日语摘抄:GaussView 和 Gaussian 的基本用法

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本文来自阿部穣里老师在东京都立大学担任助教(现在在广岛大学)时的教学主页:量子化学演習 2020オンライン

Gaussianを使って構造最適化計算

  1. 分子を作成した青い画面上で右クリック→Calculate メニュー→Gaussian Calculation Setup…を選択。

  1. すると下図のようなウィンドウが現れる。Job Type タブでは Opt+Freq を選択。(Optimization とは「最適化」という意味)

  1. 実験テキストに応じて、Method タブ内(計算方法・基底関数)を変更する。Keywords を確認し、Submit...ボタンを押す。

  1. すると、下のようなウィンドウが表示される。「計算を行う前に、Gaussian 入力ファイルを保存しなければ いけません。いま、入力ファイルを保存しますか?」と聞かれているので、Save(保存)ボタンを押す。

  1. すると、Gaussian 入力ファイルのファイル名を入力するよう要請される。ここでは HF/6-31G で水分子を計算するので、「h2o_hf_6-31g」というファイル名にしよう。なお、拡張子は「.gjf」とする。

※ファイル名には、全角・/・スペースなどは使用しないことファイル名を入力したら、Save ボタンを押す。

  1. すると、下のようなウィンドウが表示される。YESを選択する。

自動的にGaussianが立ち上がり、水分子の計算がスタートする。

  1. 計算が終了すると、下のようなウィンドウが表示される。「はい」を選択する。

  1. 「入力ファイル h2o_hf_6-31g.gjf に対する Gaussian の計算は終了しました。以下の、計算結果に関するファイルを開くことができます。」と表示されるので、.log のファイルを選択し、Open ボタンを押す。

※違う方法でのファイルの開き方

File から Open…を選択する。ファイルを保存した場所を開き、ファイルの種類を Gaussian Output Files にする。ここでは、入力ファイルが「h2o_hf_6-31g.gjf」だったので、「H2O_HF_6-31G.LOG」を選択する。

すると、「最適化された」水分子のウィンドウが現れる。

※Read Intermediate Geometries にチェックを入れると、点線○の箇所が表示される。

1 番目の構造は初期構造で、最後の番号(この場合 8 番目)の構造が最適化後の構造となる。


ノルボルネンの Diels-Alder 反応における遷移状態を求める計算

(翻译:通过计算找到降冰片烯在Diels-Alder反应中的过渡态)

遷移状態(TS)は反応系と生成系の反応経路中にある最もエネルギーの高い状態である。反応系と遷移状態のエネルギー差は活性化エネルギーとなり、反応速度を決定するのに重要である。遷移状態は反応座標系においてエネルギーが極大点になることから、振動解析を行うと一つだけ虚の振動モード(Gaussian では負の振動数)を持つ。したがって、遷移状態かどうか確認するために、振動解析 (freq)も併せて行う。

TS 構造を求めるための事前の計算

今回取り扱う Diels-Alder 反応の TS 構造においては、新たに生じる C-C 結合長が約 2.1Åになることを利用して、TS 状態に近い安定構造を事前に求める。このとき、新たに生じる C-C 結合の長さを 2.1Åに固定したまま、構造最適化を行う。(opt=modredundant)以下にその概要をまとめる。

まず生成物(今回は exo 体を例にする)の opt 構造をコピーし、あらかじめ立ち上げてある新たな青い画面をクリックして構造をペーストしておく(上左図)。上の左図で示してある 4 つの炭素の縦の結合を 2 本、結合を変化させるボタンで None を選んで切っておく。(上右図)

再度1つの CC 結合を選び、 Atom1,Atom2 とも Translate group になっていることを確認して、結合長を 2.1Åに変化させて OK を押す。

ToolsからRedundant Coordinates…を選び、Statusの下のAddをクリックする。

下のタブからBondを選び、2つの原子を分子中でクリックすると、構造を固定したい結合長が選択できる。さらにFreeze Coordinateを選ぶ。再度Addを押し、2本目の方の炭素-炭素結合を指定することで、2つの結合長を凍結した構造最適化が可能となる。OKを押す。

計算詳細設定は下図の通り。結合長を固定した構造最適化を行う。今回は低いレベルの計算方法(hf/3-21g)でよい。

Retainを押して名前を付けてSaveし、Linuxで計算を流す。

実際の TS 構造の計算

上記1の計算で得られた分子の構造を初期構造に用いて、今度は TS の計算を行う。

TS 計算の設定は以下の通り。Job Type で Opt+Freq を選び、下線の個所に注意して指定すること。Method タブでは基底関数や方法を正しく選択すること。Additional keywords に opt=noeig を追加すること。

得られた計算結果に関しては、構造最適化がうまくいったかYESが4つあるか確認し、負の振動数が一つあるかどうかも確認すること。

GaussViewでlogファイルを開き、ResultsのVibrations…で負の振動数のモードに対応する分子の動きを確認せよ。この動きが反応の方向に対応しているか確認する。

反応座標 IRC 計算

上記 2 の計算で得られた分子の TS 構造をもとに、IRC(Intrinsic Reaction Coordinate)計算を行い、反応物と生成物がきちんと繋がっているかを確認する。Job Type を以下のように変更することで計算可能である。 Link0 を適宜変更し、Chemで流す。結果の見方は動画を参考にすること。

【为了避免上面这个链接的大学没了,我会备份一份到yandex盘上面。】
备份地址:https://disk.yandex.com/d/locju4Q3clPaow

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