G031Input_Basis

1、Gaussian03分子坐標(biāo)、基組選擇等G03W 輸入界面基本輸入命令： LinK 0 命令%chk=XXX%MEM=XXXX MB or GB or MW%RWF=loc1，Size1，loc2,Size2, ，locN，-1%SCR=XXX.scr%D2E=xxx.d2e%INT=%Kjob L301 （n）%Nosave%nproc=n%nproclinda=n%nprocshared=n分子描述電荷整個(gè)分子體系所帶凈電荷自旋多重度由分子總電子自旋在Z軸分量必須是正數(shù)或半整數(shù)限制分子結(jié)構(gòu)分子坐標(biāo)（內(nèi)坐標(biāo)或直角坐標(biāo)）連接性或其他修飾說(shuō)明如何確定分子的自旋多重度自旋多重度是看在

2、有外加磁場(chǎng)情況下，體系可以穩(wěn)定存在的微觀狀態(tài)數(shù)： a. 在有磁場(chǎng)存在下，分子的電子總自旋在Z軸上的分量為整數(shù)或半整數(shù)時(shí)，才能穩(wěn)定存在; b. 鄰近的兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)之間Z周分量應(yīng)該相差1。 因此，它和體系的總電子自旋S有關(guān)： 自旋多重度=2S+1 1個(gè)和2個(gè)單電子時(shí)自旋多重度的確定容易知道，閉殼層體系的自旋多重度為1。具有一個(gè)單電子的體系自旋多重度為2。余下類(lèi)推。成對(duì)電子對(duì)自旋多重度沒(méi)有貢獻(xiàn)。幾個(gè)自旋多重度判斷的例子一、二周期原子的基態(tài)的自旋多重度判斷：原子： H, He, Li， Be, B, C, N, O, F 基態(tài)電子排布：1s1 1s2 2s1 2s2 2s22p1 2s22p2 2s2

3、2p3 2s22p4 2s22p5未成對(duì)電子數(shù)： 1 0 1 0 1 2 3 3 1 2.幾個(gè)過(guò)渡原子的自旋多重度 Mn 4s23d5 5個(gè)自旋平行單電子 S=2.5 自旋多重度為6; Fe 4s23d 4個(gè)自旋平行單電子 S=2， 自旋多重度為5；3. Fe2的自旋多重度有許多可能，哪個(gè)是基態(tài)需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)或計(jì)算確定。 下面是其中一種可能的成鍵情況： 當(dāng)左右兩個(gè)Fe原子的未成對(duì)單電子自旋都平行時(shí)，S=4，自旋多重度是9；左邊Fe單電子自旋向上，右邊的自旋向下時(shí)，自旋多重度為1。 基本輸入命令:Job_Command Line輸入輸入分子結(jié)構(gòu)坐標(biāo)的來(lái)源坐標(biāo)的來(lái)源 1、自建、自建: a. 手寫(xiě)內(nèi)坐

4、標(biāo)和混合內(nèi)坐標(biāo)手寫(xiě)內(nèi)坐標(biāo)和混合內(nèi)坐標(biāo) b. 用分子作圖軟件創(chuàng)建用分子作圖軟件創(chuàng)建 1. ChemDraw 2. GaussView 3. Molden 2、分子結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)庫(kù)、分子結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)庫(kù) a. 晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù) 1. x-ray單晶測(cè)量單晶測(cè)量 2. 中子衍射測(cè)量中子衍射測(cè)量 3. Cambridge 晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù) Cambridge Structural Database (CSD) 4. PDB數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù) b.其他光譜數(shù)據(jù)其他光譜數(shù)據(jù) 1. 微波波譜測(cè)量微波波譜測(cè)量 2. 振振-轉(zhuǎn)光譜數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)光譜數(shù)據(jù) 手寫(xiě)內(nèi)坐標(biāo)的建立例例1：NH3（不考慮對(duì)

5、稱(chēng)性）（不考慮對(duì)稱(chēng)性）N 將第一個(gè)原子放在坐標(biāo)原點(diǎn)將第一個(gè)原子放在坐標(biāo)原點(diǎn) 三個(gè)原子三個(gè)原子H 1 r1 將第二個(gè)原子放在將第二個(gè)原子放在Z軸上軸上 確定右手確定右手H 1 r2 2 a2 將第三個(gè)原子放在將第三個(gè)原子放在Z-X平面上平面上 直角坐標(biāo)直角坐標(biāo)H 1 r3 2 a3 3 b3 根據(jù)右手定則確定根據(jù)右手定則確定Y軸位置軸位置 系系 Variables或空行 從第四個(gè)原子開(kāi)始，后面的從第四個(gè)原子開(kāi)始，后面的r1=1.00 原子位置是確定的；不同的次序，原子位置是確定的；不同的次序，r2=1.01 是如何以何種和連接方式給出是如何以何種和連接方式給出r3=1.02a2=109.a3=1

6、09.1b3=120.空行二面角的判斷110 = -250 =110 360-110 = +250 = -110 360逆時(shí)針為正逆時(shí)針為正順時(shí)針，為負(fù)順時(shí)針，為負(fù)例例2：NH3（考慮對(duì)稱(chēng)性（考慮對(duì)稱(chēng)性C3v） X 使用一個(gè)虛原子來(lái)定位使用一個(gè)虛原子來(lái)定位 N 1 1.0 H 2 r1 1 a1 H 2 r1 1 a1 3 b1 H 2 r1 1 a1 3 -b1 Variables或空行 r1=1.00 a1=109. b1=120. 空行例例3：CH4 分子的兩種寫(xiě)法分子的兩種寫(xiě)法 （Td對(duì)稱(chēng)性）對(duì)稱(chēng)性）A：C1 H2 1 rH3 1 r 2 aH4 1 r 2 a 3 bH5 1 r 2

7、 a 3 br=1.09a=109.47122b=120.B：1 6 1 r1 2 r 1 a1 2 r 1 a 3 b1 2 r 1 a 4 br=1.09a=109.47122b=120.原子順序可以改變，同一結(jié)構(gòu)有多種寫(xiě)法原子順序可以改變，同一結(jié)構(gòu)有多種寫(xiě)法例4：CO2的內(nèi)坐標(biāo)三原子共線(xiàn)，一定需要虛原子定位.CX 1 1.0O 1 r 2 90.0 O 1 r 2 90.0 3 180.r=1.25建議：一般鍵角大于建議：一般鍵角大于175.度，應(yīng)該加虛原子調(diào)節(jié)，否則容易造成優(yōu)化中超過(guò)度，應(yīng)該加虛原子調(diào)節(jié)，否則容易造成優(yōu)化中超過(guò)180.度而出錯(cuò)度而出錯(cuò); 或者用直角坐標(biāo)優(yōu)化。或者用直角坐

8、標(biāo)優(yōu)化?；旌献鴺?biāo)寫(xiě)法從：優(yōu)化的優(yōu)化的1，3-丁二烯標(biāo)準(zhǔn)方向坐標(biāo)開(kāi)始丁二烯標(biāo)準(zhǔn)方向坐標(biāo)開(kāi)始 去掉去掉9和和10兩個(gè)原子的直角坐標(biāo)，以?xún)?nèi)坐標(biāo)的方式再添加上去兩個(gè)原子的直角坐標(biāo)，以?xún)?nèi)坐標(biāo)的方式再添加上去優(yōu)化的優(yōu)化的1，3-丁二烯標(biāo)準(zhǔn)方向坐標(biāo)：丁二烯標(biāo)準(zhǔn)方向坐標(biāo)：Center Atomic Atomic Coordinates (Angstroms)Number Number Type X Y Z - 1 6 0 -0.325869 0.651736 0.000000 2 6 0 0.325869 -0.651736 0.000000 3 6 0 0.325869 1.823153 0.000000

9、4 6 0 -0.325869 -1.823153 0.000000 5 1 0 -1.416515 0.645244 0.000000 6 1 0 1.416515 -0.645244 0.000000 7 1 0 1.412852 1.870022 0.000000 8 1 0 -1.412852 -1.870022 0.000000 9 1 0 -0.202294 2.771872 0.000000 10 1 0 0.202294 -2.771872 0.000000 1. 假設(shè)結(jié)構(gòu)中缺少標(biāo)號(hào)為假設(shè)結(jié)構(gòu)中缺少標(biāo)號(hào)為9，10 的兩個(gè)的兩個(gè)H原子；需要添加原子；需要添加 2. 去掉去掉Cen

10、ter Number列數(shù)據(jù)，即為前列數(shù)據(jù)，即為前8個(gè)原子的直角坐標(biāo)；個(gè)原子的直角坐標(biāo)； 3. 原子類(lèi)型列可留可去原子類(lèi)型列可留可去得到的前得到的前8個(gè)原子的坐標(biāo)：個(gè)原子的坐標(biāo)：6 0 -0.325869 0.651736 0.0000006 0 0.325869 -0.651736 0.0000006 0 0.325869 1.823153 0.0000006 0 -0.325869 -1.823153 0.0000001 0 -1.416515 0.645244 0.0000001 0 1.416515 -0.645244 0.0000001 0 1.412852 1.870022 0.00

11、00001 0 -1.412852 -1.870022 0.000000H 3 r 7 a 1 b 添加的第添加的第9個(gè)原子（個(gè)原子（H）H 4 r1 8 a1 2 b1 添加的第添加的第9個(gè)原子（個(gè)原子（H）r=1.09 添加的變量初始數(shù)值添加的變量初始數(shù)值a=120.b=180.0r1=1.09a1=120.b1=180.手寫(xiě)坐標(biāo)注意事項(xiàng)所有坐標(biāo)常量，變量都要用浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)；所有坐標(biāo)常量，變量都要用浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)；坐標(biāo)變量前可以使用負(fù)號(hào)，但是不能用表達(dá)式坐標(biāo)變量前可以使用負(fù)號(hào)，但是不能用表達(dá)式鍵角范圍鍵角范圍0.0角度角度180.0度度;描述二面角的參考原子和當(dāng)前原子中任何三原子不能共描述二面角

12、的參考原子和當(dāng)前原子中任何三原子不能共線(xiàn)；線(xiàn)；5. 參考原子只起定位作用，不一定選直接成鍵的原子；參考原子只起定位作用，不一定選直接成鍵的原子；6. 寫(xiě)有對(duì)稱(chēng)性分子坐標(biāo)的經(jīng)驗(yàn)：寫(xiě)有對(duì)稱(chēng)性分子坐標(biāo)的經(jīng)驗(yàn)： A: 優(yōu)先級(jí)別優(yōu)先級(jí)別: a. 對(duì)稱(chēng)中心原子對(duì)稱(chēng)中心原子(或添加虛原子到主軸或添加虛原子到主軸); b. 主軸上的原子主軸上的原子(或添加虛原子到主軸或添加虛原子到主軸)； C. 垂直于主軸的對(duì)稱(chēng)面，垂直于主軸的對(duì)稱(chēng)面，C2軸上原子；軸上原子； B: 等同坐標(biāo)用相同變量表示，可以保證優(yōu)化中保持原有對(duì)等同坐標(biāo)用相同變量表示，可以保證優(yōu)化中保持原有對(duì)稱(chēng)性；稱(chēng)性； 用GaussView3.0建立分子

13、結(jié)構(gòu)基本畫(huà)分子結(jié)構(gòu)的技巧用GaussView3.0來(lái)創(chuàng)建分子內(nèi)坐標(biāo)用GaussView3.0提交Gaussian任務(wù)Gaussian中的基組基組的一些基本概念：STO和多zeta基函數(shù)GTO基函數(shù)最小基組劈裂基組極化函數(shù) 彌散函數(shù)相關(guān)一致性基CC-PVXZ1. 贗勢(shì)基組ECP STO 雙zeta、三zeta和四zeta GTO基函數(shù)GTO擬合STO以GTO擬合STO 原子軌道分層內(nèi)層和價(jià)層同樣采用單zeta擬合方式，則為最小基組STO-NG內(nèi)層采用單zeta，價(jià)層采用多zeta，則為劈裂基組 3-21G，6-31G，6-311G等 1niiiSTOd GTO3 3 1 2 2 ssspp 內(nèi)層

14、 價(jià)層 3-21G為例Gaussian03內(nèi)含的劈裂基組 3-21G 6-21G 4-31G 6-31G 6-311G D95 D95V極化函數(shù) 形成分子過(guò)程中,原子相互接近,他們的電荷分布產(chǎn)生極化效應(yīng)，原子軌道變形，原來(lái)單一的”s”帶有了部分的”p”軌道成分， ”p”軌道帶有了部分“d”軌道成分“p”軌道加入“d”成分“s”軌道加入“p”成分常用的極化函數(shù)舉例G(d，p) =* 重原子加d極化函數(shù) H原子加p極化函數(shù)G(2df，p) 重原子加2組d極化函數(shù),1組f極化函數(shù) H原子加p極化函數(shù)G(3df，2p) 重原子加3組d，1組f極化函數(shù) H原子加2組p極化函數(shù)注意：注意：1. 一些基組自

15、身包含極化函數(shù)，一些基組自身包含極化函數(shù)， 如如CC-PVDZ等等 2. d極化函數(shù)有極化函數(shù)有5d和和6d的區(qū)別；的區(qū)別； f函數(shù)有函數(shù)有7f和和10f的區(qū)別的區(qū)別彌散函數(shù)當(dāng)體系對(duì)電子束縛較弱時(shí)，拖尾的區(qū)域變得比較重要，需加彌當(dāng)體系對(duì)電子束縛較弱時(shí)，拖尾的區(qū)域變得比較重要，需加彌散函數(shù)補(bǔ)充散函數(shù)補(bǔ)充彌散函數(shù)的表示+G 重原子p軌道加彌散函數(shù) +G 重原子p軌道加彌散函數(shù) H原子s軌道加彌散函數(shù)AUG-cc-pvdz 每種使用的函數(shù)類(lèi)型都 添加一個(gè)彌散函數(shù)* 彌散函數(shù)函數(shù)的系數(shù)都很小，一般不用特意優(yōu)化贗勢(shì)基組ECP有效核勢(shì)有效核勢(shì)ECP：Gaussian03內(nèi)含的內(nèi)含的ECP基組基組 Step

16、hens/Basch/Krauss ECP基組基組 CEP-4G CEP-31G CEP-121G Alamos ECP 基組基組 LANL2DZ （加DZ） LANL2MB（加MBS）更多更多ECP基組：基組：/forms/basisform.htmlhttp:/www.theochem.uni-stuttgart.de/pseudopotentials基組的輸入Gaussian自帶基組： 1. 單一基組的輸入單一基組的輸入: 所有原子采用相同基組所有原子采用相同基組 # MP2/6-31G* 。 2. 多個(gè)基組輸入：不同原子采用不同基組多個(gè)基組輸

17、入：不同原子采用不同基組 # MP2/gen 。 Title 0 1 分子描述分子描述 C H O 0 6-311G* * S P 0 6-31G* *自定義基組的輸入# MP2（FC）/GenECP gfinput 。Hay-Wadt MB (n+1) ECP 0 1FeFE 0 S 3 1.00 6.42200000 -0.392788200 1.82600000 0.771264300 0.713500000 0.492022800 S 4 1.00 6.42200000 0.178687700 1.82600000 -0.419403200 0.713500000 -0.4568185

18、00 0.102100000 1.10350480 S 1 1.00 0.363000000E-01 1.00000000 P 3 1.0019.4800000 -0.470282000E-01 2.38900000 0.624884100 0.779500000 0.472254200 P 1 1.00 0.740000000E-01 1.00000000 P 1 1.00 0.220000000E-01 1.00000000 D 4 1.00 37.0800000 0.329000000E-01 10.1000000 0.178741800 3.22000000 0.448765700 0

19、.962800000 0.587636100 D 1 1.00 0.226200000 1.00000000 *FE 0FE-ECP 2 10d potential 31 392.61497870 -10.000000002 71.17569790 -63.266751802 17.73202810 -10.96133380s-d potential 50 126.05718950 3.000000001 138.12642510 18.172913702 54.20988580 339.123116402 9.28379660 317.106801202 8.62890820 -207.34

20、216490p-d potential 50 83.17594900 5.000000001 106.05599380 5.953593002 42.82849370 294.266552702 8.77018050 154.424463502 8.03978180 -95.31642490ECP基組輸入注意事項(xiàng) ECP基組包括兩個(gè)部分 1. 外層軌道基函數(shù) 2. 原子核和內(nèi)層電子的贗勢(shì) 先給出外層軌道基函數(shù)，然后空一行給贗勢(shì) 用iop（3/8=1）結(jié)合gfinput查看輸出文件中的過(guò)渡原子的贗勢(shì)部分是否正確，電子數(shù)是否只包含外層電子。基組選擇中的一些問(wèn)題基本原則：根據(jù)研究體系，選擇公認(rèn)合理的

21、基組基本原則：根據(jù)研究體系，選擇公認(rèn)合理的基組 配位化合物中心原子應(yīng)該加配位化合物中心原子應(yīng)該加d型極化函數(shù)型極化函數(shù)相關(guān)能計(jì)算應(yīng)該用大的基組，包括較多的極化函數(shù)相關(guān)能計(jì)算應(yīng)該用大的基組，包括較多的極化函數(shù)對(duì)于陰離子等對(duì)電子束縛較弱的體系，應(yīng)該添加彌對(duì)于陰離子等對(duì)電子束縛較弱的體系，應(yīng)該添加彌散函數(shù)散函數(shù)對(duì)于弱相互作用體系，如氫鍵，弱分子間配合物，對(duì)于弱相互作用體系，如氫鍵，弱分子間配合物，范德華相互作用等，應(yīng)當(dāng)添加彌散函數(shù)范德華相互作用等，應(yīng)當(dāng)添加彌散函數(shù)1.計(jì)算激發(fā)態(tài)，應(yīng)該使用大的基組，添加彌散函數(shù)計(jì)算激發(fā)態(tài)，應(yīng)該使用大的基組，添加彌散函數(shù)初學(xué)Gaussian03常見(jiàn)出錯(cuò)分析一個(gè)有很多錯(cuò)誤的輸入文件：%chk=CH2Cl#p RHF/6-31G* opt Title OPT of CH3Cl0 1ClC 1 rH 2 h 1 aH