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1、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 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
2、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
3、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。所以首先要进行优化，才能进行其他类型的性质计算。C 计算由于分
4、子内原子间运动所引发的分子振动频率。频率是能量对原子坐标的二阶导。频率计算还可以确定其他与二阶导有关的性质。不是所有的化学计算方法都能计算频率。注意：在研究中比较不同计算水平上的结果是没有意义的。详细的关于理论知识的介绍请参考相关量子化学书；黑箱操作是完全可以的，但量子化学知识的欠缺将使我们只能做一些基本的运算，因为无论是软件自身还是对体系的有一定深度的说明都需要一定的理论底子。三、主要设备和程序Gaussian view；Gaussian 03W 软件包；PC一台，配置（Inter CoreTM i3 CPU M 330 2.13GHz 2.13GHz 硬盘320G 系统 Windows 7
5、 Ultimate Service Pack 1）四、具体操作实例 熟悉和认识了Gaussian的功能和操作，以构建三方双锥形配位化合物来实验。1、打开Gaussian View，在窗口中构建配位化合物，构建完毕后，用二面角工具和角度工具对其进行初步调整； 图1-配位化合物2、选择CalculateGaussian，在弹出的窗口选择Job Tybe为Opt+Freq，方法为Hartree-Fork，设定基为3-21G，Charge为-3，然后点submit保存并提交运算给Gaussian 03W；图2-参数选择图3-计算过程3、计算完毕后，按照提示关闭窗口并打开运算好的文件：lgb2.chk文
6、件和lgb2.log文件图4-能量计算4、打开文件，在lgb1.chk单击可查看键长和查看键角，在lgb2.log文件中得到光谱数据。单击可查看分子轨道。图5-键角测量图6-键长测量 5、选择不同的method，并对计算效率等参数进行相应比较。五、实验结果与分析1、键角和键长键类型原子序号优化后键长(单位52.92pm）优化前键长(单位52.92pm）Cd-Cl1-22.748002.40000Cd-Cl1-32.870842.40000Cd-Cl1-42.748002.40000Cd-Cl1-52.870842.40000Cd-Cl1-62.748002.40000 原子序号键角Cl2-Cd
7、1-Cl390Cl4-Cd1-Cl390Cl6-Cd1-Cl390Cl2-Cd1-Cl590Cl6-Cd1-Cl590Cl4-Cd1-Cl6120Cl2-Cd1-Cl6120Cl2-Cd1-Cl41202、频率分析打开lgb2.log文件，单击ResultsVibrations得到相关数据。图7-振动和频率单击star可以看振动情况，单击Spectrum得光谱。图8-光谱 图9-优化前能量图10-优化后能量图11-HOMO图12-LUMO图13 总体密度分布按照杂化轨道理论，是三方双锥形，采用dz2sp3杂化轨道。这与构建模型符合。从优化前后的能量显示，经优化，分子的能量略有降低，即构建的分子
8、的能量是较高一种状态。经过优化，Cd-Cl的键长增加了，这与分子的极性和振动有关。Cd（）是d10型金属离子，由于Cl-的变形性较大，形成配离子是，有较大程度的共价性，稳定性较强。从构型上来说是非极性的，但有振动光谱和电子光谱，这可以从光谱图可以看出来。六、结束语通过学习Gaussian并把Gaussian 用于操作，设计并分析配位化合物的构型和各种参数，更加深入地理解和巩固在结构化学所学的有关配位化合物的结构和性质，更好地掌握用gaussian解决问题的能力，为今后的学习打下良好的基础。 在Gaussian操作过程中，遇到了许多困难，通过与同学讨论，上网和到图书馆查找资料，逐一解决问题。它让我明白，只要我们肯努力，肯用心，一切问题都会迎刃而解。同时，此次实践让我明白了合作的重要性，通过合作，互相探讨问题，共同寻找解决方案，取长补短，共同进步。 另外，因自身能力有限，学习还不够深入，有些地方虽然懂得操作，但不知如何分析处理数据。不足或有错之处望老师指正。
