Нестандартни входни файлове

Външни входни данни

Форматиране

Молекулни координатиВидове молекулни координати поддържани от Gaussian:Вътрешни (Вътрешни ( Z Z--матрица )матрица ) 0 2

C1C2 C1 CCH1 C1 CH C2 TH2 C1 CH C2 T H1 T 1H3 C2 CH C1 T H1 180.H4 C2 CH C1 T H3 120.H5 C2 CH C1 T H3 240.

CC 1.54CH 1.09T 109.471221

1 1CN 1 B1C 2 B2 1 A1C 2 B3 1 A2 3 D1C 3 B4 2 A3 1 D2C 4 B5 2 A4 1 D3C 5 B6 3 A5 2 D4H 3 B7 2 A6 1 D5..............Variables:B1 3.025000B2 1.343000B3 1.343000..............Constants:A3 120.000000D1 180.000000

0,2CC,1,RCCH,1,R1,2,A1X,1,1.,2,X1,3,180.,0H,1,R2,4,A2,2,90.,0H,1,R2,4,A2,2,-90.,0H,2,R3,1,A3,3,0.,0H,2,R4,1,A4,3,180.,0

RCC=1.4985R1=1.08422R2=1.0886R3=1.07398R4=1.07507A1=111.48882X1=127.99832A2=53.40128A3=121.54216A4=120.49668

Собственият графичен пакет на Gaussian е GaussView – може да се използва за подготовка на входни и обработка на изходни файлове.

0 2 6 0.00000000 0.00000000 0.00000000 6 1.49850000 0.00000000 0.00000000 1 -0.39717111 1.00885485 0.00000000 0 -0.61563837 -0.78802881 -0.00000000 1 -0.39956831 -0.51145502 -0.87396160 1 -0.39956831 -0.51145502 0.87396160 1 2.06032667 0.91530532 0.00000000 1 2.04408559 -0.92634328 0.00000000

ДекартоДекартовиви0 2 C 0.00000000 0.00000000 0.00000000 C 1.49850000 0.00000000 0.00000000 H -0.39717111 1.00885485 0.00000000 X -0.61563837 -0.78802881 -0.00000000 H -0.39956831 -0.51145502 -0.87396160 H -0.39956831 -0.51145502 0.87396160 H 2.06032667 0.91530532 0.00000000 H 2.04408559 -0.92634328 0.00000000

Молекулни координати

СмесениСмесени0 2CC,1,RCCH,1,R1,2,A1H -0.39956831 -0.51145502 -0.87396160H -0.39956831 -0.51145502 0.87396160H 2.06032667 0.91530532 0.00000000H 2.04408559 -0.92634328 0.00000000

В случая се избягва употребата на dummy атом.

Молекулни координати

Най-лесно външна структура се задава чрез декартови координати, но може да се наложи допълнително форматиране. То може да се осъществи чрез:

%chk=test#RHF/6-31g Geom=Check Opt..............0 1Секцията с молекулните координати остава празна!

Понякога се налага вкарване на молекулна структура ‘отвън’ – експериментални данни, предишно изчисление с друга програма, координати от научна публикация и др.

Графична програмаGaussView’03 – превръща 8 файлови формата [*.out, *.cub, *.chk, *.fch, *.pdb, *.mol(MDL), *.(SYBYL), *.cif(X-ray)]

Chem3D’8 - превръща 27 файлови формата Babel - превръща 46 файлови формата Други – VMD, Moldraw, Molekel, WebLabViewer, ViewerPro,

Molden, …………….От предварително записан checkpoint файл

РъчноДа фигурира информацията от предишния слайд в свободен формат (позиции).

Redundant internal coordinates taken from checkpoint file:test.chk

Базисни функцииПочти всички изчисления изискват задаване на базисен набор. Наличните в Gaussian базиси са изброени на стр. 24-28 от упътването. Ако не е зададен базис се използва STO-3G.

#UHF/6-31G OptStandard basis: 6-31G (6D, 7F)There are 117 symmetry adapted basis functions of A symmetry...............117 basis functions, 278 primitive gaussians, 117 cartesian basis functions 39 alpha electrons 39 beta electrons

20 атома ( C9H9NO)

Извеждане на базисните функции на някой от вградените базиси в явен вид

#RHF/D95V GFPrint AO basis set: Atom C1 Shell 1 S 7 bf 1-1 -1.036177797068 -1.566448283442 -0.095502028796 0.4233000000D+04 0.1219999687D-02 0.6349000000D+03 0.9341997607D-02 0.1461000000D+03 0.4545198836D-01 0.4250000000D+02 0.1546569604D+00 0.1419000000D+02 0.3588659081D+00 0.5148000000D+01 0.4386318876D+00 0.1967000000D+01 0.1459179626D+00 Atom C1 Shell 2 S 2 bf 2-2 -1.036177797068 -1.566448283442 -0.095502028796 0.5148000000D+01 -0.1683669561D+00 0.4962000000D+00 0.1060090723D+01 Atom C1 Shell 3 S 1 bf 3-3 -1.036177797068 -1.566448283442 -0.095502028796 0.1533000000D+00 0.1000000000D+01 Atom C1 Shell 4 P 4 bf 4-6 -1.036177797068 -1.566448283442 -0.095502028796 0.1816000000D+02 0.1853899981D-01 0.3986000000D+01 0.1154359988D+00 0.1143000000D+01 0.3861879960D+00 0.3594000000D+00 0.6401139934D+00 Atom C1 Shell 5 P 1 bf 7-9 -1.036177797068 -1.566448283442 -0.095502028796 0.1146000000D+00 0.1000000000D+01..............

Вградени базисни функции

Полезно при сравняване на различни базиси от един и същи клас

Извеждане на някой от вградените базиси във формат за вход#RHF/6-31+G* GFInput Standard basis: 6-31+G(d) (6D, 7F) AO basis set in the form of general basis input: 1 0 S 6 1.00 0.000000000000 0.3047524880D+04 0.1834737132D-02 0.4573695180D+03 0.1403732281D-01 0.1039486850D+03 0.6884262226D-01 0.2921015530D+02 0.2321844432D+00 0.9286662960D+01 0.4679413484D+00 0.3163926960D+01 0.3623119853D+00 SP 3 1.00 0.000000000000 0.7868272350D+01 -0.1193324198D+00 0.6899906659D-01 0.1881288540D+01 -0.1608541517D+00 0.3164239610D+00 0.5442492580D+00 0.1143456438D+01 0.7443082909D+00 SP 1 1.00 0.000000000000 0.1687144782D+00 0.1000000000D+01 0.1000000000D+01 SP 1 1.00 0.000000000000 0.4380000000D-01 0.1000000000D+01 0.1000000000D+01 D 1 1.00 0.000000000000 0.8000000000D+00 0.1000000000D+01 ****..............

Вградени базисни функции

Използва се при необходимост от модифициране на вграден базис

Ако спецификата на задачата изисква използване на базисни функции, които не фигурират в библиотеката на Gaussian се налага вчитането им от Интернет-библиотеки, научни публикации или разработване на собствен базис

Външни базисни функции

Надеждни Интернет-източнициhttps://bse.pnl.gov/bse/portal

http://www.ccl.net/cca/documents/basis-sets/basis.html

Handbook of Gaussian Basis Sets, R. Poirier, R. Cari, I. Csizmadia, Elsevier, 1985

http://chemistry.umeche.maine.edu/Modeling/GAMBasis.html?Game_but=GAMESShttp://www.msg.ku.edu/mgm.htmlhttp://www.scm.com/Doc/Doc2005.01/Background/BasissetsSummary/BasissetsSummary.pdfftp://ftp.chemie.uni-karlsruhe.de/pub/BASES/http://www.teokem.lu.se/molcas/documentation/manualhttp://www.molpro.net/info/current/doc/manual/frames.htmlhttp://www.chamotlabs.com/Freebies/Table/parameters-table.html

Формат за задаване на външен базис

Външни базисни функции

#RHF Gen (6D,10F) Opt..............Z-матрица

19 C 0 S 6 1.00 0.000000000000 0.5484671660D+04 0.1831074430D-02 0.8252349460D+03 0.1395017220D-01 0.1880469580D+03 0.6844507810D-01 0.5296450000D+02 0.2327143360D+00 0.1689757040D+02 0.4701928980D+00 0.5799635340D+01 0.3585208530D+00 SP 3 1.00 0.000000000000 0.1553961625D+02 -0.1107775495D+00 0.7087426823D-01 0.3599933586D+01 -0.1480262627D+00 0.3397528391D+00 0.1013761750D+01 0.1130767015D+01 0.7271585773D+00 SP 1 1.00 0.000000000000 0.2700058226D+00 0.1000000000D+01 0.1000000000D+01 SP 1 1.00 0.000000000000 0.8450000000D-01 0.1000000000D+01 0.1000000000D+01 D 1 1.00 0.000000000000 0.8000000000D+00 0.1000000000D+01 ****..............

N

i

rfi

iedr1

22

Пореден номер или вид на

атомаТип на слоя

Брой на примитивните в слоя

Скалиращ множител

Гаусов експонент

Контракционни коефициентиКрай на блока ( задължителен в позиции 1-4! )

General basis read from cards: (5D, 7F)

Ако е необходимо да се добавят базисни функции към съществуващ базис, напр. само за даден химичен елемент или допълнителни дифузни (поляризационни) функции:

Добавяне на базисни функции

#RHF 6-31G* Extrabasis Opt..............Z-матрица

EU 0 S 10 1.00 9690.55310 0.108120000E-02 1465.97170 0.719560000E-02 326.385540 0.178484000E-01 22.1103280 0.815493100 15.7321380 -1.44763490 4.40051800 0.654895700 2.44496300 0.724983900 .............. 3.97925500 -0.348986100 1.77283500 -0.334233500 F 1 1.00 0.270195000 1.00000000 F 1 1.00 0.737776000 1.00000000 ****

Изисква отново секция във входния файл с формат като при Gen

Няма специално съобщение.

Тази ключова дума не може да се използва за заменянезаменяне на съществуващи базисни функции!

Ефективни потенциалиТъй като вътрешните (core) електрони не участват в образуване на химични връзки, тази част от вълновата функция може да се апроксимира с ефективен потенциал, който се получава чрез развитие с плоски вълни.

Предимства на ECP:намаляват броя собствени вектори, за които трябва да се решават SCF-уравнениятапремахват част от възлите на вълновата функцияпозволяват включване на релативистични ефекти

http://www.fz-juelich.de/conference/wscn/Lecture-Notes/

EU 0EU-ECP 5 28H POTENTIAL 12 1.00000000 0.00000000S-H POTENTIAL 12 23.47138400 607.65933100P-H POTENTIAL 12 16.77247900 264.38547600D-H POTENTIAL 12 13.98134300 115.38137500F-H POTENTIAL 12 23.96288800 -49.40079400G-H POTENTIAL 12 21.23245800 -26.74827300

#RHF 6-31G* Pseudo=Read Opt

При изчисления с тежки атоми е неизбежно използването на ефективни потенциали ( ЕСР ) за вътрешни електрони поради необходимост от отчитане на релативистични ефекти и от намаляване на изчислителното време.

Ефективни потенциали

ECP могат да бъдат както вградени ( SHC, LANL1, LANL2 ), така и външни

Атоми, за които ще се използва потенциалаИме на потенциала ( да не се повтаря с

вградените) Максимален ъглов момент

Брой вътрешни електрони заменени от потенциалаИме на

блока Брой функции в блока

Степен на R

Експонент

Коефициент

Ефективни потенциали Pseudopotential Parameters =============================================================================== Center Atomic Valence Angular Power Number Number Electrons Momentum of R Exponent Coefficient =============================================================================== 1 63 35 H and up 2 1.0000000 0.00000000 S - H 2 23.4713840 607.65933100 P - H 2 16.7724790 264.38547600 D - H 2 13.9813430 115.38137500 F - H 2 23.9628880 -49.40079400 G - H 2 21.2324580 -26.74827300 2 6 No pseudopotential on this center...............При ЕСР е много важно разстоянието ( cutoff ), до което се ‘простира’ потенциала. Напоследък са много актуални т.нар. ‘ултрамеки’ ECP на Vanderbilt, които възпроизвеждат точно поведението на вътрешните електрони при сравнително голямо R и с малък брой плоски вълни [1, 2].1. D. Vanderbilt, Phys. Rev. B 41, 7892 (1990).

2. K. Laasonen, A. Pasquarello, R. Car, C. Lee, and D. Vanderbilt, Phys. Rev. B 47, 10142 (1993).

Молекулни орбиталиФормат за задаване на външни начални МО

#OPT RHF 3-21G* Guess=Cards...........(3E20.8) 1 (-1) 0.5809834509E+00 0.4612416518E+00 -0.6437319952E-04........... 0

Replacement alpha orbitals read in format (3E20.8).Complete set of vectors read in:Replacement for vector 1:...........

DFT функционалиGaussian съдържа набор от вградени обменни, корелационни и хибридни функционали ( стр. 74-77 от Упътването ), като обменните и корелационни части се комбинират при задаване във входния файл. Има възможност и за дефиниране на собствен функционал по следния модел: localnon

ClocalC

localnonC

SlaterX

HFX EPEPEPEPPEP 563412

Стойностите на Pi се задават с нестандартни опции

#Iop(5/45=mmmmnnnn)#Iop(5/46=mmmmnnnn)

P1 и P2

P3 и P4#Iop(5/47=mmmmnnnn) P5 и P6

Мрежа (grid) за изчисляване на интегралиЗа числено пресмятане на интегралите пространството около молекулата се разделя на мрежа от точки през определено разстояние, във всяка от които се изчислява стойността на подинтегралната функция. От избора на grid понякога зависи качеството на получените резултати.#RHF 3-21G* Integral(Grid=CoarseGrid) grid с размери

( 35,110 )

брой радиални слоеве

брой ъглови точки в слой

#RHF 3-21G* Integral(Grid=SG1Grid) grid с размери ( 50,194 )

#RHF 3-21G* Integral(FineGrid) grid с размери ( 50,194 ) – по подразбиране; ~ 7000 точки/атом

#RHF 3-21G* Int(Grid=UltraFine) grid с размери ( 99,590 )

#RHF 3-21G* Integral(Grid=mmmnnn) grid с mmm*nnn общ брой интеграционни точки; nnn заема определени стойности

#RHF 3-21G* Integral(Grid=-mmmnnn) сферичен grid с 2*mmm*nnn2 общ брой интеграционни точки; nnn заема всякакви стойности

Няма специално съобщение, мрежите се различават само по Iop.Мрежа (grid) за изчисляване на интеграли

Coarse grid3/5=5,7=1,11=1,16=1,25=1,30=1,75=2/1,2,3;...........SCF Done: E(RHF) = -472.700037108 A.U. after 6 cycles...........Job cpu time: 0 days 0 hours 0 minutes 36.0 seconds.

Fine grid3/5=5,7=1,11=1,16=1,25=1,30=1,75=4/1,2,3;...........SCF Done: E(RHF) = -472.700037105 A.U. after 6 cycles...........Job cpu time: 0 days 0 hours 0 minutes 42.0 seconds.

Ultrafine grid3/5=5,7=1,11=1,16=1,25=1,30=1,75=5/1,2,3;...........SCF Done: E(RHF) = -472.700037105 A.U. after 6 cycles...........Job cpu time: 0 days 0 hours 0 minutes 50.0 seconds.

Зависимост на изчислителното време от броя интеграционни точки

30

35

40

45

50

55

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000Брой точки

CPU

врем

е, s

Мрежа (grid) за изчисляване на интегралиCustom grid

( 70,434 )3/5=5,7=1,11=1,16=1,25=1,30=1,75=70434/1,2,3;...........SCF Done: E(RHF) = -472.700037105 A.U. after 6 cycles...........Job cpu time: 0 days 0 hours 0 minutes 52.0 seconds.

При сравняване на енергии трябва да се използват еднакви мрежи!

Силови константиПри геометрична оптимизация се изчисляват силови константи (градиент), като първоначалните им стойности могат да се окажат важни.

#OPT=NewEstmFC RHF 3-21G*

Berny optimization.Internal Forces: Max 0.061973523 RMS 0.011041635Search for a local minimum.Step number 1 out of a maximum of 104All quantities printed in internal units (Hartrees-Bohrs-Radians)Second derivative matrix not updated -- first step............Berny optimization.Internal Forces: Max 0.007173722 RMS 0.001801191Search for a local minimum.Step number 2 out of a maximum of 104All quantities printed in internal units (Hartrees-Bohrs-Radians)Update second derivatives using D2CorX and points 1 2

Варианти за пресмятане на изходни силови константи (СК)

СК се оценяват чрез валентно силово поле и се обновяват на всяка стъпка на базата на изчисления градиент (по подразбиране)

Силови константи%chk=test_mol#OPT=ReadFC RHF 3-21G*

Berny optimization. Initialization pass. Force constant matrix read from checkpoint file: test_mol.chk............SCF Done: E(RHF) = -472.722161764 A.U. after 9 cycles............Job cpu time: 0 days 0 hours 12 minutes 31.0 seconds.

СК се взимат от предварително записан checkpoint файл – могат да бъдат приблизителни от оптимизация на по-ниско ниво или пресметнати точно при честотен анализ

%chk=test_mol#OPT=RСFC RHF 3-21G*

Berny optimization. Initialization pass. Cartesian force constants read from checkpoint file: test_mol.chk

ДекартовитеДекартовите СК се взимат от предварително записан checkpoint файл – налага се напр. при понижаване на симетрията на опт. структура

Силови константи%mem=600MB#OPT=CalcFC RHF 3-21G*

Range of M.O.s used for correlation: 1 117Differentiating once with respect to electric field. with respect to dipole field.Differentiating once with respect to nuclear coordinates.............Step number 1 out of a maximum of 104Second derivative matrix not updated -- analytic derivatives used............. SCF Done: E(RHF) = -472.722161960 A.U. after 9 cycles............Job cpu time: 0 days 0 hours 37 minutes 13.0 seconds.

Изходните СК се изчисляват с метода, с който се прави оптимизацията

%mem=600MB #OPT=CalcAll RHF 3-21G*

Range of M.O.s used for correlation: 1 117Differentiating once with respect to electric field. with respect to dipole field.Differentiating once with respect to nuclear coordinates.............SCF Done: E(RHF) = -472.722161904 A.U. after 11 cycles............Job cpu time: 0 days 1 hours 21 minutes 54.0 seconds.

СК се изчисляват с метода, с който се прави оптимизацията на всяка стъпкана всяка стъпка; изключително времеемко!

Появява се на всяка стъпка.

Силови константи

Forces and force constants read from input stream. Read-in force constants: 1 2 1 0.124931D+01 2 -0.319719D-01 0.281025D+00 Eigenvalues --- 0.27997 1.25036

Изходните сили и СК се задават във входния файл в следния формат:

#OPT=FCCards RHF 3-21G*..............Z-матрица

0.0d+00 -0.00000067 0.00000000 -0.00000056 -0.00000031 0.00000000 0.00000105 0.00000098 0.00000000 -0.00000049 0.70470604 0.00000000 0.00000073 -0.08323444 0.00000000 0.73413979 -0.07985702 0.00000000 -0.06697567 0.08492597 0.00000000 -0.00000036 0.00000000 0.00000000 0.00000053 0.05384881 0.00000000 -0.63956589 -0.02016327 0.00000000 0.65408606 -0.62484901 0.00000000 0.15021011 -0.00506895 0.00000000 -0.03368554 0.62991797 0.00000000 -0.00000036 0.00000000 0.00000000 -0.00000017 0.00000000 0.00000000 0.00000053 0.02938563 0.00000000 -0.09457390 0.08713894 0.00000000 -0.01452017 -0.11652457 0.00000000 0.10909407

Енергия

СилиСилови

константи