Gaussian软件应用研究化学反应和反应性

Gaussian软件应用——研究化学反应和反应性讲解

Gaussian软件应用——研究化学反应和反应性第八章研究化学反应和反应性本章讨论应用电子结构理论研究化学反应.我们将从电子密度开始,然后回顾第四章中有关反应势垒的讨论,再讨论反应研究中的更复杂的技术,最后,通过对相应反应的计算,来研究未知体系的反应热.本章将引入两种新的计算方法* 势能面* 反应路径分析8.1 预测电子密度将电子密度或静电势可视化是研究一个分子体系的反应性的重要的第一步.例8.1 文件e8_01a, e8_01b 取代苯的电子密度在有机化学中,亲电芳香取代反应的定位效应是已经被深入研究的课题.在这里,我们采用电子密度对这一现象进行研究.已经知道氯苯和硝基苯的硝化是基于同样的反应机理:苯环首先受NO2+的攻击,产生各种异构体的阳离子异构体.当硝化完成后,产物分布如下.邻位间位对位氯硝基苯29% 1% 70%二硝基苯7% 88% 1%我们在这里检验间位和对位异构体的中间体.分子采用B3LYP/6-31G(d)进行优化,电子密度在HF/6-31G(d)等级计算.将电子密度按照平行苯环平面的方向切片,得到不同厚度位置的电子密度图. 间位的氯硝基苯和对位的二硝基苯的电子密度分布显示,其保留了有较大共振范围的电子结构,相反,另两个构型的电子密度分布显示其电子分布相对局域化,并且向苯环外的方向集中.通过电子密度的图形,可以定性的理解电子密度和反应性的关系,在得到结论之前,检查这个体积的电子密度是必要的.关于这方面的进一步资料可以参见 Gaussian出版的白皮书Visualizing Results from Gaussian. 8.2 计算反应焓变例8.2 文件e8_02 水解反应现在分析水解反应H+ + H2O --> H3O+目的是计算标准反应焓变dH298.其计算方法可以表示为dH298 = dE298 + d(PV)dE298 = dEe0 + d(dEe)298 + dEv0 + d(dEv)298 + dEr298 + dEt298其中dEe0: 0K时产物与反应物的能量差;d(dEe)298: 0K到298K电子能量的变化.对于这个反应,这一项可以忽略;dEv0: 0K时反应物和产物的零点能之差;d(dEv)298: 0K到298K振动能量的变化;dEr298: 产物和反应物的旋转能之差;dEt298: 产物和反应物的平动能之差;d(PV): 由于有一摩尔分子消失,PV=-RT.dEe0由单点能得到,本例采用的计算方法是B3LYP/6-311+G(2df,2p).其他的各项都要考虑内能校正,通过频率分析得到.这样,所要做的工作就是进行优化然后进行频率分析得到所需数值.采用B3LYP/6-31G(d)就能够得到足够精确的结果.这里注意我们不用计算H+,由于没有电子,它的电子能量显然是0;由于只有一个原子,其振动,转动能显然也是零,这样,其只有平动能,其值为1.5RT = 0.889kcal.mol.(详见统计热力学).最终计算得到dH298=-163.3kcal.mol.实验值为-165.3+-1.8kcal/mol. 两者符合的相当好.8.3 研究势能面对于势能面的研究对反应路径分析来讲,可能产生出人意料的好的结果.本节中, 我们通过实例研究势能面的应用方法.考虑丙烯基正离子的旋转异构体的变化,H1 H1| |H2a C H2b H2a C H3b\ / \ / <---> \ / \ /C C C C| | | |H3a H3b H3a H2b(I) (I')曾经认为两个异构体之间的变化是通过一个具有Cs对称性的过渡态完成的,在该构型中,H2b-C-H3b组成的平面垂直与碳原子平面.采用HF/6-311++G(d,p)能够找到这样的过渡态,但是进一步的采用MP2和QCISD 以及同样基组的研究却没有得到过渡态,而得到了极小值!这个新的具有Cs对称性的结构中,H1迁移到了端位的碳原子上.这个新结构的能量比势能面中平衡结构的能量高10kcal/mol.这样就有了另一条反应路线:中间碳上的氢迁移到端位的碳原子上;新形成的甲基旋转;旋转后的甲基上的一个氢原子迁移回中间碳原子.在这个例子中,应用了IRC计算来确定过渡态的确是连接产物与反应物的.本章后面将对这一方法进行讨论.HF方法的研究得到了假的过渡态,原因是,由于HF方法本身的限制,其计算的亚甲基旋转的势垒要低于氢原子迁移的势垒.8.4 势能面扫描势能面扫描可以研究一个区域内的势能面.一般的扫描都是由一系列的在不同结构上的单点能计算组成的.当进行势能面扫描时,要设置分子结构的变量,设置需要变化的结构的范围和步长.在Gaussian中,势能面扫描是自动进行的,下面是一个进行势能面扫描的算例.#T UMP4/6-311+G(d,p) Scan TestCH PES Scan0 2CH 1 RR 0.5 40 0.04该算例要求一个对于CH的势能面扫描,所用的关键词是scan,变量的设置格式是:名称初始值[点数步长]当只有一个参数时,变量在整个扫描中是不变的,当三个参数都设定时,变量将在一定范围内变化.当有多个变量时,所有的可能构型都要计算.所有等级的计算结果都在输出文件中列出,比如进行的MP2的势能面扫描也将列出HF方法的结果.根据得到的扫描结果,可以得到所要的势能面,通过它,可能得到极小值的可能位置.势能面扫描过程中不进行几何优化.8.5 反应路径分析在第四章中我们提到,得到一个过渡态机构不能说明它就是连接产物和反应物的结构.分析其是不是所需过渡态的一个方法是分析虚频的简正振动状态.有时,对振动的分析也不能够确定.本节讨论更为精确的方法.IRC方法检验过渡态分子的趋势.计算从过渡态开始,根据能量降低的方向来寻找极小值,就是说,寻找过渡态所连接的两个极小值. 反应路径是连接反应物与产物的,但是连接反应物和产物可以有不止一条路径, 通过不同的过渡态连接,通过IRC计算,我们可以寻找真正的反应路径,也就是能量最低的反应路径.反应路径计算可以确认得到的过渡态就是连接反应物和产物的过渡态,一旦确认,还可以计算活化能(注意零点能校正).运行IRC在Gaussian中,运行IRC的关键词是IRC.需要注意的是,IRC计算是从过渡态开始的,在两个反应方向上各进行固定步骤的计算(默认是6步).IRC计算的方法是这样的:* 优化过渡态* 进行频率分析,确认所得到的是过渡态,计算零点能,生成进行IRC计算的力矩阵* 运行IRC,在鞍点的能量下降方向,寻找极小值.一般的,需要增大寻找的次数,从而尽可能的接近极小值.方法是设置MaxPoints.确定反应势垒,一般还要进行更多的工作,* 对过渡态的高等级的能量计算* 对反应物和产物进行优化和频率分析,得到零点能,进行高等级能量计算8.6 势能面研究实例我们现在用Gaussian的反应路径分析来研究甲醛的势能面.这个势能面上有很多极小值,包括甲醛,羟基卡宾,以及H2和CO.每一组之间都可以组合成不同的反应物产物对.这里研究两个反应H2CO <--> CO + H2H2CO <--> HCOH甲醛的解离我们要确定反应过渡态的结构,预测反应的活化能.为此,我们需要以下信息:* 甲醛,氢分子,一氧化碳分子的考虑零点能的能量.* 过渡态的几何构型和零点能校正的能量.计算在HF/6-31G(d)水平进行,结果如下SCF能量零点能总能量H2 -1.12683 0.00968 -1.11716CO -112.73788 0.00508 -112.7280H2 + CO -113.84996H2CO -113.86633 0.02668 -113.83966计算过渡态的能量,方法是* 过渡态几何构型优化,计算SCF能量* 频率分析,计算零点能* IRC计算,确认过渡态优化过渡态例8.3 文件e8_03 CH2O --> H2 + CO IRC首先考虑氧原子垂直于CHH平面的构型,同时增大OCH夹角.计算中设置Opt=(TS,CalcFC). CalcFC一般对于过渡态的优化是有帮助的.得到的该点几何构型与猜测的结构接近,SCF能量-113.69352频率分析频率分析表明其有一个虚频,零点能0.01774(校正后),总能量-113.68578IRC计算IRC计算需要优化好的过渡态和相应的力矩阵,得到的方法是* 从临时文件中获得(IRC=RCFC),或* 在IRC计算的初始进行计算(IRC=CalcFC)IRC计算在输出文件末尾对计算进行总结,列出能量和优化的变量的值.第一个值和最后一个值是整条路径的起点和终点. 在起点上,我们得到了一个类似甲醛分子的结构,可以认定该反应路线是通向甲醛的,在终点上,得到了一个C-H键伸长的结构,C-O键略微缩短,也表明这条反应路线是通向解离分子的.计算活化能IRC计算确认了所得到的就是我们所要的过渡态,下面就可以计算活化能了.能量活化能(kcal/mol)过渡态-113.67578反应物-113.83966 102.8(正向)产物-113.84996 109.3(反向)计算表明两个反应方向的势垒相似.注意IRC得到的产物的能量不一定等于两个单独的体系的和,因为当IRC计算得到分子配合物的极小值,与两个分离体系的能量和有些差别1,2氢迁移反应现在用同样的步骤研究第二个反应.反式氢基卡宾的包含零点能的总能量是-113.75709,计算方法是RHF/6-31G(d).寻找过渡态猜测过渡态在碳原子上的一个氢原子象氧原子方向迁移,处于同时与碳原子和氧原子作用的位置,对其进行的频率分析表明其位一阶鞍点,包含零点能的总能量为-113.67941反应路径分析IRC分析得到的两个结构,一个类似于HCOH,一个类似于H2CO,说明该结构为该反应的过渡态.活化能预测计算得到的活化能为100.6(正向)和48.7(反向)kcal/molIRC的注意事项虽然实际的反应结构如极小点,极大点,鞍点等在势能面上存在几何的和数学的意义,但不能简单推广到物理的和化学的意义.实际的分子是有动能的,这样它就可以不遵循反应路径.当然,计算得到的结果提供了最经济的反应途径.8.7 等构反应(Isodesmic Reactions)等构反应是指反应前后各种键的数量不变的反应,比如乙醛与乙烷生成丙酮和甲烷的反应,反应前后,各种价键的数量都没有变化. 由于这一特点,对这样体系的研究可以得到相当精确的结果.例8.5 文件e8_05 等构反应的反应焓变化本例计算上面提到的反应的反应焓变,步骤如下:* 在HF/6-31G(d)水平优化结构* 进行频率分析计算零点能* 在B3LYP/6-311+G(3df,2p)水平计算单点能结果得到反应焓变-9.95kcal/mol,实验值-9.9+-0.3kcal/mol.例8.6 文件e8_06 通过等构反应确定二氧化碳分子生成焓本例中利用等构反应CO2 + CH4 --> 2H2CO 来确定二氧化碳分子的生成焓.原理如下:dHcalc = 2 E0(H2CO) - (E0(CO2) + E0(CH4))dHf(CO2) = -(dHcalc - dHf(CH4) + 2dHf(H2CO))甲烷和甲醛的生成焓实验值分别为-16.0和-25.0kcal/mol(0K)计算方法同上例,所得到的反应焓变为60.64kcal/mol,这样计算得到的二氧化碳的生成焓为-94.64kcal/mol.实验值为-93.96kcal/mol.等构反应的局限等构反应的局限等构反应对于反应体系和生成焓的研究非常重要,但其也有明显的缺点,如下* 必须依赖良好的实验数据,实验数据不准确,得到的生成焓自然也不可信* 该技术不能推广到活化势垒方面* 该技术不能用于实际上发生不了的等构反应* 不同的等构反应可以得到不同的生成焓数值.例8.7 文件e8_07 等构反应的局限本例通过两个不同的等构反应计算乙烷的生成焓,研究理论MP2/6-31G(d)//HF/6-31G(d)反应一丙烷+ 氢--> 乙烷+ 甲烷反应二乙烷+ 氢--> 2 甲烷另外通过6个反应计算SiF4的生成焓,研究方法MP2/6-31G(d,p)//HF/6-31G(d) SiH4 + F2 --> 2H2 + SiF4 (i)SiH4 + 4HF --> 4H2 + SiF4 (ii)SiF3H + HF --> SiF4 (iii)SiF2H2 + 2HF --> 2H2 + SiF4 (iv)SiFH3 + 3HF --> 3H2 + SiF4 (v)SiH4 + 4F2 --> SiF4 + 4HF (vi)结果如下乙烷生成焓实验值-20.0+-0.1 kcal/mol反应一-17.361反应二-22.258SiF4 实验值-386.0+-0.3 kcal/mol(i) -375.983(ii) -366.588(iii) -380.506(iv) N/A(v) -376.112(vi) -385.379虽然得到的乙烷生成焓和实验值比较吻合,但两个结果之间竟然有高达5kcal/mol 的差距,对于这样的简单的烃的体系仍然有这样大的差异,在使用这一方法是就不得不小心了.对于SiF4,不同反应得到的数据差别也很明显,虽然也有很符合的结果,但最大的差距竟然达到20kcal/mol.同时注意这些硅化合物的生成焓本身的可靠性不高.8.8 练习练习8.1 文件8_01a~c 水和反应计算两个反应的反应焓Li+ + H2O --> H2OLi+ at 298.15KH2O + H2O --> (H2O)2 at 373K两个反应的实验值分别是-34.0+-0.2kcal/mol和-3.6+-.5kcal/mol计算方法是B3LYP/6-311+G(2df,2p)//B3LYP/6-31G(d)由于本例中要计算298.15K和373K两个温度的水分子的热力学数据,所以,可以在一个计算中完成,输入文件如下%Chk=water#T RHF/6-31G(d) Freq=ReadIso...--Link1--%Chk=water%Nosave#T RHF/6-31G(d) Geom=Check Freq=(ReacFC, ReadIso) Guess=Read Test...373.0 1.0 0.9135161611计算得到的第一个反应反应焓变为-34.0kcal/mol.注意对Li+不能进行频率分析,其焓的校正为1.5RT(只有平动能)对于第二个反应,注意由于DFT方法在处理弱作用体系上有些困难,要确认所得到的分子是真正的极小值,而不是过渡态.本例中需要采用Opt=CalcAll来进行优化.计算结果为反应焓-2.9kcal/mol练习8.2 文件8_02a, 8_02b 键的解离本例中通过势能面扫描研究键的断裂过程,研究的体系是CH键CH UMP4/6-311+G(d,p) 键长范围0.2-2.5ACH4 RQCISD(T)/6-311++G(d,p) 和键长范围.75-3.15AUQCISD(T,E4T)/6-311++G(d,p)UQCISD的E4T选项进行的是在MP4(SDTQ)水平进行MP4计算,而不是默认的MP4(SDQ). 计算中还需要设置的关键词有IOP(2/16=1)表示在扫描中忽略对称性变化Guess=(Always,Mix)表示将HOMO和LUMO轨道混合来消除自旋对称性的影响,并且在每一个点都重新计算新的猜测波函数.下面是检查势能面扫描数据的方法* 将HF, MP2, MP4, QCISD(T)不同水平计算的键能对键长作图* 利用这些图来分析键解离:* 限制性和非限制性方法的比较* 电子相关* 电子相关* 三重态对QCISD水平的贡献对于CH,UHF曲线在其他曲线之上,相对而言,HF的结果是最差的.MP2的曲线比MP3和MP4(SDTQ)曲线要高些,但三者相差不多.对于CH4,UHF得到的曲线远高于其他结果,MP2的结果也比其他结果要高些,而其他各个计算方法得到的曲线基本相似.每一次提高微扰的次数,能量曲线就向低的方向移动.QCISD曲线与MP4曲线很接近,在对于整个曲线的描述上,QCISD(T)比MP4(SDTQ)的结果要好很多.限制性方法和非限制性方法得到的结果只在键分裂之后才显现出来,RHF方法得到的曲线趋势就是错误的,因为其得到的结果是,当原子进一步远离时,能量继续上升,实际上当两个原子距离达到一定程度后,能量将基本保持不变.而对于QCISD(T)方法,两者的差别不大,限制性方法得到的曲线在键解离后要略高于非限制性方法的结果.这说明,在描述键解离的过程时,非限制性方法的结果要比限制性方法好,特别是在采取低等级计算模型时.练习8.3 文件8_03 H2CO的势能面我们以前研究过H2CO的两个反应的势能面,得到了五个稳定点:其中三个极小值,甲醛,反式羟基卡宾以及一氧化碳和氢分子;两个过渡态分别连接甲醛和另外两个产物.现在要做的,就是研究这两个产物之间的变化途径.反应分两步:反式羟基卡宾<--> 顺式羟基卡宾<--> 一氧化碳+ 氢在HF/6-31G(d)水平研究这一问题,研究步骤是:* 寻找过渡态* 确定得到的稳定点是过渡态,计算零点能* 确定这一过渡态连接的两个极小值一个可能的连接顺式和反式结构的过渡态就是HCO平面与COH平面成90度的二面角.我们采用Opt=QST3,分别给出两个异构体和这一猜测的构型.然后进行IRC计算,得到的是接近顺式和反式异构体的构型,说明这个过渡态结构就是所要找的过渡态.用同样的方法,可以得到有顺式异构体到一氧化碳和氢的反应的过渡态.反应的活化能为正向反向反式<--> 顺式25.8 20.5顺式<--> 解离68.0 131.6这样就得到了关于H2CO的新的势能面.练习8.4 文件8_04 原子电荷分析这个练习采用非Mulliken布局分析方法计算原子电荷,考察这些结果.原子电荷计算并不是有量子化学理论推导出来的,所有的计算原子电荷的方法都是武断的.练习采用的方法有* Muliken布局分析(默认)* Natural布局分析(Pop=NPA)* 采用CHelpG方法的Breneman静电势衍生电荷* 采用Merz-Kollman-Singh方法的静电势衍生电荷计算方法为MP2/6-31G(d).为了节省计算时间,在计算第二个以及后面的几个算例时可以采用在临时文件中的电子密度,Geom=CHeckpointDensity=(Checkpoint,MP2),同时注意在第一个算例中加入Density=MP2从而采用MP2方法得到的电子密度来计算原子电荷,默认方法为HF方法.计算的分子是丙烯阳离子.Mulliken方法得到的原子电荷,三个碳原子上都有一定的负电荷;Natural方法的结果是,中间碳原子上是负电荷,其余原子上均为正电荷;CHelpG和MKS方法得到的结果,也只有中间的碳原子上有负电荷.后面三个方法得到的中间碳原子上负电荷的值越来越少.练习8.5 文件8_04 基团电荷计算上例中的CH2和CH基团的电荷,结果如下Mulliken NPA CHelpG MKSCH +0.18 -0.05 -0.10 +0.09CH2 +0.41 +0.52 +0.47 +0.45练习8.6 文件8_06 分子中的原子电荷和键级分子中的原子理论(theory of atoms in molecules),提供了另外的更加复杂的计算原子电荷和相关性质的方法.这一理论利用图论和电子密度函数来定义化学性质,如键和原子电荷.这样的理论有清楚的量子化学意义.Gassian中的AIM关键词涉及到这一算法.这里用AIM=BondOrders来计算丙烯正离子的原子电荷和键级.计算的碳碳键键级为1.4,碳氢键键级为0.9.所有原子上都是正电荷.练习8.7 文件8_07 Si+ 和硅烷的势能面硅簇反应是一个新的领域,非常值得用电子结构方法研究.这个练习检验硅正离子进攻硅烷(SiH4)的势能面.这个反应是硅簇反应的中心:Si+ + SiH4 --> Si2H2+ --> Si3H4+ --> Si4H6+ --> Si5H10+ ...每一步反应都生成氢我们只研究第一个反应H Si+| | HSi-H + Si+ --> Si + |/ \ / \ HH H H H在Krishnan Raghavachari的研究中,发现了如下的极小值H H H H H H2\ \ \ / \ / |Si-H...Si Si-Si Si-Si Si--Si/ | / | \ / \ /H H H H H H H SiSiH4...Si+ H3Si...SiH+ H2Si...SiH2+ H2Si-Si+...H2最右边的结构是产物配合物,结合能1kcal/mol,在我们的研究中可以认为是反应的终点.另外还有如下过渡态H H-H\ / \|Si--Si/H确定哪一个是连接过渡态和的极小值就可以确认反应势垒.计算采用HF/6-31G(d)进行频率分析和IRC,采用MP4方法进行能量计算,IRC计算中要包含下列关键词IRC=(RCFC, StepSize=30, MaxPoints=15) SCF=QC这样的设置增加了两端搜索的点的数量.具体的计算方法是* 进行频率分析,计算零点能,准备IRC* IRC计算,确定与过渡态相连接的极小值* UMP4/6-31G(d,p)计算能量最终确认该过渡态连接的是H3Si-SiH+和H2Si-Si+...H2其他的极小值当然与其他的过渡态相连.有兴趣的可以继续寻找其他的过渡态, 完成整个反应的势能面.练习8.8 文件8_08 等构反应这里研究等构反应CH3COX + H3CCH3 <--> CH3COCH3 + CH3XX = H, F, Cl计算反应焓变,方法为B3LYP/6-311+G(3df,2p)//B3LYP/6-31G(d)结果为-9.95, 16.71, 7.14;实验值-9.9+-0.3, 17.9+-1.3, 6.6+-0.3采用其他方法,HF方法的结果很糟糕,MP2方法过分考虑了电子相关,MP3方法的结果也比较好.对于AM1方法,结果比HF方法还要差.练习8.9 文件8_09a~b 通过等构反应计算生成焓通过等构反应研究氟代甲烷和苯的生成焓.所用反应为CHF3 + 2CH4 --> 3CH3FC6H6 + 6CH4 --> 3C2H6 + 3C2H4结果为-54.27和23.89,实验值-55.9+-2.0,24.0+-0.2练习8.10文件8_10 一个SN2反应研究SN2反应Cl- + H3CF --> ClCH3 + F-方法如下* 过渡态结构优化* 过渡态频率分析* 从过渡态的IRC分析* 寻找中间体两个极小值的几何结构* 频率分析计算零点能得到的过渡态是Cl...CH3...F两个极小值是F-...CH3Cl和CH3F...Cl-。

gaussian 分子动力学

Gaussian分子动力学介绍Gaussian分子动力学是一种用于模拟分子系统运动的计算方法。

它基于经典力学和统计力学原理，通过求解牛顿方程来模拟分子的运动轨迹。

Gaussian分子动力学在化学、物理、生物等领域中被广泛应用，可以研究分子的结构、性质和反应过程。

分子动力学原理在Gaussian分子动力学中，每个粒子（原子或分子）都被看作一个质点，其位置和速度随时间变化。

根据牛顿第二定律，粒子的加速度与作用在其上的力成正比。

通过数值积分方法（如Verlet算法），可以从给定的初始位置和速度计算出粒子在不同时间点上的位置和速度。

在模拟过程中，每个粒子之间相互作用并受到外界势场的影响。

这些相互作用通常由势能函数描述，如Lennard-Jones势能函数或Coulomb势能函数。

通过计算粒子之间相互作用产生的力，可以得到粒子受到的总力，并据此更新其位置和速度。

模拟步骤Gaussian分子动力学通常包括以下步骤：1.建立模型：选择适当的模型体系，并确定其初始位置和速度。

初始位置可以通过实验数据或计算方法得到，而速度通常是根据Boltzmann分布随机生成的。

2.计算力：根据相互作用势能函数，计算每个粒子受到的力。

这需要考虑粒子之间的相互作用以及外界势场的影响。

3.更新位置和速度：根据牛顿方程，使用数值积分方法（如Verlet算法）更新每个粒子的位置和速度。

通过迭代计算，可以得到不同时间点上粒子的运动轨迹。

4.温度控制：为了保持系统在一定温度下稳定运行，通常需要采取温度控制策略，如使用恒温热浴或控制粒子的动能。

5.模拟时间：通过指定模拟时间长度和时间步长，可以控制模拟过程的时间范围和精度。

6.数据分析：在模拟结束后，可以对得到的轨迹数据进行进一步分析。

常见的分析方法包括计算平均值、方差、自相关函数等。

Gaussian软件Gaussian是一个常用的计算化学软件包，提供了丰富的计算方法和分析工具。

其中，Gaussian分子动力学模块可以用于模拟和研究分子系统的动力学行为。

Gaussion软件在化学键长计算中的应用

Theory）而获得1998年诺贝尔化学奖。2009年日本山口大学堀宪次教授和行政法人科技振兴机构联合成立过渡状态科技公司，开拓量子化学于制药业的实用商用化。
Gaussian：量子化学领域最著名和应用最广泛的软件之一，由量子化学家约翰·波普的实验室开发，可以应用从头算方法、半经验计算方法等进行分子能量和结构；过渡态能量和结构
指导教师意见：
（签字）
年月日
注：本表可根据内容续页。
3.郭瑞萍，刘旭光. 量子化学软件的应用研究.电脑开发及应用，2009 8
4.赵一丹，廖奕.Gaussian 软件在H2分子的结构和价键理论教学中的应用.首都师范大学学报(自然科学版), 2011 32(4)
5.徐永群，陈年友，朱怡权，李鑫. BP 神经网络计算法及共价键长计算的研究. 计算机与应用化学, 2000 176
数量众多形式不一的旨在减少计算量的半经验计算方法，由于量子化学家们的工作，现在已经有大量商用量子化学计算软件出现，其中很多都能够在普通PC机上实现化学精度的量化计算，昔
日神秘的量子化学理论，已经成为化学家常用的理论工具。约翰·波普与瓦尔特·科恩分别因为发展首个普及的量子化学软件（Gaussian）和提出密度泛函理论（Density Functional
6.徐永群，陈年友. 共价键长的变化规律及计算. 计算机与应用化学, 2001 182
7.陈景. 用经典力学计算氢分子的键长键能及力常数. 中国工程科学，2003 56
8.徐永群. 计算共价键长的经验公式. 黄冈师专学报(自然科学版)，1997 171
9.吴汉卿，温元凯. 键长和键电负性的规律性研究. 科大研究生院学报，1989 61
程耗时整整两年，但是这一成功向试验化学家证明了量子化学理论确实可以准确地描述分子的结构和性质，并且为量子化学打开了计算机时代的大门，因而这一计算结果有着划时代的意义。

gaussian 溶剂介电常数

gaussian 溶剂介电常数Gaussian 溶剂介电常数引言：在化学领域中，溶剂介电常数是描述溶剂极性的重要物理量之一。

溶剂的极性对于溶解性、反应速率和化学平衡等过程都有重要影响。

本文将重点介绍常用的计算软件Gaussian中的溶剂介电常数模型，并探讨一些相关的应用和研究。

一、溶剂介电常数的定义和意义溶剂介电常数是描述溶剂对电场的响应能力的物理量。

它反映了溶剂中分子相互作用的强度和极性程度。

溶剂介电常数越大，说明溶剂分子间的相互作用越强，溶液中的离子间相互作用也会增强，从而影响溶解度、反应速率和反应平衡等化学过程。

因此，溶剂介电常数是研究溶液化学性质和反应机理的重要参数。

二、Gaussian 软件中的溶剂介电常数模型Gaussian是一款广泛应用于计算化学领域的量子化学计算软件。

在Gaussian中，可以通过使用连续介质模型来计算溶剂介电常数。

连续介质模型是一种简化的模型，将溶剂视为均匀分布的介质，并通过计算溶剂分子的极化能来估算溶剂介电常数。

三、Gaussian 中的溶剂模型Gaussian中使用的溶剂模型包括连续介质模型和离散模型。

连续介质模型假设溶剂是均匀的介质，通常使用连续介质的介电常数来表示溶剂的极性。

离散模型则将溶剂分子离散地放置在计算模型中，通过计算溶剂分子的极化能来估算溶剂介电常数。

四、Gaussian 中的溶剂介电常数计算在Gaussian中，可以使用不同的方法来计算溶剂介电常数。

其中，常用的方法有连续介质模型和离散模型。

连续介质模型可以使用常见的介电常数来表示溶剂的极性，如水的介电常数为78.4。

离散模型则需要将溶剂分子离散地放置在计算模型中，并通过计算溶剂分子的极化能来估算溶剂介电常数。

五、Gaussian 中溶剂介电常数的应用Gaussian中的溶剂介电常数模型可以应用于多个领域。

例如，在有机化学中，研究化合物在不同溶剂中的溶解度和反应速率可以通过计算溶剂介电常数来预测。

Gaussian软件的基本原理与应用

缺点：HF方法忽略了电子相关，在一些特殊体系的应用上，就显得不足。
（1）RHF 方程：闭壳层体系，是指体系中所有的电子均按自旋相反的方式配对充满某些壳层（壳层指一个分子能级或能量相同的即简并的两个分子能级）。
体系的特点：是可用单斯莱特行列式表示多电子波函数（分子的状态），描述这种体系的HFR方程称为限制性的HFR方程，所谓限制性，是要求每一对自旋相反的电子具有相同的空间函数。限制性的HFR方程简称RHF方程
将ＬＣＡＯ法用于H-F方程中，并经一系列数学处理，便可得到下列代数方程组：
(F K S )aK 0
式中：μ=1，2，···，n
（1-5）
式（1-5）即是罗汤方程。
求解罗汤方程的困难之处，还在于： (1) 计算矩阵元时要计算大量的积分，积分的数量与方程阶数n的4次方
（这从四个指标的双电子积分不难看到）成正比
分子轨道函数是描述电子在分子中的运动状态的，它属于整个分子，并由分子的结构所决定
由于一个分子的结构与组成这个分子的那些原子的结构密切相关，所以把分子中各个原子所属的某些原子轨道函数适当地线性组合起来，就有可能得到反映电子在整个分子中运动的轨道函数
LCAO方法的成功也反过来说明了上述想法的合理性。
在里德堡单位中的哈密顿算符为：
N
Hˆ
i 1
A
2
1
u i P1 P
N
2
A 2ZP N
1
A
ZPZq
r P i1 P1 iP
r r i j1 ij Pq1 Pq
（1.２）
1.2、波恩—奥本海默（Born-Oppenheimer）近似
式（1.1）的哈密顿算符所决定的分子波函数Ψ，同时反映各个不同的原子核和电子的运动状态。

Gaussian计算软件的使用综述(完整版)

geom=check TEST
TD相关关键词
• Singlets 只算单重态 • Triplets 只算三重态 • 50-50 单重和三重态各占一半 • Root=N 研究TD计算的第几个激发态Direct
加快计算速度，减小硬盘使用空间 • Read 从Chk文件中读 TD （G03有，好
像G98 A11.2也有） • SOS Do sum-over states polarizabilities,
maxcycle=200,restart) SCF(direct,maxcycle=200) GFINPUT IOP(6/7=3) TEST • • td at 12.26
• 01 • …..
频率或者NMR计算
• #P B3LYP/6-31G* FREQ GFINPUT IOP(6/7=3) TEST
etc.
Gaussian中NBO计算
• # B3LYP/6-31G(d,p) Pop=(NBO, NPA, NBORead)
• Example of NBO bond orders
• 01 • C 0.000000 0.665676 0.000000 • H 0.919278 1.237739 0.000000 • H -0.919239 1.237787 0.000000 • C 0.000000 -0.665676 0.000000 • H -0.919278 -1.237739 0.000000 • H 0.919239 -1.237787 0.000000
• $nbo bndidx file … $end
消除自旋污染
• SCF Done: E(UHF) = -111.945340085 A.U. after 19 cycles

高斯计算fukui index降解路径

高斯计算fukui index降解路径
高斯计算（Gaussian calculation）是一种常用的量子化学计算方法，用于研究分子和材料的电子结构和性质。

Fukui index是一种量化化学反应活性的指标，用于描述分子在化学反应中的亲电性、亲核性和自由基活性。

在分子降解路径的研究中，Fukui index可以帮助我们理解分子在不同反应条件下的降解机制和反应活性。

在进行高斯计算时，首先需要构建分子的几何结构和电子结构模型。

然后，通过选择合适的基组和计算方法，进行分子能量的计算和优化。

在计算过程中，我们可以得到分子的电子密度、电荷分布、能量等信息。

为了计算Fukui index，我们需要考虑分子在不同电子状态下的电子密度变化。

具体来说，我们需要计算分子在三种不同电子状态下的电子密度：中性状态、正电荷状态和负电荷状态。

通过比较这三种状态下的电子密度差异，我们可以得到Fukui index的值。

在分子降解路径的研究中，Fukui index可以帮助我们确定分子在不同反应条件下的反应活性区域。

通过比较不同区域的Fukui index值，我们可以确定哪些区域更容易发生化学反应，从而推断出分子的降解路径。

这对于研究分子的化学稳定性和降解机制具有重要意义。

总之，高斯计算和Fukui index是分子降解路径研究中常用的工具和方法。

通过高斯计算，我们可以得到分子的电子结构和性质信息；通过Fukui index的计算，我们可以确定分子的反应活性区域和降解路径。

这些方法的应用将有助于我们更深入地理解分子的化学行为和反应机制。

Gaussian简介

Gaussian简介Gaussian简介Gaussian是做半经验计算和从头计算使用最广泛的量子化学软件，可以研究：分子能量和结构，过渡态的能量和结构化学键以及反应能量，分子轨道，偶极矩和多极矩，原子电荷和电势，振动频率，红外和拉曼光谱，NMR，极化率和超极化率，热力学性质，反应路径。

计算可以模拟在气相和溶液中的体系,模拟基态和激发态。

Gaussian 03还可以对周期边界体系进行计算。

Gaussian是研究诸如取代效应,反应机理,势能面和激发态能量的有力工具。

功能①基本算法②能量③分子特性④溶剂模型Gaussian03新增加的内容①新的量子化学方法②新的分子特性③新增加的基本算法④新增功能（1）基本算法可对任何一般的收缩gaussian函数进行单电子和双电子积分。

这些基函数可以是笛卡尔高斯函数或纯角动量函数多种基组存储于程序中，通过名称调用。

积分可储存在内存，外接存储器上，或用到时重新计算对于某些类型的计算，计算的花费可以使用快速多极方法(FMM)和稀疏矩阵技术线性化。

将原子轨(AO)积分转换成分子轨道基的计算，可用的方法有in-core（将AO积分全部存在内存里），直接（不需储存积分），半直接（储存部分积分），和传统方法（所有AO 积分储存在硬盘上）。

（2）能量使用AMBER，DREIDING和UFF力场的分子力学计算。

使用CNDO, INDO, MINDO/3, MNDO, AM1，和PM3模型哈密顿量的半经验方法计算。

使用闭壳层(RHF)，自旋非限制开壳层(UHF)，自旋限制开壳层(ROHF) Hartree-Fock 波函数的自洽场SCF)计算。

使用二级，三级，四级和五级Moller-Plesset微扰理论计算相关能。

MP2计算可用直接和半直接方法，有效地使用可用的内存和硬盘空间用组态相互作用(CI)计算相关能，使用全部双激发(CID)或全部单激发和双激发(CISD)。

双取代的耦合簇理论(CCD)，单双取代耦合簇理论(CCSD)，单双取代的二次组态相互作用(QCISD), 和Brueckner Doubles理论。

Gaussian计算软件的使用

geom=check TEST
TD相关关键词
• Singlets 只算单重态 • Triplets 只算三重态 • 50-50 单重和三重态各占一半 • Root=N 研究TD计算的第几个激发态ect
加快计算速度，减小硬盘使用空间 • Read 从Chk文件中读 TD （G03有，好
像G98 A11.2也有） • SOS Do sum-over states polarizabilities,
Gaussian 的启动
工作环境初始化设置
G98W 安装后的首次启动时需进行工作环境初始化设置，规定主程序、检查点文件、输入输出文件等默认子目录和路径。其内容记录在G98W 根目录下的初始化文件g98w.ini 上。用户可以在启动G98W 前用Notepad 对该文件直接编辑修改，也可点击“File”下拉菜单中的“Preference”选项在程序界面上进行设定。下面介绍后一种初始化方式。在主窗口上打开下拉菜单File
计算速度，减小硬盘使用空间 • Restart 从Chk文件中重新开始 CIS 计算 • Read 从Chk文件中读 CIS • 分析激发态电荷情况用 • Density=current 或者Density=CIS
接CIS优化
• # CIS(restart)/3-21g* guess=read geom=check POPT TEST
root=1) TEST • CIS 优化 • #P CIS(singlets,Nstates=30, root=1)/6-
31G* POPT FREQ TEST
CIS相关关键词
• Singlets 只算单重态 • Triplets 只算三重态 • 50-50 单重和三重态各占一半 • Root=N 研究CIS计算的第几个激发态Direct 加快

Gaussian View软件在有机化学结构教学中的应用

教学和实践的有机结合，不断促进学生化学核心素养
化学教与学 2021 年第 7 期
参考文献
［1］邵朝友，周文叶，崔允漷.基于核心素养的课程标准研制：
国际经验与启示［J］.全球教育展望，2015（8）：
14-22
［2］胡先锦.管窥高中化学学科核心素养［J］.化学教与学，
2017（3）：26-28
— 35 —
式及它们的空间结构如图 1 所示，包括由 sp 杂化形成
的单三键结构（图 1a），由 sp2 杂化形成的单双键结构
机化合物的结构理解和空间想象能力的重要方法，也
是学生在学习时难以突破之处。学生需要在思维中
对有机化合物结构中的部分单键进行旋转操作，才能
判断一个有机分子中最多或者至少有多少个原子在
同一个平面上。使用 GView 可以对上述问题进行更
直观的阐述，辅助学生增强空间理解。
（a）
（b）
（c）
（d）
（图 1b），和由 sp3 杂化形成的四单键结构（图 1c），利用
这些不同的碳原子的杂化方式，可以构建不同的有机
化合物的结构。此外，GView 还提供了一些可以直接
使用的模型分子，可以在此基础上进行修改绘制衍生
物，
如苯（图 1d）和环己烷（椅型构象，
和学业要求——《普通高中化学课程标准（2017 年版）》
解读［J］.化学教育，
2018，
39（9）：48-53
［4］邹国华，童文昭，韩闽江.促进空间能力进阶发展的物质
结构空间模型教学分析［J］.化学教学，2018，378（9）：5458
［5］邢其毅. 基础有机化学.第 4 版［M］. 北京：北京大学出版
（上接第 20 页）

gaussian反应过程能量计算

Gaussian反应过程能量计算一、概述Gaussian计算是一种常用的计算化学方法，通过计算分子结构和反应能量，可以帮助化学研究人员理解分子的结构和性质，以及预测反应的速率和产物。

其中，Gaussian反应过程能量计算是指利用Gaussian软件来计算反应的过渡态能量、反应能垒以及反应热等参数。

本文将介绍Gaussian反应过程能量计算的基本原理和方法。

二、原理1. 反应过渡态在化学反应中，反应过渡态是反应物转变为产物的临时结构，其能量高于反应物和产物。

Gaussian软件可以通过计算反应物、产物和过渡态的能量，来判断反应的稳定性和速率。

2. 能量计算方法Gaussian软件使用量子化学方法来计算分子和反应的能量。

常用的方法包括DFT（密度泛函理论）、HF（Hartree-Fock方法）和MP2（二阶摄动方法）等。

这些方法可以通过数值计算，求得分子的电子结构和能量。

三、计算步骤1. 绘制反应势能面在进行反应过程能量计算之前，需要首先绘制反应势能面图。

通过对反应物、产物和过渡态的几何结构进行优化，可以得到它们的稳定构型和能量。

2. 选择计算方法根据反应的性质和分子的大小，选择合适的计算方法。

一般情况下，DFT方法适用于大分子和复杂体系的能量计算，而HF方法则适用于小分子和简单体系。

3. 进行能量计算利用Gaussian软件进行能量计算，得到反应物、产物和反应过渡态的能量值。

通过对比能量值的大小，可以确定反应的稳定性和能垒大小。

四、实例分析以SN2反应为例，假设反应物为溴甲烷（CH3Br），产物为溴乙烷（CH3CH2Br），过渡态为CH3-Br-C2H5。

通过Gaussian软件优化得到这三种分子的几何结构和能量分布。

选择合适的计算方法，进行能量计算。

最终得到反应过渡态的能量高于反应物和产物，证明该反应是一个SN2反应。

五、结论通过Gaussian反应过程能量计算，可以得到反应的能量参数，帮助化学研究人员理解反应的机理和动力学。

gaussian的介绍

B、从头算
从头算，在解薛定鄂方程的过程中，只采用了几个物理常数，包括光速，电子和核的质量，普朗克常数，在求解薛定鄂方程的过程中采用一系列的数学近似，不同的近似也就导致了不同的方法。最经典的是 Hartree-Fock方法，缩写为 HF。 Hartree-Fock方法对于稳定的分子和一些过渡金属的处理能够得到很好的结果，是一个很好的基本的理论方法。缺点：HF方法忽略了电子相关，在一些特殊体系的应用上，就显得不足。
利用.chk文件中的分子轨道，生成电子密度和静电势的空间分布网格图
从.chk文件中打印出频率和热化学数据
3.2 Gaussian程序输入文件的构造
% Section 设定作业运行的环境变量 Route Section 设定作业的控制项
Title 作业题目
电荷与自旋多重度 Molecule Specification 分子说明
最小的基组，适用于较大的体系在重原子上增加极化函数，用于大多数情况下计算在氢原子上增加极化函数，用于精确能量计算增加弥散函数，适用于孤对电子、阴离子和激发态在氢原子上增加 p 函数，6-31G(d，p)基础上增加弥散函数三 ZETA，在 6-31+G(d)基础上加额外的价函数，如果需要也可通过加上一“+”来实现对氢原子加上弥散函数对重原子加上 2df函数，并加上弥散函数，对氢重原子加上 1p 函数对重原子加上 2d 和 1f 函数，并加上弥散函数氢重原子加上 2p 函数对重原子加上 3d 和 1f函数，对氢重原子加上 2p 和1d 函数，并且二者都加上弥散函数
振红动外频和率拉曼光谱
电电多子极亲矩和能和电离势
二、计算化学方法与基组的选择

Gaussi an 量子化学计算技术与应用

Gaussi an 量子化学计算技术与应用Gaussian 是做半经验计算和从头计算使用最广泛的量子化学软件，可研究诸如分子轨道，结构优化，过渡态搜索，热力学性质，偶极矩和多极矩，电子密度和电势，极化率和超极化率，红外和拉曼光谱，NMR，垂直电离能和电子亲合能，化学反应机理，势能曲面和激发能 QM/MM 计算等化学领域的许多课题。

应用非常广泛，而且易于上手。

一、理论计算化学理论及相关程序入门1 理论计算化学简介1.1 理论计算化学概述1.2 HF理论及后HF方法(高精度量化方法)1.3 密度泛函理论和方法1.4 不同理论计算方法的优缺点及初步选择1.5 基组及如何初步选择基组2 Gaussian安装及GaussView安装及基本操作2.1 Gaussian安装及设置（Win版和Linux版）2.2 GaussView安装及设置2.3 GaussView使用及结构构建3 Linux、Vi编辑器等及Gaussian基本介绍3.1 学习Linux基本命令及Vi编辑器3.2 详细认识输入文件和输出文件（Win和Linux）3.3 构建Gaussian输入文件并提交任务二、Gaussian专题操作及计算实例4 Gaussian专题操作Ⅰ：（均含操作实例）4.1 结构几何优化及稳定性初判4.2 单点能（能量）的计算及如何取值4.3 开壳层与闭壳层计算4.4 频率计算及振动分析(Freq)4.5 原子受力计算及分析（Force）4.6 溶剂模型设置及计算（Solvent）5 Gaussian专题操作Ⅱ：（均含操作实例）5.1 分子轨道、轨道能级计算及查看5.2 HOMO/LUMO图的绘制5.3 布居数分析、偶极矩等计算及查看5.4 电子密度、静电势计算及绘制（SCF、ESP）5.5 自然键轨道分析（NBO）三、 Gaussian进阶操作及计算实例6 Gaussian进阶操作I：势能面相关（均含操作实例）6.1 势能面扫描 (PES)6.2 过渡态搜索（TS和QTS）6.3 反应路径IRC等6.4 反应能垒：熵，焓，自由能等7 Gaussian进阶操作II：——各类光谱计算及绘制（均含操作实例）7.1 紫外吸收，荧光和磷光7.2 红外光谱IR7.3 拉曼光谱RAMAN7.4 核磁共振谱NMR7.5 电子/振动圆二色谱（ECD/VCD）7.6 外加电场与磁场(Field)8 Gaussian进阶操作III：——激发态专题8.1 垂直激发能与绝热激发能8.2 垂直电离能与电子亲和能8.3 重整化能（重组能）8.4 激发态势能面8.5 激发态能量转移（EET）8.6 自然跃迁轨道（NTO）8.7 激发态计算方法讨论9 Gaussian进阶操作IV：——高精度和多尺度计算方法9.1 多参考态(CASSCF)方法及操作9.2 背景电荷法9.3 ONIOM方法与QM/MM方法及操作9.4 结合能（ Binding Energy ）和相互作用能（包含BSSE 修正，色散修正等）9.5 非平衡溶剂效应及其修正四、 Gaussian计算专题与实践应用10 Gaussian综合专题I：Gaussian报错及其解决方案10.1 如何查看报错及解决Gaussian常见报错10.2 专项：SCF不收敛解决方案10.3 专项：几何优化不收敛（势能面扫描不收敛）解决方案10.4 专项：消除虚频等解决方案10.5 专项：波函数稳定性解决方案11 Gaussian综合专题II：常用密度泛函和基组分类、特点及选择问题11.1 Jacobi之梯下的交换相关能量泛函11.2 常见交换相关泛函优缺点及用法11.3 长程修正泛函、色散修正泛函等11.4 常见基组特点及用法选择（自定义基组等，基组重叠误差等）12 Gaussian文献I: 聚集诱导荧光（AIE）和激发态分子内质子转移（ESIPT）12.1 聚集诱导荧光(AIE)与聚集诱导猝灭（ACQ）12.2 激发态质子转移ESIPT12.3 晶体结构及分子建模12.4 QM/MM与ONIOM计算12.5 重整化能，圆锥交叉及质子转移(文献：Dyes and Pigments Volume 204, August 2022, 110396 )13 Gaussian文献专题II: 热激活延迟荧光(TADF)13.1 热激活延迟荧光TADF机理13.2 分子内能量转移Jablonski图13.3 旋轨耦合与各类激发能13.4 辐射速率、非辐射速率、（反）系间穿越等13.5 评估荧光效率（文献： ACS Materials Lett. 2022, 4, 3, 487–496 ）14 其他量化软件简介及总结Molcas/Molpro, Q-chem, lammps, Momap, ADF, Gromacs等详情：【腾讯文档】Gaussian量子化学、LAMMPS分子动力学课程。

gaussian在电催化中的应用

gaussian在电催化中的应用
Gaussian是在电催化中常用的量子化学计算软件，用于模拟分子的电子结构和性质。

在电催化反应中，反应物分子在电极表面吸附并发生电子转移和化学转化，生成产物分子。

这个过程中涉及到的吸附能、电子转移能、化学转化能等性质都可以通过Gaussian进行计算和预测。

以下是一些Gaussian在电催化中应用的具体例子：
1. 计算反应能垒：通过Gaussian计算反应物和产物分子的能量，可以预测反应的能垒，从而推断出反应速率常数和反应条件下的反应方向。

2. 预测吸附能和吸附模式：电催化反应中，反应物分子需要在电极表面吸附才能进行反应。

Gaussian可以计算分子在电极表面的吸附能，从而预测分子的吸附模式和稳定性。

3. 模拟电子转移过程：在电催化反应中，电子转移是关键步骤之一。

Gaussian可以模拟电子转移过程中分子的电子结构和电荷分布变化，从而深入理解电子转移机制。

4. 优化催化剂结构和性能：电催化反应中，催化剂的性能对反应速率和选择性有很大影响。

Gaussian可以通过计算催化剂的电子结构和性质，预测其活性和选择性，为催化剂的设计和优化提供理论指导。

总的来说，Gaussian在电催化中的应用可以帮助我们深入理解电催化反应的机制和过程，预测反应的能垒、反应速率、产物选择性等性质，优化催化剂的结构和性能，为电催化技术的发展提供理论支持。

化学反应动力学模拟软件的开发及应用

化学反应动力学模拟软件的开发及应用化学反应动力学是研究化学反应速率和速率常数以及反应机理等科学问题的重要领域。

在化学反应动力学的研究过程中，经常需要进行大量的实验和计算，对实验条件、反应体系等进行细致的分析。

为了更好地研究和探索化学反应动力学，科学家们开发出了化学反应动力学模拟软件。

这种软件能够对各种化学反应进行模拟，并得出反应速率常数等参数，极大地提高了研究效率和精度。

一、化学反应动力学模拟软件的开发化学反应动力学模拟软件的开发需要大量的理论基础和实验数据作为支撑，才能够得出准确的模拟结果。

目前，国内外的化学反应动力学模拟软件比较多，其中较为常用的有Gaussian、Chemoffice、ORCA、GAMESS等软件。

Gaussian软件是国际上公认的较为优秀的计算化学软件之一。

它支持多种实验和理论计算方法，可以计算分子构型、光学旋转、频率计算、动力学反应计算等。

这些计算使得Gaussian软件在研究催化剂反应、光催化反应、光电化学反应等方面具有很高的应用价值。

Chemoffice软件是一款集计算化学、生物化学、分子建模等功能于一体的化学分子模拟软件。

它支持多种平衡和动力学模拟方法，能够计算热力学参数、反应机理、活化能等，为研究分子的性质、反应途径、构象、纯度和所需溶剂等方面提供了便利。

ORCA软件是一款有机化学反应、分子轨道和电子结构计算软件。

它能够进行分子和固体的计算，计算方法包括Hartree-Fock方法和密度泛函方法等。

ORCA软件在理论化学、量子化学、电子化学、有机化学等领域有着广泛的应用。

GAMESS软件是一款用于量子化学计算的软件包。

它支持多种计算方法，包括从Hartree-Fock方法到密度泛函方法等。

GAMESS软件的计算结果用于分子轨道、电子结构及其特性等方面的研究，被广泛运用于化学反应动力学领域。

二、化学反应动力学模拟软件的应用化学反应动力学模拟软件在许多领域有着广泛的应用。

Gaussian软件简介

国家超级计算深圳中心科学计算相关软件
Gaussian简介
国家超级计算深圳中心科学计算相关软件Gaussian最早是由美国卡内基梅隆大学的约翰〃波普在60年度末、70年代初主导开发，是一个功能强大的商业化量子化学综合软件包。

Gaussian软件的出现大大降低了计算化学的门槛，使得从头计算方法可以广泛用于研究各种化学问题。

Gaussian 可以作为功能强大的工具，用于研究许多化学领域的课题，例如取代基的影响，化学反应机理，势能曲面和激发能等等。

常常与gaussview连用。

目前国家超级计算深圳中心配置了Gaussian、TCP-Linda、GaussView三个模块，主要用来进行半经验计算和从头计算。

化学反应及机理的计算机模拟与研究

化学反应及机理的计算机模拟与研究化学反应是指化学物质之间发生的各种转化。

研究化学反应往往需要进行实验，但是实验有时会受诸多因素干扰，导致结果不够准确，而且实验成本高昂，耗费时间较长。

因此，化学反应模拟成为了一种重要的研究手段，能够方便、快速地预测化学反应的性质和机理。

化学反应及机理的计算机模拟，可以通过计算机软件进行，目前常用的计算机模拟软件包括Gaussian、GAMESS、NWChem和VASP等。

这些软件通过计算机对化学反应的原子成分、能量、反应通道和反应速率进行建模和预测。

在模拟的过程中，需要知道化学反应的化学式、反应物、物质量、温度和压力等因素，输出化学反应能量、势能面图、轨迹、动能、反应速率、反应通道和反应物之间的距离等数据。

化学反应的模拟一般包括两种方法：量子化学计算和分子动力学模拟。

量子化学计算的特点在于能够在原子和电子水平上研究反应的机理，从而观察化学反应动力学过程中电子重新布局的情况。

分子动力学模拟则可以用于研究体系中分子的相互作用以及物态变化和相变等过程。

化学反应的计算机模拟在研究材料性质、药物效应和环境污染等领域中具有广泛应用。

例如，对于新型化合物的研究，通过模拟其反应机制，可以在化学实验室之外发现一些新的化学反应，从而为新药物合成开辟道路。

在气候变化研究中，通过计算机模拟化学反应，可以在缩短实验周期的同时，预测大气组成的变化、反应速率和机理等。

此外，在材料研究领域，计算机模拟也被广泛应用，从而可以提前预测新材料的性质和应用。

同时，在计算机模拟化学反应中，必须处理数据的准确性、可靠性和有效性。

数据准确性指的是模拟的结果在一定误差范围内和实验结果相符合；数据可靠性则指在大量计算时，数据的稳定性和可重复性；数据有效性则指计算过程中的时间效率和计算资源。

针对这些问题，还需要继续开发更加精准和高效的计算机模拟软件和方法。

总之，化学反应及机理的计算机模拟是现代化学研究中的重要手段，它不仅可以加快化学反应机理的研究和探索，而且还能够在新材料、新药物和气候等领域中发挥重要的作用。

化学反应动力学模拟的方法与应用

化学反应动力学模拟的方法与应用化学反应动力学是研究化学反应的速率和机理的学科。

在实验中,要研究化学反应动力学,就需要测量化学反应中反应物的消耗量、生成物的生成量或是温度、压力以及光度等现象的变化量。

但是这些实验过程耗费时间和金钱,并且有些反应物也许是危险的,不便于实验。

如果能够使用计算机模拟这些过程,将会极大地加速研究过程,同时也降低了实验成本。

一种流行的化学反应模拟软件叫做Gaussian。

Gaussian软件是一种广泛应用于化学领域的大分子计算软件,能够处理从小分子到生物分子等多种体系结构。

Gaussian软件上的化学反应动力学模拟也就成为了一种主流的方法。

在Gaussian中,通常使用一系列的密度泛函理论或基组方法,可以计算出化学反应的速率常数、反应能垒、活化能和反应途径等一系列的物理数据。

例如在生命科学领域,Gaussian的应用侧重于研究酶催化反应,了解反应活性中心的作用机制。

酶催化的反应速率是非常快的,通常在毫秒或更短的时间尺度内就发生反应。

这就使得细致的实验研究变得非常困难。

在这种情况下,计算机模拟可以用较低的成本来模拟酶催化反应的机理。

但是,计算机模拟也有其局限性和挑战性。

在模拟过程中,Gaussian需要一个特定的体系结构作为输入,例如反应物的空间几何结构和能量状态。

然而在真实的化学反应中,反应体系的状态是多样的,反应物和催化剂之间也可能存在较大的空间变化。

这些多样性需要被考虑在内,以便提高计算机模拟的精度。

此时,Gaussian就需要结合更多的化学思维和参数优化。

此外,另一个挑战是化学反应通常涉及许多反应途径和中间物种。

这些中间物种通常是短暂的,很难通过实验手段来观测和鉴定。

此时,计算机模拟不仅可以揭示中间物种的形成机制,还可以推断反应途径和过渡态的作用机制,还可以对反应产物的能级和分布进行分类和预测,从而更好地理解化学反应的内在规律。

总之,化学反应动力学模拟是一种有效的科学研究方法,可以加速对化学反应速率和机理的理解。

利用Gaussian计算化学软件构建反应势能面

2
4 单点计算
关键字：SP（可以不写）目的：获得更高精度的能量值NRT文件
利用Gaussian 03软件构建输入文件（$NBO ARCHIVE FILE=IM1 $END）
在Scratch文件中，寻找IM1.47的输入文件在IM1.47文件中，第二行中中输入NRT 把IM1.47文件放到GenNBO文件夹中运行GENNBO 5.0 for Windows软件计算得到IM1.nbo文件，包含NRT结果的文件
敬请指正，谢谢！
现任德国总理安格拉·默克尔(Angela Merkel)， 1986年她获得莱比锡大学物理化学博士学位。她的论文是关于碳氢化合物反应的速度常数计算。毕业后，她在原东德科学院物理化学研究中心从事科研工作。
2
2 频率分析
关键字：FREQ 目的：有无唯一虚频确认是否为过渡态注意：一般构型优化和频率分析在一起使用即相同的基组和方法
3 内禀反应坐标分析
关键字：IRC 选项：Forward,Reverse,RCFC,CalcFC,MaxCyc=N
MaxPoints=N,StepSize=N 目的：验证过渡态连接的正确性命令行： #IRC=(Rcfc,maxpoint=25,stepsize=10,maxcyc= 200) Geom=Allcheck b3lyp/6-31g(d,p) 注意：优化所得过渡态的几何构型进行分析
1 优化各物种的几何构型
关键字：OPT 反应物、产物、中间体优化过渡态优化选项：TS,QST2,QST3 过渡态优化命令行： # opt=(calcfc,ts,noeigentest,maxcyc=200) freq B3LYP/6-31g(d,p) 注意：整个反应体系的电荷和自旋多重度要保持一致

使用Gaussian_研究化学问题

下面是一个输入文件＃ＴＲＨＦ／６－３１Ｇ（ｄ）ＴｅｓｔＭｙｆｉｒｓｔＧａｕｓｓｉａｎｊｏｂ：ｗａｔｅｒｓｉｎｇｌｅｐｏｉｎｔｅｎｅｒｇｙ０１Ｏ－０．４６４０．１７７０．０Ｈ－０．４６４１．１３７０．０Ｈ０．４４１－０．１４３０．０第一行以＃开头，是运行的说明行，＃Ｔ表示指打印重要的输出部分，＃Ｐ表示打印更多的信息．后面的ＲＨＦ表示限制性Ｈａｒｔｒｅｅ－Ｆｏｃｋ方法，这里要输入计算所选用的理论方法６－３１Ｇ（ｄ）是计算所采用的基组，就是用什么样的函数组合来描述轨道Ｔｅｓｔ是指不记入Ｇａｕｓｓｉａｎ工作档案，对于单机版没有用处．第三行是对于这个工作的描述，写什么都行，自己看懂就是了．第二行是空行，这个空行以及第四行的空行都是必须的．第五行的两个数字，分别是分子电荷和自旋多重度．第六行以后是对于分子几何构性的描述．这个例子采用的是迪卡尔坐标．分子结构输入完成后要有一个空行．对于Ｗｉｎｄｏｗｓ版本，程序的图形界面把这几部分分得很清楚．输入的时候就不要再添空行了．输出文件输出文件一般很长，对于上面的输入文件，其输出文件中，首先是版权说明，然后是作者，Ｐｏｐｌｅ的名字在最后一个．然后是Ｇａｕｓｓｉａｎ读入输入文件的说明，再将输入的分子坐标转换为标准内坐标，这些东西都不用去管．当然，验证自己的分子构性对不对就要看这个地方．关键的是有ＳＣＦＤｏｎｅ的一行，后面的能量可是重要的，单位是原子单位，Ｈａｒｔｒｅｅ，１Ｈａｒｔｒｅｅ＝４．３５９７４８２Ｅ－１８Ｊｏｕｌｅｓ或＝２６２５．５００ｋＪ／ｍｏｌ＝２７．２１１６ｅＶ再后面是布居分析，有分子轨道情况，各个轨道的本征值（能量），各个原子的电荷，偶极距．然后是整个计算结果的一个总结，各小节之间用＼分开，所要的东西基本在里面了．然后是一句格言，随机有Ｇａｕｓｓｉａｎ程序从它的格言库里选出的（在ｌ９９９９．ｅｘｅ中，想看的可以用文本格式打开这个文件，自己去找，学英语的好机会）．然后是ＣＰＵ时间，注意这不是真正的运行时间，是ＣＰＵ运行的时间，真正的时间要长一些．如果几个工作一起做的话（Ｗｉｎｄｏｗ下好像不可能，Ｕｎｉｘ／Ｌｉｎｉｘ下可以同时做多个工作），实际计算时间就长很多了．最后一句话，＂ＮｏｒｍａｌｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆＧａｕｓｓｉａｎ９４＂很关键，如果没有这句话，说明工作是失败的，肯定在什么地方出错误了．这是这里应该有出错信息．根据输入文件的设置，输出文件还要多一些内容，上面的是基本的东西．