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有关gauss的用法及相关程序说明
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该资料主要用于gauss软件学习,帮助大家熟练运用,关于更多资料,以后会陆续上传。
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Gaussian 98 for Windows
使用入门
(待补充修改的初稿,供 2001 秋季学期教学试用)
目 录
一、Gaussian 98 的计算功能 ·············································································
1
1.1 基本功能···················································································································
1
1.2 在 G94 基础上增加的新方法与功能··········································································
2
二、G98W 对硬件和操作系统的要求··································································
3
2.1 硬件环境···················································································································
3
2.2 操作系统···················································································································
3
三、G98W 的安装和软件的补钉、升级 ······························································
3
3.1 硬盘分区方案············································································································
3
3.2 安装软件···················································································································
3
3.3 G98W 的补钉和升级·······························································································
4
四、G98W 基本操作···························································································
4
4.1 定制软件运行时占用内存和硬盘的最大空间·····························································
4
4.2 启动程序···················································································································
5
4.3 工作环境初始化设置·································································································
6
4.4 准备计算作业的输入文件··························································································
8
4.4.1 使用 ASCII 文本编辑器··································································································· 8
4.4.2 在“作业编辑对话框”内进行在线编辑 ········································································ 9
4.5 运行作业···················································································································
10
4.6 用默认的外部浏览器显示分子的 3D 图形 ·································································
11
4.7 用外部文本编辑器打开输出文件阅读、分析和编辑计算结果····································
12
五、运用 G98W 的一些基本技巧········································································
15
5.1 必需的相关知识 ·········································································································
15
5.1.1 使用分子内坐标 ··············································································································· 15
5.1.2 Utilities 下拉菜单提供的多种功能 ·················································································· 17
5.1.3 熟练掌握与 G98W 配合使用的辅助软件········································································ 17
5.2 利用辅助软件构建分子和创建输入文件 ····································································
18
5.2.1 辅助软件与 Utilities→NewMat 的配合运用 ··································································· 18
5.2.2 用 Chem3D 5.0 pro 直接创建 G98W 输入文件······························································· 24
5.2.3 在构建复杂的大分子时 ChemDraw 与 Chem3D 的联用 ················································ 31
5.3 在运行作业时直接从现有检查点文件中读入 Z-矩阵 ·················································
42
5.4 应用 Utilities 下拉菜单的其它功能 ············································································
44
5.3.1 将 IR 光谱计算结果传递到 HyperChem 进行简振模式分析·········································· 44
(未完、待续)
附录:G98W 提供的主要计算功能一览 ······························································
48
• 1 •
Gaussian 98 for Windows 使用入门
Gaussian 98(以下简称 G98)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。在执行分
子计算作业时,这些不同版本所使用的输入文件的核心部分的格式,包括作业控制所用的关键词、
可选项代号都是一样的。其差别仅仅是输入文件 Link0 部位中执行作业初始化的控制语句因计算机
型号而异。因此,只要在一种型号的计算机上较熟练地掌握了该软件包的使用,改用其他计算机或
操作系统上的软件版本是轻而易举的事。鉴于 PC 机硬件技术的飞速发展和操作相当不断改进,不
仅使多数量子化学计算工作可以方便地在个人计算机上进行,而且其计算速度和计算容量与工作站
的差距在不断缩小。Gaussian 98 for Windows(以下简称 G98W)与 G98 其它版本在同步升级,而
且它可方便地与 Windows 平台上的具分子构建和图像显示功能的 ChemOffice、HyperChem 等软件
结合使用,从而使得输入文件编辑和计算结果分析处理变得十分方便。目前,G98W 已成为世界上
被使用最广的量子化学程序版本。对于初涉计算量子化学领域的学生和研究工作者,从 G98W 起步
无疑是最佳的选择。
G98W 提供了印刷单行本的《用户手册》(Gaussian 98 User’s Reference)和内容几乎完全相同的
的“在线帮助”功能。许多初学者犯的是不愿意查阅《手册》或在线帮助信息,而是通过别人简单
指点后就急于进入研究课题所需的具体计算。以后每每遇到故障也是指赖于百问不厌。其结果往往
是欲速不达,事半功倍。G98 的计算功能太多,作业控制的关键词(Key Word)和选项(Option)
条目繁多。恐怕在世界上找不到任何一位专家,不需查阅手册就能对所有问题对答如流。如能熟练
使用“在线帮助”将会感到比请教别人或查阅手册要方便得多。这也是学会熟练使用 G98W 的先决
条件。本资料对入门者会有一定裨益,但绝对代替不了“在线帮助”。当你通过阅读本资料和相应
的练习对 G98 的使用有了一知半解之后,下一步就要靠你自己的努力和钻研。Nobody can help You!
一、Gaussian 98 的计算功能
1.1 基本功能
基本功能系指 G98 计算功能与其前一版本 G94 的相同部分。即:可执行各类不同精度和理论档
次的 MO 计算,包括 Hartree-Fock 水平从头算(HF)、Post-HF 从头算(各级 CI 和 MP)、MC-SCF
法、密度泛函理论(DFT),以及多种半经验量子化学方法,进行分子和化学反应性质的理论预测。
主要计算项目包括:
• 分子的能量与几何结构
• 化学反应过渡态的能量与几何结构
• 振动频率分析
• 红外与拉曼光谱
• 分子的热化学性质
• 键能与化学反应能
• 化学反应途径
• 分子轨道的能量与性质
• 原子电荷分布(电子布居分析)和自旋密度分布
• 2 •
• 分子的多极矩(永久偶极矩和四极至十六极矩)
• NMR 屏蔽常数、化学位移及分子的磁化率
• 振动园二色强度(Vibrational circular dichroism intensities)
• 电子亲和性与电离势
• 极化率与超极化率
• 静电势与电子密度分布
1.2 在 G94 基础上增加的新方法与功能
与 G94 相比,G98 版本在常用功能上的最大改进是在 DFT 计算上。虽然在 G94 中已正式引入
了 DFT,但其功能是不完善的,计算速度也较慢,故许多 DFT 用户不乐意使用。在 G98 版本中,
Gaussian 公司悄悄而又颇为圆满地解决了这些缺陷,且将迄 1996 年为止文献发表过的 6 种交换泛函、
7 种相关泛函以及 8 种交换-相关混合泛函均全部收入了程序的数据块,可方便调用。另外还引入
了文献在 1998 年新提出的 TD 法( time-dependent procedure),它可以在闭壳层基态分子的 SCF-MO
或 DFT 计算的基础上估算 3 个最低的单、叁重激发态的能量(但不能修正波函数,也不能优化激发
态的几何构型)。虽然精度有限,但在突破 DFT 法不能处理激发态的局限性上迈出了重要的一步。
根据 G98 用户手册的说明,新增的计算方法有:
• 振动园二色强度(Vibrational circular dichroism intensities)
• MP2 和 DFT 法计算拉曼强度
• Enhanced version of the Polarized Continuum (overlapping spheres) model (PCM) of Tomasi and
coworkers for SCRF solvent effects.
• 轨迹计算
• 反应途径优化
• Morokuma 及其合作者提出的 ONIOM 方案(即分层计算技术,即在大分子的过渡态和反
应途径计算中,根据不同部位的原子或基团在反应中的不同作用,将分子划分为 2 至 3 层。
每层可采用不同质量的基组,并可分别采用不同的理论模型,将从头算、DFT、半经验法甚
至分子力学法混合起来处理)。用这一方案甚至可以进行酶催化的反应途径计算。
• 计算低激发态能量的 TD 法,可用于 SCF-MO 或 DFT 计算
• 在半经验法增加了 ZINDO,可计算单、叁重激发态
• 用于过渡态确定和优化的 IRCMax 法
• 使用 AMBER, DREIDING 和 UFF 力场的分子力学法(MM)
• 在 DFT 法中新增加的泛函:
1) 交换泛函:Perdew-Wang 91,Barone 改进的 PW91 与 Gill 96
2) 相关泛函:Becke 96.
3) 交换-相关混合泛函:Becke 于 1996 提出的单参量混合泛函以及其后 Barone 和 Adamo
改进的几个变种
• MP2 水平的 NMR 计算.
• 在输入流中,几何优化关键词选项中 ModRedundant 的风格改变,允许 Geom=ModRedundant
• 几何优化中内坐标非常通用的选择
• 带有背景点电荷下的力、几何优化及频率计算
• 在计算含重元素化合物的赝势法(pseudopotential method),即原子实有效势(ECP)法中作
了如下重要改进:
• 3 •
1) 解析形式的 ECP 二阶微分
2) 基集中线性相关性的“透明”处理(Transparent handling)
3) 增添的新基集:Davidson 改进的 cc-pDVZ,Stuttgart/Dresden ECP,MIDI,Ahlrich 提出
的 3 种基集 SV、SVP 和 TZV。并扩充了 Stevens/Basch/Krauss ECP 赝势的原子适用范围
(可用于周期表绝大部分元素)
二、G98W 对硬件和操作系统的要求
2.1 硬件环境
Pentium II 以上微机。荐用 Pentium III/800、Pentium IV/1.4G 或更高档的计算机。为保证高的计
算速度和大分子计算的容量,对内存、硬盘的要求较高。专门用于量子化学计算研究工作的机器,
其基本配置应为:内存≥128M、G98 专用硬盘分区≥10G。可以保证较大的分子或使用高级大基组的
计算作业能正常进行。
因 PC 机一般都只配置 IDE 硬盘,I/O 速度较慢。当计算作业需频繁执行硬盘读写时,相当于快
马拉破车,CPU 芯片的效率不能正常发挥。为提高计算速度,在许多场合下加大内存容量比提高机
器的主频显得更为重要。有条件的话,最好将内存提高到 512M 甚至 2G。在这样的配置下,一般的
SCF-HF 和反应途径计算均可采用 In Core 模式运行。此时,全部的数据交换都将在内存中进行,不
必劳驾硬盘,计算效率可与最快的工作站媲美。
2.2 操作系统
操作系统应为 Wingdows 98、Wingdows Me、Wingdows 2000 或 Wingdows XP(G98W 虽然也可
在 Windows 95 上正常完成安装,但因后者的 32 位总线是模拟的,与 G98W 不完全匹配。运行作业
常会莫名其妙地出现死机)。
三、G98W 的安装和软件的补钉、升级
3.1 硬盘分区方案
最好不要将 G98W 安装在 C 盘(系统盘)而令它与作业的输入、输出文件子目录,以及
ChemOffice、HyperChem 等辅助软件共同占用一个专门的硬盘分区(虚拟驱动器)。这样当 C 盘因
中毒或其它意外原因必须重新格式化时,这些软件目录下积累的重要计算输入文件、检查点文件和
结果文件不致丢失。
G98W 并不是真正的图形界面软件。不同于 ChemOffice、HyperChem 等“真 Windows 应用软
件”,它在运行时不需要通过*.dll 文件与 Windows 系统进行动态连接,其初始化文件(G98w.ini)
亦不写入 Windows 系统内。只要 G98W 的安装位置不在系统盘。即使后者格式化并重装了 Windows
系统,G98W 在新的平台上可照样正常运行而不必重装。
3.2 安装软件
安装手续比较简单:将安装光盘插入光驱,启动安装程序 Setup.exe,按照屏幕提示输入软件的
“Serial Number”并设定程序根目录的路径,按“确定”键即可自动完成安装。
V5.4 版本 G98W 安装后在 G98 根目录下包含 99 个程序文件和 5 个子目录。如图 3-1 所示:
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