苯胺分子的密度泛函理论计算VIP免费

苯胺分子的密度泛函理论计算一、实验目的1．熟悉使用ChemOffice化学工具软件包、Gaussian计算软件以及EditPlus编辑软件。2．掌握量子化学中密度泛函理论优化分子构型、计算红外光谱的方法。二、实验原理密度泛函理论通过引入交换能及相关能泛函，较好地处理了分子体系中电子间的交换能及相关能，因而能获得比较好的计算结果。在分子轨道计算法中，分子轨道(MO)表示为原子轨道(AO)基函数的线性组合(LCAO-MO)，称原子轨道(AO)基函数的集合为基组，常用基组有STO-3G、3-21G、6-31G、6-31G*和6-311++G**等，这些基组按上述次序依次增大。通常大基组给出相对较好的计算结果，但需要相对较高的计算成本。实际工作中可根据计算对象的大小、计算机硬件配置及计算研究目标来合理选取基组。Gaussian软件利用分子总能量对坐标的一阶导数获得分子势能面上的极低点（Stationarypoint），极低点对应的分子构型称为平衡几何构型，也称优化构型。Gaussian软件可以完成基态、中间体、过渡态及激发态等的构型优化，通过关键词“Fopt”（或Opt）来实现。Gaussian软件利用分子能量对坐标的二阶导数计算分子的振动频率，通过关键词“Freq”来实现。可以完成基态、中间体、过渡态以及激发态的振动光谱计算。除了可以计算振动频率及其强度外，可同时给出振动零点能、焓、Gibbs自由能和熵等热力学参量。频率的计算是以优化构型为前提的，只有对势能面上的稳定点（Stationarypoint）作频率计算才有意义。势能面上的稳定点（优化构型）是利用分子能量对坐标的一阶导数获得的，它可能是基态分子的优化构型，也可能是过渡态的优化结构。频率计算结果有助于确证势能面上的稳定点的类型。基态分子不能有虚频，过渡态则有且仅有一个虚频。三、实验所需软件与仪器1．软件Gaussian计算软件、ChemOffice化学工具软件包和EditPlus编辑软件。2．仪器微机（普通配置）一台。四、实验步骤1．构建分子的初始构型利用ChemOffice和GaussView等软件均可构建分子的初始构型。打开ChemOffice软件包中的ChemDraw，在“View”菜单下，点击“Showmaintools”，利用左侧显示的绘制分子结构的工具，绘制苯胺分子的初始结构，然后，将所得分子结构图拷贝到Chem3D软件中，并将分子的立体结构存入Benzaldehyde.gjc文件。利用Editplus软件打开Benzaldehyde.gjc文件，，其中的第一行数据为“01”，是指分子体系所带的电荷以及分子的多重度，对于稳定的基态分子，多重度为1；其它数据为分子中各原子的x、y和z方向的直角坐标数据。2．构型优化打开Gaussian软件，出现主程序窗口，点击左侧“File”菜单下的“New”，出现输入数据对话框，逐行输入，其中第一行“％section”可输入“％chk＝Aniline”，第二行“Routesection”可填“#B3LYP/3-21GFopt”，第三行可自行输入（没有格式要求），如“Aniline,Opt,B3LYP/3-21G”，第4行“Charge,Multiple”输入“01”，最下面框内输入分子的初始构型，可直接从*.gjc文件中（第2行至最后一行）拷贝粘贴输入，以空行结束，最后点击“Run”，以Aniline_Opt_3-21G.out存计算结果。计算过程中，主程序窗口不断显示计算进程，当“RunProgress”栏内显示“ProcessingComplete”时，计算已完成，此时在本窗口底部可以看到“NormalterminationofGaussian…”字段，完成计算后，关闭Gaussian软件窗口。在上面B3LYP/3-21G优化结果的基础上，再进行6-31G基组下的优化及频率计算。第一行“％section”同上，在第二行“Routesection”中填“#B3LYP/6-31GGeom=CheckpointFoptFreq”，第三行自行输入，第4行，“Charge,Multiple”依然输“01”，第5行可以不输。最后点击“Run”，以Aniline_Opt_Freq_6-31G.out文件保存计算结果。五、实验数据处理1.优化构型、电荷分布及分子能量用Editplus软件打开文件后缀名为*.out的文件，在“Search”菜单下点击“Find”，搜寻各文件中“Optimizationcompleted”字段。鉴于优化构型为分子势能面上的极低点，故可看到四项“ConvergenceCriteria”均达“yes”为构型优化收敛的判据(见下表)。利用鼠标向前翻页可以看到构型优化过程的自洽迭代细节。如：ItemValueThresholdConverged?Ma...