構(gòu)理論方法。它采用泛函(以函數(shù)為變量的函數(shù))對薛定鄂方程進行求解，由于密度泛函包涵了電子相關(guān)，它的計算結(jié)果要比 HF（Hartree-Fock 方） 方法好，計算速度也快。第18頁/共41頁第十八頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。 1.2 化學(xué)模型(Model Chemistries) Gaussian包含多種化學(xué)模型,比如 計算方法 Gaussian關(guān)鍵詞 方法 HF Hartree-Fock自恰場模型 B3LYP Becke型3參數(shù)密度泛函模型,采用Lee-Yang-Parr泛函 MP2

10、二級Moller-Plesset微擾理論 MP4 四級Moller-Plesset微擾理論 QCISD(T) 二次CI 第19頁/共41頁第十九頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。 * 在B3LYP水平上進行的計算結(jié)果,在幾何優(yōu)化上有明顯的優(yōu)勢. 這些結(jié)論顯示, * 如果可能,使用B3LYP/6-31G(d)進行幾何構(gòu)型和零點能計算,使用B3LYP（函數(shù)）的最大基組進行能量計算 。第20頁/共41頁第二十頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。 1.3基組 基組是分子軌道的數(shù)學(xué)表達。其中一種為分裂基組 。最精確的方法是B3LYP/6-311+G(3df,2df,2p)和B3LYP/6-31G(d)

11、,注意其表示 用后一種方法優(yōu)化結(jié)構(gòu),用前一種方法計算能量及性質(zhì).這不是最昂貴的計算方法.第21頁/共41頁第二十一頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。 1.4 彌散函數(shù)(Diffuse Functions) 6-31+G(d)基組表示的是6-31G(d)基組在重原子上加上彌散基組,6-31G+(d)基組表示對于氫原子也加上彌散函數(shù).這兩者一般在精度上沒有大的差別. 第22頁/共41頁第二十二頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。 1.5分子結(jié)構(gòu) 首先是電荷和自旋多重度，電荷就是分子體系的電荷了，沒有就是0，自旋多重度就是2S+1，其中S 是體系的總自旋量子數(shù)，其實用單電子數(shù)加 1 就是了。沒有單

12、電子，自旋多重度就是1. 1.6分子幾何構(gòu)型 一般可以用迪卡爾坐標(biāo)，也可以用Z-矩陣(Z-Matrix)第23頁/共41頁第二十三頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。 二，Gaussian 計算實例（進行幾何優(yōu)化,在起始結(jié)構(gòu)的附近尋找具有最低的能量的結(jié)構(gòu).） 計算優(yōu)化乙烯結(jié)構(gòu)： 第一步，寫好高斯輸入文件： 1、（畫出乙烯分子結(jié)構(gòu)并保存文件） 2、點擊菜單上的Calculate，選中Gaussian.，打開高斯計算設(shè)置窗口。第24頁/共41頁第二十四頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。第25頁/共41頁第二十五頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。第26頁/共41頁第二十六頁，編輯于星期五：二十點

13、 二十八分。 3、設(shè)定工作類別optimization，第27頁/共41頁第二十七頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。 4、設(shè)定計算方法，Ground State 表示計算基態(tài)，DFT表示用密度泛函理論，Unrestricted表示用非限制性的，即分別計算電子和電子；B3LYP 表示用的函數(shù)為B3LYP 函數(shù)。下一行為計算所用基組設(shè)置，本計算采用的基組為6-31G，后面的是加極化函數(shù)和彌散函數(shù)，我們這兒暫時不考慮。然后再一下行第一個Charge 表示計算分子所帶電荷量，這里設(shè)為0，表示是中性分子；然后是自旋多重度spin，singlet 表示自旋多重度為1，分子中沒有單電子。第28頁/共41頁

14、第二十八頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。第29頁/共41頁第二十九頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。 5、設(shè)置作業(yè)標(biāo)題，手寫輸入ethylene opt。第30頁/共41頁第三十頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。 6、設(shè)置所需資源，%chk=ethylene.chk 表示計算結(jié)果生成的chk 文件命名為ethylene.chk，%mem=6MW 表示計算所需內(nèi)存為6M，%nproc=1 表示所需cpu 數(shù)目為1。第31頁/共41頁第三十一頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。第32頁/共41頁第三十二頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。 7、下一個為General，去掉所有的鉤，再后面的Guess（初始猜測）、NBO（成鍵軌道分析）和Solvation（溶劑化）不用管。第33頁/共41頁第三十三頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。第34頁/共41頁第三十四頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。 8、點擊Edit，提示保存作業(yè)，如下圖所示：第35頁/共41頁第三十五頁，編輯于星期五：二十點 二十八分。 9、出現(xiàn)保存頁面，輸入文件名ethylene.gjf，點擊Save 保存