高斯应用指南
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1.2 关于 Gaussian 03 的介绍
是 Gaussian 系列电子结构程序的最新版本。它在化学、化工、生物化学、物理化学等 化学相关领域方面的功能都进行了增强。 1.研究大分子的反应和光谱 Gaussian 03 对 ONIOM 做了重大修改，能够处理更大的分子（例如，酶），可以研究有机体 系的反应机制，表面和表面反应的团簇模型，有机物光化学过程，有机和有机金属化合物的 取代影响和反应，以及均相催化作用等。 ONIOM 的其它新功能还有：定制分子力学力场；高效的 ONIOM 频率计算；ONIOM 对电、 磁性质的计算。 2.通过自旋-自旋耦合常数确定构像 当没有 X-射线结构可以利用时，研究新化合物的构像是相当困难的。NMR 光谱的磁屏蔽数 据提供了分子中各原子之间的连接信息。自旋-自旋耦合常数可用来帮助识别分子的特定构 像，因为它们依赖于分子结构的扭转角。 除了以前版本提供的 NMR 屏蔽和化学位移以外，Gaussian 03 还能预测自旋-自旋耦合常数。 通过对不同构像计算这些常数，并对预测的和观测的光谱做比较，可以识别观测到的特定构 像。另外，归属观测的峰值到特定的原子也比较容易。 3.研究周期性体系 Gaussian 03 扩展了化学体系的研究范围，它可以用周期性边界条件的方法(PBC)模拟周期性 体系，例如聚合物和晶体。PBC 技术把体系作为重复的单元进行模拟，以确定化合物的结 构和整体性质。例如，Gaussian 03 可以预测聚合物的平衡结构和过渡结构。通过计算异构 能量，反应能量等，它还可以研究聚合物的反应，包括分解，降解，燃烧等。Gaussian 03 还可以模拟化合物的能带隙。 PBC 的其它功能还有：(1) 二维 PBC 方法可以模拟表面化学，例如在表面和晶体上的反应。 用同样的基组，Hartree-Fock 或 DFT 理论方法还可以用表面模型或团簇模型研究相同的问 题。Gaussian 03 使得对研究的问题可以选择合适的近似方法，而不是使问题满足于模块的
第一章 功能和计算原理介绍
1：Gaussian 功能介绍
Leabharlann Baidu
1.1 Gaussian 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。
高斯功能： 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 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。
高斯应用指南
目
录
第一章 功能和计算原理介绍……………………………………………………2 1 Gaussian 功能介绍…………………………………………………………2 1.1 Gaussian 是一个功能强大的量子化学综合软件包……………………3 1.2 关于 Gaussian 03 的介绍………………………………………………3 2：计算原理…………………………………………………………………6 2.1 概述……………………………………………………………………6 2.2 分子力学方法…………………………………………………………6
第四章：优化计算………………………………………………………………54 1.优化目的 …………………………………………………………………55
1.1 对分子性质的研究是从优化而不是单点能计算开始的……………55 1.2 高斯中所用到的一些术语的介绍……………………………………55
1.2.1 势能面……………………………………………………………55 1.2.2 确定最小值 ………………………………………………………55 1.2.3 收敛标准 …………………………………………………………56 2 高斯中自带的练习…………………………………………………………58 第五章 频率计算 ………………………………………………………………60 1.频率计算 ……………………………………………………………………60 1.1 目的 ……………………………………………………………………61 1.2 输入格式和结果解释 …………………………………………………61 1.2.1 输入格式 ……………………………………………………………61 1.2.2 输出的解释 ………………………………………………………61 2.高斯中自带的练习 …………………………………………………………64 第六章：单点能计算 ……………………………………………………………64 1 简要介绍 ……………………………………………………………………64 2. 能量计算的格式和输出解释 ……………………………………………65 2.1 能量计算的格式 ………………………………………………………65 2.2 输出说明 ………………………………………………………………66 3.高斯中自带的练习 …………………………………………………………67 第七章 基组 ……………………………………………………………………69 1．基组介绍 …………………………………………………………………69 2．高斯自带练习 ……………………………………………………………71 第八章 选择合适的理论模型 …………………………………………………72 1 简要介绍 …………………………………………………………………72 2．高斯自带的练习 …………………………………………………………73 第九章 高精度能量模型 ………………………………………………………76 1 高精度能量模型简介………………………………………………………76 2. 高斯自带的练习 …………………………………………………………83 第十章 研究化学反应和反应性 ………………………………………………84 1 目的 ………………………………………………………………………84 2 请参照练习了解输入格式和输出解释. …………………………………84 3 常用的研究方法的介绍和高斯自带的练习 ……………………………84 第十一章 激发态计算 …………………………………………………………93 1 目的…………………………………………………………………………93 2 高斯自带的练习 …………………………………………………………94 第十二章 溶液中的计算 ………………………………………………………100 1 目的 ………………………………………………………………………100 2 高斯自带的练习和理论模型介绍 ………………………………………100
2.3 电子结构理论…………………………………………………………7
第二章 安装和对软硬件的要求 …………………………………………………7 1．软硬件要求………………………………………………………………7 1.1 硬件环境………………………………………………………………7 1.2 操作系统………………………………………………………………8 2．安装………………………………………………………………………8 2.1 硬盘分区方案…………………………………………………………8 2.2 安装软件………………………………………………………………8 2.3 Gaussian的补钉和升级………………………………………………9 2.4 定制软件运行时占用内存和硬盘的最大空间………………………9 2.5 工作环境初始化设置…………………………………………………10
Gaussian 03 新增加了以下内容： 新的量子化学方法 (1) ONIOM 模块做了增强 对 ONIOM(MO:MM)计算支持电子嵌入，可以在 QM 区域的计算中考虑 MM 区域的电特性。 通过算法的改善，ONIOM(MO:MM)对大分子（如蛋白质）的优化更快，结果更可靠。 ONIOM(MO:MM)能够计算解析频率，ONIOM(MO:MO)的频率计算更快。 提供对一般分子力场(MM)的支持，包括读入和修改参数。包含了独立的 MM 优化程序。 支持任何 ONIOM 模拟的外部程序。 (2) 修改和增强了溶剂模块 改善和增强了连续介质模型(PCM)： 默认是 IEFPCM 模型，解析频率计算可以用于 SCRF 方法。此外改善了空穴生成技术。 模拟溶液中的很多特性。 可以对 Klamt 的 COSMO-RS 程序产生输入，通过统计力学方法，用于计算溶解能，配分系 数，蒸汽压，以及其它整体性质。 (3) 周期性边界条件(PBC) 增加了 PBC 模块，用于研究周期体系，例如聚合物，表面，和晶体。PBC 模块可以对一维、 二维或三维重复性分子或波函求解具有边界条件的 Schrodinger 方程。周期体系可以用 HF 和 DFT 研究能量和梯度； (4) 分子动力学方法 动力学计算可以定性地了解反应机制和定量地了解反应产物分布。计算包含两个主要近似： Born-Oppenheimer 分子动力学(BOMD), 对势能曲面的局域二次近似计算经典轨迹。计算用 Hessian 算法预测和校正走步，较以前的计算在步长上能够改善 10 倍以上。还可以使用解析 二级导数，BOMD 能够用于所有具有解析梯度的理论方法。 提供原子中心密度矩阵传播(ADMP)分子动力学方法，用于 Hartree-Fock 和 DFT。吸取了 Car 和 Parrinello 的经验，ADMP 传递电子自由度，而不是求解每个核结构的 SCF 方程。与 Car-Parrinello 不同之处在于，ADMP 传递密度矩阵而不是 MO。如果使用了原子中心基组， 执行效率会更高。这一方法解决了 Car-Parrinello 存在的一些限制，例如，不再需要用 D 代 替 H 以获得能量守恒，纯 DFT 和混合 DFT 均可使用。ADMP 也可以在溶剂存在的情况下 执行，ADMP 可以用于 ONIOM(MO:MM)计算。
第三章 高斯输入文件的创建和程序运行………………………………………11 1．创建输入文件的目的……………………………………………………11 2．常用的创建高斯输入文件的方法………………………………………11 2.1 利用晶体文件产生输入文件…………………………………………11 2.2 利用 Gview，Chem3D（包括 Chemdraw）和 Hperchem 绘图软件 产生输入文件 ………………………………………………………12 2.2.1 用 HyperChem 构建输入文件 …………………………………12 2.2 .2Chem3D（包括 Chemdraw）使用简介………………………14 2.2.3 GVIEW 使用简介…………………………………………………30 3．构建分子中的注意事项…………………………………………………45 4．怎样构建 Z－坐标………………………………………………………45 5．关于输出的解释…………………………………………………………48
能力极限。(2) 三维 PBC：预测晶体以及其它三维周期体系的结构和整体性质。 4.预测光谱 Gaussian 03 可以计算各种光谱和光谱特性。包括：IR 和 Raman；预共振 Raman；紫外-可见； NMR；振动圆形二色性(VCD)；电子圆形二色性(ECD)；旋光色散(ORD)；谐性振-转耦合； 非谐性振动及振-转耦合；g 张量以及其它的超精细光谱张量。 5.模拟在反应和分子特性中溶剂的影响 在气相和在溶液之间，分子特性和化学反应经常变化很大。例如，低位构像在气相和在（不 同溶剂的）溶液中，具有完全不同的能量，构像的平衡结构也不同，化学反应具有不同的路 径。Gaussian 03 提供极化连续介质模型(PCM)，用于模拟溶液体系。这个方法把溶剂描述为 极化的连续介质，并把溶质放入溶剂间的空穴中。 Gaussian 03 的 PCM 功能包含了许多重大的改进，扩展了研究问题的范围：可以计算溶剂中 的激发能，以及激发态的有关特性；NMR 以及其它的磁性能；用能量的解析二级导数计算 振动频率，IR 和 Raman 光谱，以及其它特性；极化率和超极划率；执行性能上的改善。 G03W 的界面和 G98W 相比，没有什么变化，G98W 的用户不需要重新熟悉界面。
是 Gaussian 系列电子结构程序的最新版本。它在化学、化工、生物化学、物理化学等 化学相关领域方面的功能都进行了增强。 1.研究大分子的反应和光谱 Gaussian 03 对 ONIOM 做了重大修改，能够处理更大的分子（例如，酶），可以研究有机体 系的反应机制，表面和表面反应的团簇模型，有机物光化学过程，有机和有机金属化合物的 取代影响和反应，以及均相催化作用等。 ONIOM 的其它新功能还有：定制分子力学力场；高效的 ONIOM 频率计算；ONIOM 对电、 磁性质的计算。 2.通过自旋-自旋耦合常数确定构像 当没有 X-射线结构可以利用时，研究新化合物的构像是相当困难的。NMR 光谱的磁屏蔽数 据提供了分子中各原子之间的连接信息。自旋-自旋耦合常数可用来帮助识别分子的特定构 像，因为它们依赖于分子结构的扭转角。 除了以前版本提供的 NMR 屏蔽和化学位移以外，Gaussian 03 还能预测自旋-自旋耦合常数。 通过对不同构像计算这些常数，并对预测的和观测的光谱做比较，可以识别观测到的特定构 像。另外，归属观测的峰值到特定的原子也比较容易。 3.研究周期性体系 Gaussian 03 扩展了化学体系的研究范围，它可以用周期性边界条件的方法(PBC)模拟周期性 体系，例如聚合物和晶体。PBC 技术把体系作为重复的单元进行模拟，以确定化合物的结 构和整体性质。例如，Gaussian 03 可以预测聚合物的平衡结构和过渡结构。通过计算异构 能量，反应能量等，它还可以研究聚合物的反应，包括分解，降解，燃烧等。Gaussian 03 还可以模拟化合物的能带隙。 PBC 的其它功能还有：(1) 二维 PBC 方法可以模拟表面化学，例如在表面和晶体上的反应。 用同样的基组，Hartree-Fock 或 DFT 理论方法还可以用表面模型或团簇模型研究相同的问 题。Gaussian 03 使得对研究的问题可以选择合适的近似方法，而不是使问题满足于模块的
第一章 功能和计算原理介绍
1：Gaussian 功能介绍
Leabharlann Baidu
1.1 Gaussian 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。
高斯功能： 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 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。
高斯应用指南
目
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第一章 功能和计算原理介绍……………………………………………………2 1 Gaussian 功能介绍…………………………………………………………2 1.1 Gaussian 是一个功能强大的量子化学综合软件包……………………3 1.2 关于 Gaussian 03 的介绍………………………………………………3 2：计算原理…………………………………………………………………6 2.1 概述……………………………………………………………………6 2.2 分子力学方法…………………………………………………………6
第四章：优化计算………………………………………………………………54 1.优化目的 …………………………………………………………………55
1.1 对分子性质的研究是从优化而不是单点能计算开始的……………55 1.2 高斯中所用到的一些术语的介绍……………………………………55
1.2.1 势能面……………………………………………………………55 1.2.2 确定最小值 ………………………………………………………55 1.2.3 收敛标准 …………………………………………………………56 2 高斯中自带的练习…………………………………………………………58 第五章 频率计算 ………………………………………………………………60 1.频率计算 ……………………………………………………………………60 1.1 目的 ……………………………………………………………………61 1.2 输入格式和结果解释 …………………………………………………61 1.2.1 输入格式 ……………………………………………………………61 1.2.2 输出的解释 ………………………………………………………61 2.高斯中自带的练习 …………………………………………………………64 第六章：单点能计算 ……………………………………………………………64 1 简要介绍 ……………………………………………………………………64 2. 能量计算的格式和输出解释 ……………………………………………65 2.1 能量计算的格式 ………………………………………………………65 2.2 输出说明 ………………………………………………………………66 3.高斯中自带的练习 …………………………………………………………67 第七章 基组 ……………………………………………………………………69 1．基组介绍 …………………………………………………………………69 2．高斯自带练习 ……………………………………………………………71 第八章 选择合适的理论模型 …………………………………………………72 1 简要介绍 …………………………………………………………………72 2．高斯自带的练习 …………………………………………………………73 第九章 高精度能量模型 ………………………………………………………76 1 高精度能量模型简介………………………………………………………76 2. 高斯自带的练习 …………………………………………………………83 第十章 研究化学反应和反应性 ………………………………………………84 1 目的 ………………………………………………………………………84 2 请参照练习了解输入格式和输出解释. …………………………………84 3 常用的研究方法的介绍和高斯自带的练习 ……………………………84 第十一章 激发态计算 …………………………………………………………93 1 目的…………………………………………………………………………93 2 高斯自带的练习 …………………………………………………………94 第十二章 溶液中的计算 ………………………………………………………100 1 目的 ………………………………………………………………………100 2 高斯自带的练习和理论模型介绍 ………………………………………100
2.3 电子结构理论…………………………………………………………7
第二章 安装和对软硬件的要求 …………………………………………………7 1．软硬件要求………………………………………………………………7 1.1 硬件环境………………………………………………………………7 1.2 操作系统………………………………………………………………8 2．安装………………………………………………………………………8 2.1 硬盘分区方案…………………………………………………………8 2.2 安装软件………………………………………………………………8 2.3 Gaussian的补钉和升级………………………………………………9 2.4 定制软件运行时占用内存和硬盘的最大空间………………………9 2.5 工作环境初始化设置…………………………………………………10
Gaussian 03 新增加了以下内容： 新的量子化学方法 (1) ONIOM 模块做了增强 对 ONIOM(MO:MM)计算支持电子嵌入，可以在 QM 区域的计算中考虑 MM 区域的电特性。 通过算法的改善，ONIOM(MO:MM)对大分子（如蛋白质）的优化更快，结果更可靠。 ONIOM(MO:MM)能够计算解析频率，ONIOM(MO:MO)的频率计算更快。 提供对一般分子力场(MM)的支持，包括读入和修改参数。包含了独立的 MM 优化程序。 支持任何 ONIOM 模拟的外部程序。 (2) 修改和增强了溶剂模块 改善和增强了连续介质模型(PCM)： 默认是 IEFPCM 模型，解析频率计算可以用于 SCRF 方法。此外改善了空穴生成技术。 模拟溶液中的很多特性。 可以对 Klamt 的 COSMO-RS 程序产生输入，通过统计力学方法，用于计算溶解能，配分系 数，蒸汽压，以及其它整体性质。 (3) 周期性边界条件(PBC) 增加了 PBC 模块，用于研究周期体系，例如聚合物，表面，和晶体。PBC 模块可以对一维、 二维或三维重复性分子或波函求解具有边界条件的 Schrodinger 方程。周期体系可以用 HF 和 DFT 研究能量和梯度； (4) 分子动力学方法 动力学计算可以定性地了解反应机制和定量地了解反应产物分布。计算包含两个主要近似： Born-Oppenheimer 分子动力学(BOMD), 对势能曲面的局域二次近似计算经典轨迹。计算用 Hessian 算法预测和校正走步，较以前的计算在步长上能够改善 10 倍以上。还可以使用解析 二级导数，BOMD 能够用于所有具有解析梯度的理论方法。 提供原子中心密度矩阵传播(ADMP)分子动力学方法，用于 Hartree-Fock 和 DFT。吸取了 Car 和 Parrinello 的经验，ADMP 传递电子自由度，而不是求解每个核结构的 SCF 方程。与 Car-Parrinello 不同之处在于，ADMP 传递密度矩阵而不是 MO。如果使用了原子中心基组， 执行效率会更高。这一方法解决了 Car-Parrinello 存在的一些限制，例如，不再需要用 D 代 替 H 以获得能量守恒，纯 DFT 和混合 DFT 均可使用。ADMP 也可以在溶剂存在的情况下 执行，ADMP 可以用于 ONIOM(MO:MM)计算。
第三章 高斯输入文件的创建和程序运行………………………………………11 1．创建输入文件的目的……………………………………………………11 2．常用的创建高斯输入文件的方法………………………………………11 2.1 利用晶体文件产生输入文件…………………………………………11 2.2 利用 Gview，Chem3D（包括 Chemdraw）和 Hperchem 绘图软件 产生输入文件 ………………………………………………………12 2.2.1 用 HyperChem 构建输入文件 …………………………………12 2.2 .2Chem3D（包括 Chemdraw）使用简介………………………14 2.2.3 GVIEW 使用简介…………………………………………………30 3．构建分子中的注意事项…………………………………………………45 4．怎样构建 Z－坐标………………………………………………………45 5．关于输出的解释…………………………………………………………48
能力极限。(2) 三维 PBC：预测晶体以及其它三维周期体系的结构和整体性质。 4.预测光谱 Gaussian 03 可以计算各种光谱和光谱特性。包括：IR 和 Raman；预共振 Raman；紫外-可见； NMR；振动圆形二色性(VCD)；电子圆形二色性(ECD)；旋光色散(ORD)；谐性振-转耦合； 非谐性振动及振-转耦合；g 张量以及其它的超精细光谱张量。 5.模拟在反应和分子特性中溶剂的影响 在气相和在溶液之间，分子特性和化学反应经常变化很大。例如，低位构像在气相和在（不 同溶剂的）溶液中，具有完全不同的能量，构像的平衡结构也不同，化学反应具有不同的路 径。Gaussian 03 提供极化连续介质模型(PCM)，用于模拟溶液体系。这个方法把溶剂描述为 极化的连续介质，并把溶质放入溶剂间的空穴中。 Gaussian 03 的 PCM 功能包含了许多重大的改进，扩展了研究问题的范围：可以计算溶剂中 的激发能，以及激发态的有关特性；NMR 以及其它的磁性能；用能量的解析二级导数计算 振动频率，IR 和 Raman 光谱，以及其它特性；极化率和超极划率；执行性能上的改善。 G03W 的界面和 G98W 相比，没有什么变化，G98W 的用户不需要重新熟悉界面。