第六讲GAUSSIAN主要作业类型和出错信息
高斯常见错误
近来一直在学习高斯，因为不精通常遇到各种错误。
结合自学的东西和查阅的资料总结出来一些错误，希望对和我一样的高斯初学者有所帮助。
1、Q：Error termination in NtrErr: ntran open failure returned to fopen. Segmentation faultE：Can't open a file.2、Q：Internal consistency error detected in FileIO for unit 1I= 4 J=0 I Fail= 1.E：Gaussian is limited to 16 GB of scratch space on the 32-bit nodes.3、Q:Out-of-memory error in routine UFChkP (IEnd= 12292175MxCore= 6291456)Use %Mem=12MW to provide the minimum amount of memory required to complete this step. Error termination via Lnk1e at Thu Feb 2 13:05:32 2006.E efault memory (6 MW, set in $GAUSS_MEMDEF) is too small for unfchk.4、Q：galloc: could not allocate memory.: Resource temporarily unavailableor Out-of-memory error in routine...or End of file in GetChg. Error termination via Lnk1e ...E：Not enough memory.5、Q：IMax=3 JMax=2 DiffMx= 0.00D+00Unable to allocate space to process matrices in G2DrvN:NAtomX= 58 NBasis= 762 NBas6D= 762 MDV1= 6291106 MinMem= 105955841.E：Gaussian has 6 MW free memory (MDV1) but requires at least 106 MW (MinMem).6、Q;Estimate disk for full transformation -677255533 words. Semi-Direct transformation. Bad length for file.E:MaxDisk has been set too low.7、Q:Error termination in NtrErr:NtrErr Called from FileIO.E：The calculation has exceeded the maximum limit of maxcyc.8、Q:Erroneous read. Read 0 instead of 6258688. fd = 4 g_readE：Disk quota or disk size exceeded. Could also be disk failure or NFS timeout.9、Q：Erroneous write. Write 8192 instead of 12288. fd = 4E：Disk quota or disk size exceeded. Could also be disk failure or NFS10、Q：orig len = 12288 left = 12288 g_writeE：timeout11、另有link错误：如：Error termination request processed by link 9999对于优化不收敛,即L9999错误，实际上是在规定的步数内没有完成优化，即还没有找到极小值点。
《Gaussian培训》课件
结果分析
对计算结果进行分析，如 能量分解、轨道分析、电 荷分布等。
结果导出
将计算结果导出为其他软 件格式，如Xyz、Pdb等， 以便在其他软件中进行进 一步分析。
03
Gaussian软件进阶使用
高级计算方法
1 2 3
MP2方法
MP2方法是基于Hartree-Fock自洽场方法的二 阶Møller-Plesset微扰理论，适用于计算相对精 确的基态能量和电子相关效应。
反应机理研究案例
总结词
利用Gaussian软件进行反应机理研究，涉及反应路径计算、过渡态寻找和动力学模拟等。
详细描述
反应机理研究对于理解化学反应的本质和过程至关重要。Gaussian软件提供了反应路径计算和过渡态 寻找的方法，可以确定反应的最低能量路径和关键中间体。动力学模拟可以帮助研究反应速率和反应 机制，为实验设计和改进提供理论支持。
计算材料性质
02
材料模拟可以计算材料的电子结构、光学性质、力学性质、热
学性质等。
模拟软件
03
常用的材料模拟软件包括VASP、Quantum ESPRESSO和
CASTEP等。
04
Gaussian软件常件计算中最常见的问题之一，通常表 现为计算无法完成或结果不准确。
1990年代
Gaussian软件不断更新和 完善，逐渐成为广泛使用 的量子化学计算软件。
2000年代至今
Gaussian软件持续发展， 不断推出新版本，支持更 多的理论方法和基组，应 用领域也不断扩大。
02
Gaussian软件基本操作
文件操作
打开文件
使用“File”菜单中的 “Open”选项打开Gaussian 输入文件(.gjf或.gjfx)或输出文
Gaussian软件基本介绍 ppt课件
1µm
随着计算机技术和理论化学方法的不断发展， Gaussian能够应用到尺度更大的体系中
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内容摘要
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GAUSSIAN 的功能
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Gaussian 的功能
对化学反应的全面研究
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研究反应机理
金催化剂催化1,5双烯重排机理
检查点文件 .chk .fchk
读写文件 .rwf
设置文件 其它文件 Cube文件
Default.Route .inp .de2等 .cub .cube
作用
告诉程序计算中使用的系统资源、运行计 算的类型和使用的方法、分子说明等信息
各种需要的计算结果，如优化的结构、布 居分析结果、分子轨道能量、模拟的各种 光谱信息等；
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Gaussian的功能
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2020/4/10
《Gaussian培训》课件
Gaussian软件的发展历程
• Gaussian软件的发展历程可以追溯到上世纪80年代，自1980年代中期以来，Gaussian软件不断推出新的版本，并逐渐实 现了从单一的量子化学计算软件到计算化学综合平台的转变。目前，Gaussian软件已经成为全球使用最广泛的计算化学软 件之一。
Gaussian软件的主要功能和应用领域
06
参考文献
参考文献
Gaussian 09, Revision A.01, Mopac 2012, and associated
tutorials and examples.
Gaussian 09, Revision A.01, Mopac 2012, and associated
tutorials and examples.
依据。
金属表面的结构和性质研究
要点一
总结词
Gaussian软件可用于金属表面结构的研究，预测表面 形貌、电子结构以及化学反应活性等性质。
要点二
详细描述
借助Gaussian软件，科研人员可以模拟金属表面的电 子云分布、能带结构以及化学反应活性等性质，为催 化剂设计、能源存储与转化等应用提供理论支持。
Gaussian培训
2023-11-12
目录
• Gaussian软件概述 • Gaussian计算方法介绍 • Gaussian软件操作流程 • Gaussian软件应用实例 • Gaussian软件的优缺点及未来发展 • 参考文献
01
Gaussian软件概述
Gaussian软件简介
• Gaussian软件是一款广泛应用于计算化学领域的软件，由美国 Gaussian公司开发。它提供了一系列的计算化学工具，包括分 子建模、量子化学计算、分子动力学模拟等，被广泛应用于药 物设计、材料科学、能源研究等领域。
《Gaussian培训》课件
软件概述
Gaussian软件是一款广泛应用于计算化学领域的计算程序， 主要用于分子构型优化、势能面扫描、反应动力学模拟等计 算模拟。
Gaussian软件基于量子力学原理，采用从头算和密度泛函理 论等方法，能够模拟分子的结构和性质，为化学科研工作者 提供重要的理论依据和工具。
够预测反应能否发生及反应途径。
在材料科学中的应用
电子结构和性质
使用Gaussian软件计算材料的电子结构和性质，有助于研究其物理和化学性质。
晶体结构和能带结构
通过Gaussian软件模拟材料的晶体结构和能带结构，有助于研究其光电、热学等性质。
材料设计和优化
利用Gaussian软件进行材料设计和优化，能够提高材料的性能并开发出新的材料。
ห้องสมุดไป่ตู้
03
Gaussian软件高级功能介绍
分子构型优化
总结词
分子构型优化是一种计算方法，用于寻找分子的最低能量构象。
详细描述
通过分子构型优化，可以确定分子的稳定构象和最低能量构象。该方法基于量子 力学原理，使用迭代方法来逐渐优化分子的几何结构，以获得最低的总能量。
势能面扫描
总结词
势能面扫描是一种计算方法，用于在给定的坐标轴上扫描分 子的能量表面，以确定分子的能量最小值。
软件安装问题
总结词
Gaussian软件的安装过程中可能会遇到各种问题，例如安装程序无法运行、安装 后无法启动等。
详细描述
在安装Gaussian软件时，可能会因为操作系统环境、权限设置等问题导致安装程 序无法正常运行。同时，安装成功后，也可能会因为环境变量、权限设置等问题 导致软件无法正常启动。
计算精度问题
在药物设计领域，Gaussian软件可以用于研究药 物分子的作用机制、药物与靶点之间的相互作用 等。
《Gaussian培训》课件
参数的选择和设置
输入文件参数
在使用Gaussian进行计算时，需要正确设置输入文件 参数，包括计算类型、分子结构、计算方法等。
软件参数设置
Gaussian软件中存在许多参数选项，需要根据具体的 计算需求进行相应的设置，如收敛标准、截断能等参数 ，以确保计算结果的准确性和可靠性。
06
参考资料
参考资料一：Gaussian入门指南
计算设置的调整
方法选择
根据不同的计算类型选择相应的 方法，如分子力学、量子力学等 。
基组选择
根据计算的精度要求选择合适的 基组，如DFT、MP2等。
收敛标准
控制计算结果的稳定性和精度， 通常需要多次尝试不同的收敛标 准以找到最佳结果。
输出结果的解析
结果概述
能量分析
几何结构
频率分析
包括计算类型、方法、基组、优 化目标等信息。
软件要求
Gaussian软件需要安装于Windows、Linux或Mac OS操作系统中，同时需要具备相应的软件环境，如 Fortran编译器、Python解释器等。
安全性和效率问题
安全性
在使用Gaussian进行计算时，需要注意数据的保密性和完整性，采取措施防止计算结果被篡改或窃取 。
效率问题
Gaussian软件计算量大，需要耗费大量时间和计算资源，因此在使用过程中需要注意效率问题，采用 有效的计算方法和参数设置来提高计算速度。
分子构型优化
通过寻找最低能量的分子构型，为 分子的稳定性和化学反应机理提供 依据。
能量计算
计算析
模拟分子的振动光谱，包括红外光 谱、核磁共振谱等。
势能面扫描
在给定的坐标轴上扫描构型，寻找 势能面的最低点或反应通道。
高斯常见错误及注意地方
优化1在优化时采用Scf(tight)的选项，增加收敛的标准。
再去计算频率。
如果还有虚频，参见下一步。
2.对称性的影响，很多情况下的虚频是由于分子本身的对称性造成的。
这样，在优化时，如果必要，要将对称性降低，还有，输入文件有时是用内坐标。
建议如果有虚频的话，将内坐标改成直角坐标优化。
3.如果上述方法还有虚频，看一下虚频，找到强度较大的，将在频率中产生的原子的振动坐标加到相应的输入文件中。
这样，重新计算。
直到虚频没有。
4实际上，如果分子柔性较大，很难找到最低点，这是电子结构计算的问题，这种情况下，需要动力学的东西，用构象搜寻的办法解决。
如：模拟退火，最陡下降法，淬火法等。
将得到的能量最低的构象做一般的电子结构计算，这样，应当没有问题。
不要讲你还没有得到最稳定的结构，那么，是你的分子有问题，要么计算错了，要么就是游离出现代计算的范畴1。
低频率振动模式时，力常数很小，必须使用opt＝tight以确保适当的收敛和随后任务步骤中频率计算的可靠度。
比如我曾经算过一个体系，第一个频率振动的力常数只有10～20，很不放心，加入tight后，优出来的结构却与前面大相径庭，而且还出现了一个虚频。
2。
做IRC计算的时候，如果步长很小，必须要用verytight。
就曾有人步长设为1，而不加verytight，算出来的反应路径是v字形倒海鸥状的。
3。
使用int指定用于数值积分的积分网格来用于消虚频的时候，必须注意，在比较能量的时候，对所有的计算要使用相同的积分网格。
检查错误1．检查是否有初始文件错误在命令行中加入%kJob L301 or %kJob L302如果通过则一般初始文件ok。
常见初级错误：a.自旋多重度错误b.变量赋值为整数c.变量没有赋值或多重赋值d.键角小于等于0度，大于等于180度e.分子描述后面没有空行f.二面角判断错误，造成两个原子距离过近g.分子描述一行内两次参考同一原子,或参考原子共线2．SCF(自洽场)不收敛则一般是L502错误省却情况做64个cycle迭代(G03缺省128 cycles)a.修改坐标，使之合理b.改变初始猜Guess=Huckel或其他的，看Guess关键词。
《Gaussian培训》课件
Gaussian软件将继续拓展应用领域，涉及到更多的化学领域和材料科学领域，为科研和应 用提供更广泛的服务。
THANKS
谢谢您的观看
在计算参数设置中，可以指定计 算方法、基组、优化算法等参数 ，以便进行后续计算。
在完成分子结构和计算参数设置 后，可以点击计算按钮执行计算 ，得出结果。
在结果窗口中，可以查看计算得 到的能量、构型、振动频率等结 果，并可以通过图形界面分析结 果。
03
Gaussian软件高级功能
计算多重态
多重态计算是指根据分子的电子组态计算分子 的能量或其他物理性质。
02
Gaussian软件安装及使用
软件安装步骤
准备安装文件
从官方网站下载Gaussian软件的安 装文件。
安装向导
运行安装文件，进入安装向导，选 择安装路径，点击“下一步”。
组件选择
选择需要安装的组件，如Gaussian 主程序、Lynx等，点击“下一步” 。
完成安装
等待安装程序完成安装过程，关闭 向导。
Gaussian软件基于量子力学原理，采用从头算和密度泛函理 论等方法，能够模拟分子的结构和性质，为化学科研工作者 提供重要的理论依据和工具。
软件背景
01
Gaussian软件是由美国Gaussian公司开发的一款商业软件，最初由John Gaussian在20世纪70年代创立。
02
自1970年以来，Gaussian软件已经经历了多个版本的不断更新和发展，成为了 国际上最为流行的计算化学软件之一。
和使用。 • 可定制性强：Gaussian软件支持自定义模块和功能，可根据用户的需求进行定制和扩展。 • 软件缺点 • 学习曲线较陡峭：对于初学者来说，Gaussian软件的学习曲线比较陡峭，需要一定的时间和精力来熟悉和
Gaussian计算软件的使用综述(完整版)
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
高斯操作讲义
#n b3lyp/6-311G** geom=check guess=read opt freq b3lyp — 计算方法:密度泛函方法 6-311G**— 基组,等价于6-311G(d,p)
最小基组: 最小基组:STO-3G,每个原子轨道有三个高斯函数线性组合获得 劈裂价键基组:常见的有3-21G,4-21G,4-31G,6-31G,6-311G 劈裂价键基组: 极化基组: 极化基组:在劈裂价键基组的基础上添加更高能级原子轨道所对应的基函数
1 hartree=27.2114 eV=627.5095 kcal/mol=2625.500KJ/mol
出现虚频
The End
�
计算完成
检查计算结果
Normal termination of Gaussian 03 at Tue Apr 06 08:19:33 2010.
编辑→查找exact GaussView查看
输出文件中的信息
编辑→查找 编辑 查找freq,定位到第三个 查找 ,定位到第三个freq
对称性信息
geom=check guess=read— 高斯读取check文件中最后的构型信息,
并且读取构型的初始波函数用于下一步计算的初始猜测
opt freq— opt表示结构优化,freq表示对优化的频率做结构检查
绘制构型
绘制构型
Water.gjc
打开输入文件
开始
直接把文件拖入空白处
开始
程运行中
Gaussian 03
操作法讲义
Gaussian的功能
分子构型的优化 能量的计算 电荷和电荷密度 偶极矩 热力学参数 光谱计算等
高斯输入文件
Link0命令行 计算执行路径 标题行 电荷与多重度
《Gaussian培训》课件
导入模型或数据后，发现存在格式或数据 错误。
问题2
在运行计算时，程序无响应或出现错误。
问题4
需要设置计算参数，但不清楚如何进行设 置。
软件问题解决方案
解决方案1
检查软件安装文件是否完整，确保 安装过程中没有缺失必要的文件。
解决方案2
尝试升级或重新安装软件，有可能 是版本不稳定或与操作系统不兼容 导致的问题。
熟悉各个面板的高级操作，如设置和调整模型参数、 查看和编辑计算结果等；
掌握如何使用图形化界面进行文件管理和数据处理， 如创建和管理项目、导入和导出数据等；
掌握如何使用图形化界面进行分子模型的操作，如添 加、删除、修改分子组件等。
自定义功能高级操作
熟悉Gaussian软件的自定义功能，如创建自定义命令 、编写Python脚本等；
THANK YOU.
捷键Ctrl+A、Ctrl+D来添加或删除原子和键。
02
修改原子属性
可以使用“Edit”菜单下的“Atom”命令，或者使用快捷键
Ctrl+Shift+A来修改原子属性，如符号、编号、坐标等。
03
修改键属性
可以使用“Edit”菜单下的“Bond”命令，或者使用快捷键
Ctrl+Shift+B来修改键属性，如类型、长度、能量等。
视图操作
放大/缩小
可以使用“View”菜单下的“Zoom”命令，或者使用 快捷键Ctrl+Plus/Ctrl+-来放大或缩小视图。
平移
可以使用“View”菜单下的“Pan”命令，或者使用快 捷键Ctrl+Shift+Plus/Ctrl+Shift+-来平移视图。
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
高斯常见错误
近来一直在学习高斯，因为不精通常遇到各种错误。
结合自学的东西和查阅的资料总结出来一些错误，希望对和我一样的高斯初学者有所帮助。
1、Q：Error termination in NtrErr: ntran open failure returned to fopen. Segmentation faultE：Can't open a file.2、Q：Internal consistency error detected in FileIO for unit 1I= 4 J=0 I Fail= 1.E：Gaussian is limited to 16 GB of scratch space on the 32-bit nodes.3、Q:Out-of-memory error in routine UFChkP (IEnd= 12292175MxCore= 6291456)Use %Mem=12MW to provide the minimum amount of memory required to complete this step. Error termination via Lnk1e at Thu Feb 2 13:05:32 2006.E efault memory (6 MW, set in $GAUSS_MEMDEF) is too small for unfchk.4、Q：galloc: could not allocate memory.: Resource temporarily unavailableor Out-of-memory error in routine...or End of file in GetChg. Error termination via Lnk1e ...E：Not enough memory.5、Q：IMax=3 JMax=2 DiffMx= 0.00D+00Unable to allocate space to process matrices in G2DrvN:NAtomX= 58 NBasis= 762 NBas6D= 762 MDV1= 6291106 MinMem= 105955841.E：Gaussian has 6 MW free memory (MDV1) but requires at least 106 MW (MinMem).6、Q;Estimate disk for full transformation -677255533 words. Semi-Direct transformation. Bad length for file.E:MaxDisk has been set too low.7、Q:Error termination in NtrErr:NtrErr Called from FileIO.E：The calculation has exceeded the maximum limit of maxcyc.8、Q:Erroneous read. Read 0 instead of 6258688. fd = 4 g_readE：Disk quota or disk size exceeded. Could also be disk failure or NFS timeout.9、Q：Erroneous write. Write 8192 instead of 12288. fd = 4E：Disk quota or disk size exceeded. Could also be disk failure or NFS10、Q：orig len = 12288 left = 12288 g_writeE：timeout11、另有link错误：如：Error termination request processed by link 9999对于优化不收敛,即L9999错误，实际上是在规定的步数内没有完成优化，即还没有找到极小值点。
高斯计算常见错误及解决方案
GAUSSION计算常见错误及解决方案1. 自旋多重度错误2. 变量赋值为整数3. 变量没有赋值4. 键角小于等于0度，大于等于180度5. 分子描述后面没有空行6. 二面角判断错误，造成两个原子距离过近7. 分子描述一行内两次参考同一原子,或参考原子共线运行出错1. 自洽场不收敛 SCFa. 修改坐标，使之合理b. 改变初始猜 Guessc. 增加叠代次数SCFCYC=Nd. iop（5/13=1）2. 分子对称性改变a. 修改坐标，强制高对称性或放松对称性b. 给出精确的、对称性确定的角度和二面角c. 放松对称性判据 Symm=loosed. 不做对称性检查iop(2/16=1)3. 无法写大的Scratch文件RWFa. 劈裂RWF文件%rwf=loc1,size1,loc2,size2,……..,locN,-1b. 改变计算方法MP2=Direct可以少占硬盘空间c. 限制最大硬盘maxdisk=N GB4. FOPT出错原因是变量数与分子自由度数不相等。
可用POPT 或直接用OPT5. 优化过渡态只能做一个STEP 原因是负本征数目不对添加iop（1/11）=16. 组态相互作用计算中相关能叠代次数不够，增加叠代次数QCISD（Maxcyc=N）Default.Rou设置•在Scratch文件夹中的Default.Rou文件中设置G03程序运行的省缺参数：• -M- 200MW•-P- 4•-#- MaxDisk=10GB•-#- SCF=Conventional or Direct•-#- MP2=NoDirect or Direct•-#- OPTCYC=200•-#- SCFCYC=200•-#- IOPs 设置如iop（2/16=1）Default.Rou设置中的冲突•Default route: MaxDisk=2GB SCF=Direct MP2=Direct OPTCYC=200 SCFcyc=100 iop(2/16=1) iop(5/13=1)• ------------------• # ccsd/6-31G** opt• ------------------• L903/L905 and L906 can only do MP2.问题在于，ＭP2=Direct！去掉这个设置，CCSD的作业就能进行了。
gaussian教程
gaussian教程节译自Exploring Chemistry with Electronic Structure Methos, Second Edition,作者James B. Foresman, Eleen Frisch 出版社Gaussian, Inc, USA, 1996前言Gaussian可以做很多事情,具体包括分子能量和结构研究过渡态的能量和结构研究化学键以及反应的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核磁极化率和超极化率热力学性质反应途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.全书结构序言运行Gaussian第一部分基本概念和技术第一章计算模型第二章单点能计算第三章几何优化第四章频率分析第二部分计算化学方法第五章基族的影响第六章理论方法的选择第七章高精度计算第三部分应用第八章研究反应和反应性第九章激发态第十章溶液中的反应附录A 理论背景附录B Gaussian输入方法简介运行GaussianUnix/Linux平台:运行gaussian前要设置好运行参数,比如在C Shell中,需要加这两句setenv g94root directory / directory指程序的上级目录名source $g94root/g94/bsd/g94.login然后运行就可以了.比如有输入文件,采用C Shell时的运行格式是g94 h2o.logWindows平台:图形界面就不用多说了输入输出文件介绍在Unix系统中,输入文件是.com为扩展名的,输出文件为.log;在Windows系统中,输入文件是.gjf为扩展名,输出文件为.out.下面是一个输入文件#T RHF/6-31G(d) TestMy first Gaussian job: water single point energy0 1O -0.464 0.177 0.0H -0.464 1.137 0.0H 0.441 -0.143 0.0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SCF Done的一行,后面的能量可是重要的,单位是原子单位,Hartree,1 Hartree= 4.3597482E-18 Joules或=2625.500 kJ/mol=27.2116 eV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,"Normal termination of Gaussian 94"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.第一章计算模型1.1 计算化学的方法主要有分子理论(Molecular Mechanics)和电子结构理论(Electronic Structure Theory).两者的共同点是1. 计算分子的能量,分子的性质可以根据能量按照一定的方法得到.2. 进行几何优化,在起始结构的附近寻找具有最低的能量的结构.几何优化是根据能量的一阶导数进行的.3. 计算分子内运动的频率.计算依据是能量的二阶导数.1.2 分子理论分子理论采用经典物理对分子进行处理,可以在MM3,HyperChem, Quanta, Sybyl, Alchemy等软件中看到.根据所采用的力场的不同,分子理论又分为很多种.分子理论方法很便宜(做量化的经常用贵和便宜来描述计算,实际上就是计算时间的长短,因为对于要花钱上机的而言,时间就是金钱;对于自己有机器的,要想算的快,也要多在机器上花钱),可以计算多达几千个原子的体系.其缺点是1. 每一系列参数都是针对特定原子得出的.没有对于原子各个状态的统一参数.2. 计算中忽略了电子,只考虑键和原子,自然就不能处理有很强电子效应的体系, 比如不能描述键的断裂.1.3 电子结构理论这一理论基于薛定鄂方程,采用量子化学方法对分子进行处理.主要有两类:1. 半经验方法,包括AM1, MINDO/3, PM3,常见的软件包有MOPAC, AMPAC, HyperChem, 以及Gaussian.半经验方法采用了一些实验得来的参数,来帮助对薛定鄂方程的求解.2. 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.从头算能够在很广泛的领域提供比较精确的信息,当然计算量要比前面讲的方法大的多,就是贵得多了.1.4 密度泛函(Density Functional Methods)密度泛函是最近几年兴起的第三类电子结构理论方法.它采用泛函(以函数为变量的函数)对薛定鄂方程进行求解,由于密度泛函包涵了电子相关,它的计算结果要比HF方法好,计算速度也快.1.5 化学模型(Model Chemistries)Gaussian认为所谓理论是,一个理论模型,必须适用于任何种类和大小体系,它的应用限制只应该来自于计算这里包括两点,1. 一个理论模型应该对于任何给定的核和电子有唯一的定义,就是说,对于解薛定鄂方程来讲,分子结构本身就可以提供充分的信息.2. 一个理论模型是没有偏见的,指不依靠于任何的化学结构和化学过程.这样的理论可以被认为是化学理论模型(theoretical-model chemistry),简称化学模型(model chemistry)(这个翻译我可拿不准,在国内没听说过).1.6 定义化学模型Gaussian包含多种化学模型,比如计算方法Gaussian关键词方法HF Hartree-Fock自恰场模型B3L YP Becke型3参数密度泛函模型,采用Lee-Yang-Parr泛函MP2 二级Moller-Plesset微扰理论MP4 四级Moller-Plesset微扰理论QCISD(T) 二次CI具体在第六章讨论基组基组是分子轨道的数学表达,具体见第五章开壳层,闭壳层指电子的自旋状态,对于闭壳层,采用限制性计算方法,在方法关键词前面加R对于开壳层,采用非限制性计算方法,在方法关键词前面加U.比如开壳层的HF就是UHF.对于不加的,程序默认为是闭壳层.一般采用开壳层的可能性是1. 存在奇数个电子,如自由基,一些离子2. 激发态3. 有多个单电子的体系4. 描述键的分裂过程模型的组合高精度的计算往往要几种模型进行组合,比如用中等算法进行结构优化,然后用高精度算法计算能量.第二章单点能计算2.1 单点能计算是指对给定几何构性的分子的能量以及性质进行计算,由于分子的几何构型是固定不变的,只是"一个点",所以叫单点能计算.单点能计算可以用于:计算分子的基本信息可以作为分子构型优化前对分子的检查在由较低等级计算得到的优化结果上进行高精度的计算在计算条件下,体系只能进行单点计算单点能的计算可以在不同理论等级,采用不同基组进行,本章的例子都采用HF方法2.2 计算设置计算设置中,要有如下信息:计算采用的理论等级和计算的种类计算的名称分子结构方法设置这里设置了计算要采用的理论方法,采用的基组,所要进行的计算的种类等信息.这一行,以#开头,默认的计算种类为单点能计算,关键词为SP,可以不写.这一部分需要出现的关键词有,计算的理论,如HF(默认关键词,可以不写),B3PW91;计算采用的基组,如6-31G, Lanl2DZ;布局分析方法,如Pop=Reg;波函数自恰方法,如SCF=Tight.Pop=Reg只在输出文件中打印出最高的5条HOMO轨道和最低的5条LOMU轨道,而采用Pop=Full则打印出全部的分子轨道.SCF设置是指波函数的收敛计算时的设定,一般不用写,SCF=Tight设置表示采用比一般方法较严格的收敛计算.计算的名称一般含有一行,如果是多行,中间不能有空行.在这里描述所进行的计算.分子结构首先是电荷和自旋多重度电荷就是分子体系的电荷了,没有就是0,自旋多重度就是2S+1,其中S是体系的总自旋量子数,其实用单电子数加1就是了.没有单电子,自旋多重度就是1.然后是分子几何构性,一般可以用迪卡尔坐标,也可以用Z-矩阵(Z-Matrix)多步计算Gaussian支持多步计算,就是在一个输入文件中进行多个计算步骤.2.3 输出文件中的信息例2.1 文件e2_01 甲醛的单点能标准几何坐标.找到输出文件中Standard Orientation一行,下面的坐标值就是输入分子的标准几何坐标.能量找到SCF Done: E(RHF)= -113.863697598 A. U. after 6 cycles这里的树脂就是能量,单位是hartree.在一些高等级计算中,往往有不止一个能量值,比如下一行E2=-0.3029540001D+00 EUMP2=-0.11416665769315D+03这里在EUMP2后面的数字是采用MP2计算后的能量.MP4计算的能量输出就更复杂了分子轨道和轨道能级对于按照计算设置所打印出的分子轨道,列出的内容包括,轨道对称性以及电子占据情况,O表示占据,V表示空轨道;分子轨道的本征值,也就是分子轨道的能量,分子轨道的顺序就是按照能量由低到高的顺序排列的;每一个原子轨道对分子轨道的贡献.这里要注意轨道系数,这些数字的相对大小(忽略正负号)表示了组成分子轨道的原子轨道在所组成的分子轨道中的贡献大小.寻找HOMO和LUMO轨道的方法就是看占据轨道和非占据轨道的交界处.电荷分布Gaussian采用的默认的电荷分布计算方法是Mullikin方法,在输出文件中寻找Total atomic charges可以找到分子中所有原子的电荷分布情况.偶极矩和多极矩Gassian提供偶极矩和多极矩的计算,寻找Dipole momemt (Debye),下面就是偶极矩的信息,再下两行是四极矩偶极矩的单位是德拜CPU时间和其他Job cpu time : 0days 0 hours 0 minuites 9.1 seconds.这里是计算的时间,注意是CPU时间.2.4 核磁计算例2.2 文件e2_02 甲烷的核磁计算核磁是单点能计算中另外一个可以提供的数据,在计算的工作设置部分,就是以#开头的一行里,加入NMR关键词就可以了,如#T RHF/6-31G(d) NMR Test在输出文件中,寻找如下信息GIAO Magnetic shielding tensor (ppm)1 C Isotropic = 199.0522 Anisotropy = 0.0000这是采用上面的设置计算的甲烷的核磁结果,所采用的甲烷构形是用B3L YP密度泛函方法优化得到的.一般的,核磁数据是以TMS为零点的,下面是用同样的方法计算的TMS(四甲基硅烷)的结果1 C Isotropic = 195.1196 Anisotropy = 17.5214这样,计算所得的甲烷的核磁共振数据就是-3.9ppm,与实验值-7.0ppm相比,还是很接近的.2.5 练习练习2.1 文件2_01 丙烷的单点能练习要点:寻找分子的标准坐标,寻找单点能,偶极矩的方向和大小,电荷分布练习2.2 文件2_02a (RR), 2_02b (SS), 2_02c (RS) 1,2-二氯-1,2-二氟乙烷的能量练习要点:比较该化合物三个旋光异构体的能量和偶极矩差异练习2.3 文件2_03 丙酮和甲醛的比较练习要点:比较甲基取代氢原子后带来的影响说明能量比较必须在有同样的原子种类和数量的情况下进行练习2.4 文件2_04 乙烯和甲醛的分子轨道练习要点:寻找HOMO和LUMO能级,并分析能级的组成情况练习2.5 文件2_05a, 2_05b, 2_05c 烷,烯,炔的核磁共振比较练习2.6 文件2_06 C60的单点能练习要点:分析C60最高占据轨道注意在收敛方法选择的时候,要有SCF=Tight,否则有收敛问题.练习2.7 文件2_07 计算大小的CPU资源比较本练习比较不同基组函数数量,SCF方法对CPU时间,资源的占用情况.比较传统SCF方法(SCF=Convern),直接SCF方法(Gaussian默认方法)传统SCF 直接SCF基组函数数量int文件大小(MB) CPU时间CPU时间23 2 8.6 12.842 4 11.9 19.861 16 23.2 38.880 42 48.7 72.199 92 95.4 122.5118 174 163.4 186.8137 290 354.5 268.0156 437 526.5 375.0175 620 740.2 488.0194 832 1028.4 622.1很显然,函数数量对资源占用和CPU时间都有很大影响,函数越多,资源占用越大,CPU时间越长.理论上来讲,认为CPU时间和函数数量的四次方成正比,但实际上没有这么高, 在本例中,基本上和函数数量的2.5次方成正比.一般的讲,直接SCF方法的效率要比传统SCF方法要好,在本例中,当函数数量比较大时, 可以看到这一点.练习2.8 文件2_08a (O2), 2_08b (O3) SCF稳定性计算本例中采用SCF方法分析分子的稳定性.对于未知的体系,SCF稳定性是必须要做的.当分子本身不稳定的时候,所得到的SCF结果以及波函数等信息就没有化学意义.SCF稳定性分析是寻找是不是存在比当前状态能量更低的分子状态.关键词有Stable 检验分子的稳定性,放松对分子的限制,比如由闭壳层改为开壳层等.Stable=OPT 这一选项设定,当发现不稳定的时候,对新的状态进行优化.这种做法一般是不推荐的,因为所得到的新的状态的几何形太接近原来的几何构形.本例中首先计算闭壳层的单重态的氧分子.很显然,闭壳层单重态的氧分子不应该是稳定的.在输出文件中,我们可以找到这样的句子:The wavefuction has an RHF --> UHF instability.这表明存在一个UHF的状态,其能量要比当前状态低.这说明可能,能量最低的状态是单重态的,但不是闭壳层的;存在有更低能量的三重态;所计算的状态不是能量最低点,可能是过渡态.在三重态情况下重新计算,也进行稳定性验证,可以看到如下的句子The wavefunction is stable under the perturbations considered.臭氧是单重态的,但有不一般的电子结构.采用RHF Stable=Opt可以发现一个RHF-->UHF的不稳定性,在所得到的UHF状态下进行稳定性检验,采用UHF Stable=Opt,发现体系仍然不稳定.The wavefunction has an inernal instability再在此基础上进行的优化,体系又回到了RHF的状态.这时,就需要在进行SCF前的构性初始电子状态猜测上进行改动,使用Guess=Mix,在初始猜测中混合HOMO 和LUMO轨道,从而消除空间对称性,然后进行的UHF Guess=Mix Stable 表明得到了稳定的结构.确定电子状态还可以采用Guess=Alter详见Gaussian User's Reference第三章几何优化前面讨论了在特定几何构型下的能量的计算,可以看出,分子几何构型的变化对能量有很大的影响.由于分子几何构型而产生的能量的变化,被称为势能面.势能面是连接几何构型和能量的数学关系.对于双原子分子,能量的变化与两原子间的距离相关,这样得到势能曲线,对于大的体系,势能面是多维的,其维数取决与分子的自由度.3.1势能面势能面中,包括一些重要的点,包括全局最大值,局域极大值,全局最小值,局域极小值以及鞍点.极大值是一个区域内的能量最高点,向任何方向的几何变化都能够引起能量的减小.在所有的局域极大值中的最大值,就是全局最大值;极小值也同样,在所有极小之中最小的一个就是具有最稳定几何结构的一点.鞍点则是在一个方向上具有极大值,而在其他方向上具有极小值的点.一般的,鞍点代表连接着两个极小值的过渡态.寻找极小值几何优化做的工作就是寻找极小值,而这个极小值,就是分子的稳定的几何形态.对于所有的极小值和鞍点,其能量的一阶导数,也就是梯度,都是零,这样的点被称为稳定点.所有的成功的优化都在寻找稳定点,虽然找到的并不一定就是所预期的点. 几何优化有初始构型开始,计算能量和梯度,然后决定下一步的方向和步长,其方向总是向能量下降最快的方向进行.大多数的优化也计算能量的二阶导数,来修正力矩阵,从而表明在该点的曲度.3.2 收敛标准当一阶导数为零的时候优化结束,但实际计算上,当变化很小,小于某个量的时候,就可以认为得到优化结构.对于Gaussian,默认的条件是力的最大值必须小于0.00045,均方根小于0.0003为下一步所做的取代计算为小于0.0018,其均方根小于0.0012这四个条件必须同时满足,比如,对于非常松弛的体系,势能面很平缓,力的值已经小于域值,但优化过程仍然有很长的路要走.对于非常松弛的体系,当力的值已经低于域值两个数量级,尽管取代计算仍然高于域值,系统也认为找到了最优点.这条规则用于非常大,非常松弛的体系.3.3 几何优化的输入Opt关键字描述了几何优化例3.1 文件e3_01 乙烯的优化输入文件的设置行为#R RHF/6-31G(d) Opt Test表明采用RHF方法,6-31G(d)基组进行优化3.4 输出文件优化部分的计算包含在两行相同的GradGradGradGradGradGradGradGradGradGrad...........之间,这里有优化的次数,变量的变化,收敛的结果等等.注意这里面的长度单位是波尔.在得到每一个新的几何构型之后,都要计算单点能,然后再在此基础上继续进行优化,直到四个条件都得到满足.而最后一个几何构型就被认为是最优构型.注意,最终构型的能量是在最后一次优化计算之前得到的.在得到最优构型之后,在文件中寻找--Stationmay point found.其下面的表格中列出的就是最后的优化结果以及分子坐标.随后按照设置行的要求,列出分子有关性质例3.2 文件e3_02 氟代乙烯的优化3.5 寻找过渡态Gaissian使用STQN方法确定反应过渡态,关键词是Opt=QST2例3.3 文件e3_03 过渡态优化例中分析的是H3CO --> H2COH 的变化,输入文件格式#T UHF/6-31G(d) Opt=QST2 TestH3CO --> H2COH Reactants0,2structure for H3CO0,2structure for H2COHGaussian也提供QST3方法,可以优化反应物,产物和一个由用户定义的猜测的过渡态.3.6 难处例的优化有一些系统的优化很难进行,采用默认的方法得不到结果,其产生的原因往往是所计算出的力矩阵与实际的相差太远.当默认方法得不到结果时,就要采用其他的方法. Gaussian提供很多的选择,具体可以看User's Reference.下面列举一些.Opt=ReadFC 从频率分析(往往是采用低等级的计算得到的)所得到的checkpoint文件中读取初始力矩阵,这一选项需要在设置行之前加入%Chk= filename 一句,说明文件的名称.Opt=CalCFC 采用优化方法同样的基组来计算力矩阵的初始值.Opt=CalcAll 在优化的每一步都计算力矩阵.这是非常昂贵的计算方法,只在非常极端的条件下使用.有时候,优化往往只需要更多的次数就可以达到好的结果,这可以通过设置MaxCycle 来实现.如果在优化中保存了Checkpoint文件,那么使用Opt=Restart可以继续所进行的优化.当优化没有达到效果的时候,不要盲目的加大优化次数.这是注意观察每一步优化的区别,寻找没有得到优化结果的原因,判断体系是否收敛,如果体系能量有越来越小的趋势,那么增加优化次数是可能得到结果的,如果体系能量变化没有什么规律,或者,离最小点越来越远,那么就要改变优化的方法.也可以从输出文件的某一个中间构型开始新的优化,关键词Geom=(Check,Step=n)表示在取得在Checkpoint文件中第n步优化的几何构型3.7 练习练习3.1 文件3_01a (180), 3_01b (0) 丙烯的优化从两种丙烯的几何异构体进行优化,一个是甲基的一个氢原子与CCH形成180度二面角,另一个是0.优化结果表明,二者有0.003Hartree的差别,0度的要低.练习3.2 文件3_02a (0), 3_02b (180), 3_02c (acteald.) 乙烯醇的优化乙烯醇氧端的氢原子与OCC平面的二面角可以为0和180,优化得到的结果时,0度的能量比180度的低0.003Hartree,但同时做的乙醛的优化表明,乙醛的能量还要低,比0度异构体低0.027hartree.练习3.3 文件3_03 乙烯胺的优化运行所有原子都在同一平面上的乙烯胺的优化.比较本章的例子和练习,可以看到不同取代基对乙烯碳碳双键的影响.练习3.4 文件3_04 六羰基铬的优化本例采用STO-3G和3-21G基组,在设置行中加入SCF=NoVarAcc对收敛有帮助.3-21G基组的优化结果要优于STO-3G练习3.5 文件3_05a (C6H6), 3_05b (TMS) 苯的核磁共振采用6-31G(d)基组,B3L YP方法优化几何构性,采用HF方法,6-311+G(2d,p)基组在优化的几何构型基础上计算碳的化学位移.注意,核磁共振的可靠程度依赖准确的几何结构和大的基组.输入文件如下%Chk=NMR#T B3L YP/6-31G(d) Opt TestOptmolecule specification--Link1--%Chk=NMR%NoSave#T RHF/6-311+G(2d,p) NMR Geom=Check Guess=Read TestNMRcharg & spin同样,还需要采用同样方法计算TMS.下面是计算结果绝对位移相对位移实验值TMS Benzene188.7879 57.6198 131.2 130.9练习3.6 文件3_06a (PM3), 3_06b (STO-3G) 氧化碳60的优化C60中有两种碳碳键,一是连接两个六元环的6-6键,另一是连接六元环和无元环的5-6键. 氧化C60就有两种异构体.本例采用PM3和HF/STO-3G方法来判断那种异构体是稳定的,以及氧化后的C-C键的变化.采用Opt=AddRedundant关键词可以在输出文件中打印所要求的键长,键角,这一关键词需要在分子构型输入结束后在增加关于所要键长键角的信息,键长用两个原子的序列号表示,键角则用三个原子表示.计算结果显示,6-6键的氧化,碳碳键仍然存在,接近环氧化合物,而5-6键已经打开.采用不同的方法,得到的几何结构相差不多,但在能量上有很大差异.在采用MNDO,PM3,HF/3-21G方法得到的能量数据中,5-6键氧化的异构体的能量低,但采用HF/STO-3G得到的结果,确实6-6键氧化的能量低.Raghavachari在其进行的上述研究中阐述动力学因素同样是重要的;实验上还没有发现那个是能量最低的异构体;应该进行更精确的计算练习3.7 文件3_07 一个1,1消除反应的过渡态优化分析反应SiH4 --> SiH2 + H2, 可以采用Opt=(QST2, AddRedundant)关键词来进行过渡态优化,同时特别关注过渡态结构中的某个键长练习3.8 文件3_08 优化进程比较采用下述三种方法优化二环[2,2,2]直接采用默认方式冗余内坐标优化Opt;采用迪卡尔坐标优化Opt=Cartesian;采用内坐标优化Opt=Z-Matrix结果显示,冗余内坐标优化的优化次数最短,内坐标优化的次数最多.第四章频率分析频率分析可以用于多种目的,预测分子的红外和拉曼光谱(频率和强度)为几何优化计算力矩阵判断分子在势能面上的位置计算零点能和热力学数据如系统的熵和焓4.1 红外和拉曼光谱几何优化和单点能计算都将原子理想化了,实际上原子一直处于振动状态.在平衡态,这些振动是规则的和可以预测的.频率分析的计算要采用能量对原子位置的二阶导数.HF方法,密度泛函方法(如B3L YP), 二阶Moller-Plesset方法(MP2)和CASSCF方法(CASSCF)都可以提供解析二阶导数.对于其他方法,可以提供数值二阶导数.4.2 频率分析输入Freq关键词代表频率分析.频率分析只能在势能面的稳定点进行,这样,频率分析就必须在已经优化好的结构上进行.最直接的办法就是在设置行同时设置几何优化和频率分析.特别注意的是,频率分析计算是所采用的基组和理论方法,必须与得到该几何构型采用的方法完全相同!例4.1 文件e4_01 甲醛的频率分析例中采用的是已经优化好的几何构型,输入格式# RHF/6-31G(d) Freq Test4.3 频率和强度频率分析首先要计算输入结构的能量,然后计算频率.Gaussian提供每个振动模式的频率,强度,拉曼极化率.以下是例4.1的输出文件中的前四个频率1 2 3 4B1 B2 A1 A1。
计算化学2-Gaussian简介
分子核相对位置可以用笛卡尔坐标，内坐标(Z-matrix)，或者是二者混合 表示 笛卡尔坐标是内坐标的一种特殊形式 分子坐标的格式为: 元素符号, x, y, z 元素符号 (n) 原子1 键长 原子2 键角 原子3 二面角 [格式代码]
(0,180)
以原子在分子中的序数表示
6
编辑批处理作业文件
转换不同格式的分子结构文件 读取.fch文件中的数据并生成 三维空间网格图
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
7
NewZmat工具界面
8
H2O分子单点计算后的.chk文件 转换成.fch文件后，在Chem3D 中所作分子轨道(HOMO)，电荷 密度和静电势空间分布图
26
%chk=h2o2.chk %rwf=h2o2.rwf #p hf/6-31g opt H2O2 energy calculation 01 H O 1 r1 O 2 r2 1 a1 H 3 r1 2 a1 1 d1 r1=0.9 r2=1.4 a1=105.0 d1=120.0
通过对两个键长和键角使用同 一变量定义可以控制分子的对 称性
通过右手规则确定
24
例1：使用HF方法，优化 H2O2分子
25
%chk=h2o2.chk %rwf=h2o2.rwf #p hf/6-31g opt
%chk=h2o2.chk %rwf=h2o2.rwf #p hf/6-31g opt H2O2 energy calculation 01 H 0.000 0.000 O 0.000 0.900 O 1.350 1.262 H 1.464 1.742
第六讲GAUSSIAN主要作业类型和出错信息
GAUSSIAN程序主要作业类型
1.单点能量计算 #p b3lyp/6-31G* scfcon=7
Water energy 01 O H 1 0.956 H 1 0.956 2 104.5
计算力
#p b3lyp/6-31G* scfcon=7 force Water energy 01 O H 1 r1 H 1 r2 2 a1 R1=0.96 R2=0.97 A1=104.5
!
8. 内存不够
Leave Link 801 at Tue Mar 28 11:50:03 2006, MaxMem= 1966080 cpu: 0.0 (Enter /usr/local/g03/l1101.exe) Using compressed storage, NAtomX= 3. Not enough memory, short by 122897 words. Error termination via Lnk1e in /usr/local/g03/l1101.exe at Tue Mar 28 11:50:03 2006.
Charge = 1 Multiplicity = 1 h o 1 r1 h 2 r1 1 a1 h 2 r2 1 a1 3 a1 Variables: r1 0.73 a1 109.5 Constants: Undefined symbol, bond length, card 4.
1
Charge = 1 Multiplicity = 1 h o 1 r1 h 2 r1 1 a1 h 2 r1 1 a2 3 a1 Variables: r1 0.73 a1 109.5 Constants: Undefined symbol, angle alpha, card 4.
结构化学gaussian
结构化学Gaussian 操作与练习综述报告学院化学化工学院专业班级应用化学指导老师周德璧姓名学号2012年1月1日Gaussian 操作与练习综述报告…（中南大学化学化工学院应化0903 ……. ）摘要：熟悉和认识Gaussian view 和Gaussian 03W 的用法和界面功能，使用gaussian 软件构建三方双锥形-35l CdC 配位化合物模型并进行优化处理，处理并分析数据。
关键词：Gaussian view Gaussian 03W -35l CdC 优化 分析 一、关于GaussianGaussian 是一个功能强大的量子化学综合软件包。
其可执行程序可在不同型号的大型计算机，超级计算机，工作站和个人计算机上运行，并相应有不同的版本。
Gaussian 功能主要有：分子能量和结构、过渡态能量和结构、键和反应能量、分子轨道、多重矩、原子电荷和电势、振动频率、红外和拉曼光谱、核磁性质、极化率和超极化率、热力学性质、反应路径等。
Gaussian 的计算可以对体系的基态或激发态执行。
可以预测周期体系的能量，结构和分子轨道。
因此，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。
二、计算原理计算化学有两种方法（分子力学方法和电子结构理论）。
它们所能完成的任务类型基本上是一样的。
A 计算特定分子结构的能量。
和能量相关的一些性质也可以通过某些方法来计算。
B 完成构型优化，确定全局或局域最小点。
构型优化主要取决于能量的梯度-也就是能量对原子坐标的一阶导。
构型优化是化学计算的基础，任何性质的计算都是在已优化好的分子结构上进行的。
一个分子结构对应一个波函，一个波函就可以解出一个能量值，在自然条件下，体系倾向于以能量最低的形式存在（也就是我们常说的最稳定的构型）。
所给的分子结构（不管是手绘的还是来自晶体结构的）在转换为高斯输入的文件时，由于画的不准确（如立体的画成平面的等）和具体化学环境的变化（在不选择溶剂时，默认是在气相中优化，这与晶体环境是完全不同的）而存在一些不合理的地方。
gaussian
gaussian 出错信息和可能的解决办法（转）gaussian 出错信息和可能的解决办法(转）2009-12-22 10:21Gaussian calculations can fail with various error messages. Some error messages from .out and .log files - and possible solutions - have been compiled here to facilitate problem solving.These are divided into:Syntax and similar errorsMemory and similar errorsConvergence problemsErrors in solvent calculationsErrors in log filesERROR MESSAGES IN OUTPUT FILESSyntax and similar errors:End of file in ZSymb.Error termination via Lnk1e in /global/apps/gaussian/g03.e01/g03/l101.exeSolution: The blank line after the coordinate section in the .inp file is missing.Unrecognized layer "X".Error termination via Lnk1e in /global/apps/gaussian/g03.e01/g03/l101.exeSolution: Error due to syntax error(s) in coordinate section (check carefully). If error is "^M", it is caused by DOS end-of-line characters (e.g. if coordinates were written under Windows). Remove ^M from line ends using e.g. emacs. To process .inp files from command line, use sed -i 's/^M//' File.inp (Important: command does not work if ^M is written as characters -generate ^M on command line using ctrl-V ctrl-M).QPERR --- A SYNTAX ERROR WAS DETECTED IN THE INPUT LINE.Solution: Check .inp carefully for syntax errors in keywordsRdChkP: Unable to locate IRWF=0 Number= 522.Error termination via Lnk1e in /global/apps/gaussian/g03.e01/g03/l401.exeorFileIO operation on non-existent file.[...] Error termination in NtrErr:NtrErr Called from FileIO.Solution: Operation on .chk file was specified (e.g. geom=check, opt=restart), but .chk was not found. Check that: %chk= was specifed in .inp.chk has the same name as .inp.chk is in the same directory as .inprun script transports .chk to temporary folder upon job start. Run scripts downloaded here should do this.The combination of multiplicity N and M electrons is impossible.Error termination via Lnk1e in /global/apps/gaussian/g03.e01/g03/l301.exeSolution: Either the charge or the multiplicity of the molecule was not specified correctly in .inp.Memory and similar errors:Out-of-memory error in routine RdGeom-1 (IEnd= 1200001 MxCore= 2500)Use %mem=N MW to provide the minimum amount of memory required to complete this stepError termination via Lnk1e in /global/apps/gaussian/g03.e01/g03/l101.exeorNot enough memory to run CalDSu, short by 1000000 words.Error termination via Lnk1e in /global/apps/gaussian/g03.e01/g03/l401.exeor[...] allocation failure:Error termination via Lnk1e in /global/apps/gaussian/g03.e01/g03/l1502.exeSolution: Specify more memory in .inp (%mem=Nmb). Possibly, also increase pvmem value in run script. Especially solvent calculations can exhibit allocation failures and explicit amounts of memory should be specified.galloc: could not allocate memory.Solution: The %mem value in .inp is higher than pvmem value in run script. Increase pvmem or decrease %mem. Probably out of disk space. Write error in NtrExt1Solution: /scratch space is most likely full. Delete old files in temporary folder.Convergence problems:Density matrix is not changing but DIIS error= 1.32D-06 CofLast= 1.18D-02.The SCF is confused. Error termination via Lnk1e in /global/apps/gaussian/g03.e01/g03/linda-exe/l502.exelSolution: Problem with DIIS. Turn it off completely, e.g. using SCF=qc, or partly by using SCF= (maxconventionalcycles=N,xqc), where N is the number of steps DIIS should be used (see SCF keyword). Convergence criterion not met. SCF Done: E(RHF) = NNNNNNN A.U. after 129 cycles[...] Convergence failure -- run terminated. Error termination via Lnk1e in /global/apps/gaussian/g03.e01/g03/linda-exe/l502.exeSolution: One SCF cycle has a default of maximum 128 steps, and this was exceeded without convergence achieved. Possible solution: In the route section of input file, specify SCF=(MaxCycle=N), where N is the number of steps per SCF cycles. Alternatively, turn of DIIS (e.g. by SCF=qc) (see SCF keyword).Problem with the distance matrix.Error termination via Lnk1e in /pkg/gaussian/g03/l202.exeSolution: Try to restart optimization from a different input geometry.New curvilinear step not converged. Error imposing constraintsError termination via Lnk1e in /pkg/gaussian/g03/l103.exeSolution: Problem with constrained coordinates (e.g. in OPT=modredun calculation). Try to restart optimization from a slightly different input geometry.Optimization stopped. -- Number of steps exceeded, NStep= N[..] Error termination request processed by link 9999.Error termination via Lnk1e in /global/apps/gaussian/g03.e01/g03/l9999.exeSolution: Maximum number of optimization steps is twice the number of variables to be optimized. Try increasing the value by specifying OPT=(MaxCycle=N) in .inp file, where N is the number of optimization steps (see OPT keyword). Alternatively, try to start optimization from different geometry.Errors in solvent calculations:AdVTs1: ISph= 2543 is engulfed by JSph= 2544 but Ae( 2543) is not yet zero!Error termination via Lnk1e in /global/apps/gaussian/g03.e01/g03/l301.exeSolution: Problem is related to building of the cavity in solvent calculations. One possible solution is to change the cavity model (default in g03 is UAO, can be changed by adding RADII keyword in section below coordinates in the .inp file, e.g. RADII=UFF, see SCRF keyword).Hydrogen X has 2 bounds. Keep it explicit at all point on thepotential energy surface to get meaningful results.Solution: In UAO cavity model, spheres are placed on groups of atoms, with hydrogens assigned to the heavy atom, they are bound to. If assignment fails (e.g. because heavy atom-H bond is elongated), cavity building fails. Possible solutions: a) use cavity model that also assigns spheres to hydrogens (e.g. RADII=UFF) or b) Assign a sphere explicity on problematic H atom (use SPHEREONH=N, see SCRF keyword)ERROR MESSAGES IN LOGFILES=>> PBS: job killed: walltime N exceeded limit Msignal number 15 received.Solution: Job did not finish within specified wall time. Retrieve .out and .chk files from temporary folder/global/work/$USER/$JOB (or $PBS_JOBID) and restart calculation if possible (using e.g. opt=restart or scf=restart). cp: cannot stat $JOB.inp: No such file or directorySolution: The .inp file is not in the directory from where the job was submitted (or its name was misspelled during submission. If error reads: cp: cannot stat $JOB.inp.inp, the .inp file was submitted with extension).ntsnet: unable to schedule the minimum N workersSolution: The value of %NprocLinda=N in the .inp file is higher than the number of nodes asked for during submission. Make sure these values match.Connection refused [...] died without ever signing inSign in timed out after 0 worker connections. Did not reach minimum (N), shutting downSolution: Error appears if you run parallel calculations but did not add this file to your $HOME directory: .tsnet.config containing only the line: Tsnet.Node.lindarsharg: ssh。
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Symbolic Z-matrix: Charge = 1 Multiplicity = 1 h o 1 r1 h 2 r1 3 a1 h 2 r1 1 a1 Variables: r1 0.73 a1 109.5
3
a1
1
Error on Z-matrix card number 3 reference made to an undefined center. Z-matrix conversion failed in ZToCFu.
优化几何构型
#p b3lyp/6-31G* scfcon=7 opt=z-matrix Water energy 01 O H 1 r1 H 1 r2 2 a1 R1=0.96 R2=0.97 A1=104.5
固定优化(部分优化)
#p b3lyp/6-31G* scfcon=7 opt=z-matrix Water energy 01 O H 1 r1 H 1 r2 2 a1 R1=0.96 R2=0.97 A1=104.5
!
8. 内存不够
Leave Link 801 at Tue Mar 28 11:50:03 2006, MaxMem= 1966080 cpu: 0.0 (Enter /usr/local/g03/l1101.exe) Using compressed storage, NAtomX= 3. Not enough memory, short by 122897 words. Error termination via Lnk1e in /usr/local/g03/l1101.exe at Tue Mar 28 11:50:03 2006.
Charge = 1 Multiplicity = 1 h o 1 r1 h 2 r1 1 a1 h 2 r2 1 a1 3 a1 Variables: r1 0.73 a1 109.5 Constants: Undefined symbol, bond length, card 4.
1
Charge = 1 Multiplicity = 1 h o 1 r1 h 2 r1 1 a1 h 2 r1 1 a2 3 a1 Variables: r1 0.73 a1 109.5 Constants: Undefined symbol, angle alpha, card 4.
4. Charge and Multiplicity 以H2O计算为例:
02
(Enter /usr/local/g03/l301.exe) Standard basis: 6-31G(d) (6D, 7F) The combination of multiplicity 2 and impossible. 11 The combination of multiplicity 1 and impossible 9 electrons is
Item Value Threshold Converged? Maximum Force 0.009703 0.000450 NO RMS Force 0.004881 0.000300 NO Maximum Displacement 0.027361 0.001800 NO RMS Displacement 0.015278 0.001200 NO Predicted change in Energy=-4.116945D-05 Optimization stopped. -- Number of steps exceeded, NStep= 5 -- Flag reset to prevent archiving. ---------------------------! Non-Optimized Parameters ! ! (Angstroms and Degrees) ! ------------------------------------------! Name Value Derivative information (Atomic Units) -----------------------------------------------------------------------! r1 0.9874 -DE/DX = 0.0097 ! ! a1 112.2178 -DE/DX = -0.0003 ! ! a2 112.2178 -DE/DX = -0.0003 !
GAUSSIAN程序主要作业类型
1.单点能量计算 #p b3lyp/6-31G* scfcon=7
Water energy 01 O H 1 0.956 H 1 0.956 2 104.5
计算力
#p b3lyp/6-31G* scfcon=7 force Water energy 01 O H 1 r1 H 1 r2 2 a1 R1=0.96 R2=0.97 A1=104.5
10 electrons is
5. Z-Leabharlann atrix出错Charge = 1 Multiplicity = 1 h o 1 r1 h 2 r1 2 a1 h 2 r1 1 a1 Variables: r1 0.73 a1 109.5
3
a1
1
Error on Z-matrix card number 3 multiple references to a center on the same card. Z-matrix conversion failed in ZToCFu.
1
Charge = 1 Multiplicity = 1 h o 1 r1 h 2 r1 1 a1 h 2 r1 1 a2 3 a1 Variables: r1 0.73 a1 109.5 Constants: Undefined symbol, angle alpha, card 4.
1
6. SCF convergence failure
3.没有标题
-----------------------0 1 h o 1 r1 h 2 r1 1 a1 -----------------------Symbolic Z-matrix: Charge and multiplicity card seems defective: Charge is bogus. WANTED AN INTEGER AS INPUT. FOUND A STRING AS INPUT. r1=0.73
过渡态优化
%chk=ts.chk #p b3lyp/6-31g** opt=(z-matrix,ts,nrscale, noeigentest) iop(1/8=6) Ts1 01 C N 1 r1 H 1 r2 2 a1 R1=1.1711 R2=1.7150 3 A1=72.0 3
振动分析
%chk=ts.chk #p b3lyp/6-31g** freq=noraman geom=check guess=read Ts1 01
GAUSSIAN 主要出错信息
1. %处出错
%men=100mw Error parsing percent card: QPERR --- A SYNTAX ERROR WAS DETECTED IN THE INPUT LINE. %men=100mw
'
Last state="" TCursr= 163 LCursr= 1 Error termination via Lnk1e in /usr/local/g03/l1.exe at Tue Mar 28 08:55:42 2006.
Cycle 10 Pass 1 IDiag 1: E= -75.6613385832410 Delta-E= -0.137324037511 Rises=F Damp=F DIIS: error= 1.48D-01 at cycle 8 NSaved= 8. NSaved= 8 IEnMin= 8 EnMin= -75.6613385832410 IErMin= 3 ErrMin= 1.10D-01 ErrMax= 1.48D-01 EMaxC= 1.00D-01 BMatC= 3.58D-01 BMatP= 1.81D-01 IDIUse=2 WtCom= 0.00D+00 WtEn= 1.00D+00 Coeff-En: 0.000D+00 0.000D+00 0.000D+00 0.000D+00 0.000D+00 0.000D+00 Coeff-En: 0.451D+00 0.549D+00 Coeff: 0.000D+00 0.000D+00 0.000D+00 0.000D+00 0.000D+00 0.000D+00 Coeff: 0.451D+00 0.549D+00 Gap= 0.028 Goal= None Shift= 0.000 RMSDP=2.20D-02 MaxDP=1.32D-01 DE=-1.37D-01 OVMax= 3.03D-01 >>>>>>>>>> Convergence criterion not met. SCF Done: E(RB+HF-LYP) = -75.6613385832 A.U. after 11 cycles Convg = 0.2197D-01 -V/T = 1.9879
2. Route 卡出错
#p b3lyp/6-31G* opt=(ts,noeigentest,nrsscale,z-mitrix) -----------------------------------------------------QPERR --- A SYNTAX ERROR WAS DETECTED IN THE INPUT LINE. OPT=(TS,NOEIGENTEST,NRSSCALE,Z-MITRIX) ' Last state="OPT2" TCursr=35601 LCursr= 36 Error termination via Lnk1e in /usr/local/g03/l1.exe at Tue Mar 28 08:57:23 2006.