Note di laboratorio

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Note di laboratorio

Dalla teoria ai programmi di calcolo
A.A. 20072007-08
!
"
B. Civalleri – Chimica Computazionale – a.a. 2007-08
1
Programma del corso
Esercitazioni (32h – Aula informatica Lingotto)
Dalla teoria ai programmi di calcolo
Rapida presentazione dei principali programmi di calcolo molecolari
Preparazione dell’input e lettura dell’output (Gaussian03)
Esempi di calcolo su piccole molecole e addotti molecolari
Analisi delle principali informazioni di interesse chimico-fisico
Visualizzazione dei risultati mediante programmi di grafica
2
1
Contenuti
Rapida presentazione dei principali programmi
di calcolo molecolari
Descrizione input di Gaussian03
Lettura output di Gaussian03
Costruzione della matrice Z
3
Dalla teoria alla pratica
Nella pratica comune l’utente deve affrontare i seguenti
problemi:
• Decifrare il linguaggio della chimica computazionale
(acronimi, approssimazioni, assunzioni,…)
• Conoscere gli aspetti tecnici (software, input/output)
• Analisi e valutazione della qualità dei risultati
(…numeri…)
interpretazione
“I computer non risolvono i problemi, è la gente che lo fa.
I computer generano solo numeri”
I programmi di calcolo non possono essere usati a
scatola chiusa. La scelta del metodo è cruciale.
4
2
Programmi di calcolo molecolari
• Sviluppati a partire dagli anni ’60 (J.A. Pople)
• Attualmente sono diventati molto stabili, ben documentati
e di uso comune nei laboratori di ricerca
• Sia commerciali che accademici
Dalton
Gaussian
GAMESS
ADF
Turbomole
Spartan
Molpro
MOLCAS
Q-Chem
PQS
Jaguar
5
Gaussian
www.gaussian.com
Gaussian è in grado di predire l’energia, la struttura
molecolare, e le frequenze vibrazionali di sistemi
molecolari, nonchè numerose proprietà molecolari
derivate da questi tre tipi di calcolo. Può essere usato per
studiare molecole e reazioni in diverse condizioni,
includendo sia specie stabili che composti che sono difficili
o impossibili da osservare sperimentalmente come
intermedi a vita breve e stati di transizione.
Ultima versione: Gaussian03 (Aprile 2003)
6
3
Gaussian:
Gaussian: caratteristiche principali
Metodi di calcolo
Meccanica molecolare (AMBER, Dreiding, UFF, …)
Metodi semi-empirici (AM1, CNDO/2, INDO, MNDO, PM3, …)
Metodi HF (RHF, UHF)
Metodi post-HF (MP2, MP3, MP4, QCISD, CCSD, CCSD(T), …)
Metodi DFT (LDA, GGA, ibridi)
Metodo ONIOM
Metodi per stati eccitati (CIS, TD-DFT, …)
Tipi di calcolo
Punto singolo di energia
Ottimizzazione di geometria (strutture di equilibrio e stati di
transizione)
Frequenze vibrazionali
Modellizzazione di reazioni (cammini di reazione)
Dinamica molecolare
7
Gaussian:
Gaussian: caratteristiche principali
Proprietà molecolari
Frequenze vibrazionali e modi normali
Intensità IR e Raman
Accoppiamento vibro-rotazionale armonico e vibrazioni anarmoniche
Dicroismo circolare vibrazionale ed elettronico
Tensori di schermo NMR e suscettività magnetiche
Potenziale elettrostatico, densità elettronica e derivate
Momenti di multipolo
Dispersione ottica rotatoria
Tensore g e componenti spettro iperfine
Polarizzabilità e iperpolarizzabilità
Effetto del solvente
Onsager, PCM, SCI-PCM
Effetti su spettri vibrazionali, NMR, …
Effetti su stati eccitati e dinamica molecolare
8
4
Input di Gaussian03
Gaussian03
L’input è un semplice file di testo
I comandi vengono espressi usando delle parole chiave
Schema generale di input:
• Comandi per la gestione del calcolo (file temporanei, risorse
disponibili)
• riga bianca
• Livello di teoria (metodo e set base) e tipo di calcolo (sp,
opt, freq)
• riga bianca
• Titolo del calcolo
• riga bianca
• Struttura della molecola (carica, molteplicità di spin e
posizione dei nuclei)
• riga bianca
• Altre informazioni (variabili interne, set base esterno, …)
9
Esempio di input di Gaussian03
Gaussian03 (MM):
(MM):
coordinate cartesiane
Es. H2O, ottimizzazione, UFF
O
H
#P opt uff
Molecola di acqua (opt)
0,1
O -0.464 0.177
H -0.464 1.137
H
0.441 -0.143
0.000
0.000
0.000
Tipo di calcolo, livello di teoria e set base, altri comandi
Riga bianca
Titolo
Riga bianca
Carica e molteplicità di spin
Numero atomico (o simbolo) e coordinate cartesiane
di tutti gli atomi che compongono la molecola
Riga bianca
10
5
Definizione della struttura molecolare:
Coordinate cartesiane
z
Coordinate atomiche
definite rispetto a un
sistema di riferimento
ortonormale arbitrario
O
z1
H2
Distanze e angoli dovrebbero
essere chimicamente sensati
H1
x1
x
y1
y
Simbolo atomico
coord.-x
coord.-y
coord.-z
11
Definizione della struttura molecolare:
Matrice Z
z
O1
H2
z1
Coordinate atomiche
definite rispetto a un
sistema di coordinate
interne
oh
hoh
H1
Distanze e angoli dovrebbero
essere chimicamente sensati
x1
y1
y
x
La matrice Z specifica la posizione e i legami tra gli atomi usando
lunghezze di legame, angoli di legame e angoli diedri (torsionali)
12
6
Costruzione della Matrice Z
1) Scegliere l’atomo di partenza e posizionarlo concettualmente
all’origine di uno spazio tridimensionale
2) Scegliere un altro atomo legato al primo e posizionarlo lungo
l’asse z, specificando l’etichetta dell’atomo a cui è legato e la
lunghezza del legame che li connette
3) Scegliere un terzo atomo legato ad uno degli atomi precedenti
e specificare l’angolo di legame formato dai due legami
4) Definire le posizioni degli atomi successivi specificando:
• L’etichetta dell’atomo
• Un atomo a cui è legato e la lunghezza di legame
• Un terzo atomo a cui è legato: etichetta e valore
dell’angolo di legame risultante
• Un quarto atomo e il valore dell’angolo diedro formato
con i precedenti atomi
13
Esempio di matrice Z
O1
H1
H2
Matrice Z a dati costanti
O
H 1 0.96
H 1 0.96 2 109.47
Matrice Z a dati variabili
O
H 1 oh
H 1 oh 2 hoh
oh=0.96
hoh=109.47
14
7
Esempio di input di Gaussian03:
matrice Z
Es. H2O, ottimizzazione, UFF
O1
H1
#P opt=z-matrix uff
0,1
O
H 1 oh
H 1 oh 2 hoh
H2
Riga bianca
Titolo
Riga bianca
Matrice Z
Riga bianca
oh=0.96
hoh=109.47
15
matrice Z
Es. H2O, ottimizzazione, AMBER
O1
H1
#P opt=z-matrix amber
0,1
O-OW--0.834000
H-HW-0.417000 1 oh
H-HW-0.417000 1 oh 2 hoh
oh=0.96
hoh=109.47
H2
Riga bianca
Titolo
Riga bianca
Matrice Z
Riga bianca
Variabili
16
8
Esercizi di costruzione della matrice Z
Acqua ossigenata
Metanolo
Formaldeide
etano
benzene
FH…NH3
17
Output di Gaussian03 - MM
Entering Link 1 = C:\G03W\l1.exe PID=
Es. H2O,
ottimizzazione
di geometria,
UFF
1776.
Copyright (c) 1988,1990,1992,1993,1995,1998,2003, Gaussian, Inc.
All Rights Reserved.
This is the Gaussian(R) 03 program. It is based on the
the Gaussian(R) 98 system (copyright 1998, Gaussian, Inc.),
the Gaussian(R) 94 system (copyright 1995, Gaussian, Inc.),
the Gaussian 92(TM) system (copyright 1992, Gaussian, Inc.),
the Gaussian 86(TM) system (copyright 1986, Carnegie Mellon
University), and the Gaussian 82(TM) system (copyright 1983,
Carnegie Mellon University). Gaussian is a federally registered
trademark of Gaussian, Inc.
Intestazione di G03.
Riporta le specifiche del
copyright di Gaussian03.
La comparsa di questa
parte dell’output indica che
l’esecuzione del
programma è cominciata
This software contains proprietary and confidential information,
including trade secrets, belonging to Gaussian, Inc.
This software is provided under written license and may be
used, copied, transmitted, or stored only in accord with that
written license.
The following legend is applicable only to US Government
contracts under DFARS:
…
RESTRICTED RIGHTS LEGEND
Use, reproduction and disclosure by the US Government is subject
to restrictions as set forth in subparagraph (c) of the
Commercial Computer Software - Restricted Rights clause at FAR
52.227-19.
Gaussian, Inc.
Carnegie Office Park, Building 6, Pittsburgh, PA 15106 USA
18
9
Citazione ufficiale di G03
da usare nelle
pubblicazioni che fanno
uso del programma.
Cite this work as:
Gaussian 03, Revision B.04,
M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria,
M. A. Robb, J. R. Cheeseman, J. A. Montgomery, Jr., T. Vreven,
K. N. Kudin, J. C. Burant, J. M. Millam, S. S. Iyengar, J. Tomasi,
V. Barone, B. Mennucci, M. Cossi, G. Scalmani, N. Rega,
G. A. Petersson, H. Nakatsuji, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota,
R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao,
H. Nakai, M. Klene, X. Li, J. E. Knox, H. P. Hratchian, J. B. Cross,
C. Adamo, J. Jaramillo, R. Gomperts, R. E. Stratmann, O. Yazyev,
A. J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli, J. W. Ochterski, P. Y. Ayala,
K. Morokuma, G. A. Voth, P. Salvador, J. J. Dannenberg,
V. G. Zakrzewski, S. Dapprich, A. D. Daniels, M. C. Strain,
O. Farkas, D. K. Malick, A. D. Rabuck, K. Raghavachari,
J. B. Foresman, J. V. Ortiz, Q. Cui, A. G. Baboul, S. Clifford,
J. Cioslowski, B. B. Stefanov, G. Liu, A. Liashenko, P. Piskorz,
I. Komaromi, R. L. Martin, D. J. Fox, T. Keith, M. A. Al-Laham,
C. Y. Peng, A. Nanayakkara, M. Challacombe, P. M. W. Gill,
B. Johnson, W. Chen, M. W. Wong, C. Gonzalez, and J. A. Pople,
Gaussian, Inc., Pittsburgh PA, 2003.
Versione di Gaussian03 (in
questo caso la B.04) e data
di esecuzione
*********************************************
Gaussian 03: x86-Win32-G03RevB.04 2-Jun-2003
10-Nov-2004
*********************************************
Nella prima parte dell’output
vengono ripresentate le
informazioni dell’input:
riga di comando
titolo del calcolo
carica e molteplicita’
e la struttura della molecola
come data in input (es.
matrice Z)
%mem=48MB
Default route: MaxDisk=2000MB
------------------#P opt=z-matrix uff
------------------1/10=7,14=-1,18=40,38=1,56=1,64=2/1,3;
2/17=6,18=5,29=3,40=1/2;
3/5=2,11=9,16=1,25=1,30=1/1;
4/20=10,22=1,24=3/2;
…
99//99;
Leave Link
1 at Wed Nov 10 14:02:17 2004, MaxMem=
(Enter C:\G03W\l101.exe)
----------------Molecola di acqua
----------------Symbolic Z-matrix:
Charge = 0 Multiplicity = 1
O
H
1
oh
H
1
oh
2
hoh
Variables:
oh
0.96
hoh
109.5
19
6291456 cpu:
0.0
Isotopes and Nuclear Properties:
Sono poi riportate alcune
informazioni sul campo di
forza impiegato. Alcuni dei
parametri vengono calcolati
“al volo”.
Atom
1
2
3
IAtWgt=
16
1
1
AtmWgt= 15.9949146
1.0078250
1.0078250
IAtSpn=
0
1
1
AtZEff=
0.0000000
0.0000000
0.0000000
AtQMom=
0.0000000
0.0000000
0.0000000
AtGFac=
0.0000000
2.7928460
2.7928460
Generating MM parameters.
Include all MM classes
MMInit generated parameter data with length LenPar=
264.
20
10
Il programma poi si prepara
ad effettuare l’ottimizzazione
di geometria
GradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGrad
Berny optimization.
Initialization pass.
---------------------------!
Initial Parameters
!
! (Angstroms and Degrees) !
------------------------------------------!
Name
Value
Derivative information (Atomic Units)
!
-----------------------------------------------------------------------!
oh
0.96
estimate D2E/DX2
!
!
hoh
109.5
estimate D2E/DX2
!
-----------------------------------------------------------------------Trust Radius=3.00D-01 FncErr=1.00D-07 GrdErr=1.00D-07
Number of steps in this run= 20 maximum allowed number of steps= 100.
Leave Link 103 at Wed Nov 10 14:02:18 2004, MaxMem=
6291456 cpu:
-----------------------------------------------------------------------Z-MATRIX (ANGSTROMS AND DEGREES)
CD Cent Atom N1
Length/X
N2
Alpha/Y
N3
Beta/Z
J
-----------------------------------------------------------------------1
1 O
2
2 H
1
0.960000( 1)
3
3 H
1
0.960000( 2)
2 109.500( 3)
-----------------------------------------------------------------------Z-Matrix orientation:
--------------------------------------------------------------------Center
Atomic
Atomic
Coordinates (Angstroms)
Number
Number
Type
X
Y
Z
--------------------------------------------------------------------1
8
10081003
0.000000
0.000000
0.000000
2
1
10011000
0.000000
0.000000
0.960000
3
1
10011000
0.904936
0.000000
-0.320455
---------------------------------------------------------------------
Se la geometria è stata
fornita in input come matrice
Z, allora il programma
stampa una matrice Z
esplicita
Coordinate degli atomi della
molecola nel sistema di
riferimento usato per l’input
0.0
Informazioni minime su
distanze (matrice), angoli e
angoli torsionali
Informazioni sul sistema in
esame: composizione,
simmetria e gradi di libertà
L’orientazione standard è
quella usata dal programma
per fare i calcoli. È scelta in
modo da ottimizzare le
prestazioni del programma.
L’origine viene messa nel
centro delle cariche nucleari.
Il programma riporta il tipo di
calcolo (UFF) e il valore
dell’energia sterica.
Distance matrix (angstroms):
1
2
3
1 O
0.000000
2 H
0.960000
0.000000
3 H
0.960000
1.567952
0.000000
Interatomic angles:
H2-O1-H3=109.5
Stoichiometry
H2O
Framework group C2V[C2(O),SGV(H2)]
Deg. of freedom
2
Full point group
C2V
NOp
4
Largest Abelian subgroup
C2V
NOp
4
Largest concise Abelian subgroup C2
NOp
2
Standard orientation:
--------------------------------------------------------------------Center
Atomic
Atomic
Number
Number
Type
X
Y
Z
--------------------------------------------------------------------1
8
10081003
0.000000
0.000000
0.110812
2
1
10011000
0.000000
0.783976
-0.443248
3
1
10011000
0.000000
-0.783976
-0.443248
--------------------------------------------------------------------Rotational constants (GHZ):
919.6759591
407.9403280
282.5913753
6291456 cpu:
…
…
…
6291456 cpu:
UFF calculation of energy and first derivatives.
MO and density RWFs will be updated without deorthogonalization.
Energy=
0.002343838767 NIter=
0.
Dipole moment=
0.000000
0.000000
0.000000
6291456 cpu:
21
0.0
0.0
1.0
22
11
Per l’ottimizzazione di
geometria è richiesto anche il
calcolo delle forze che
agiscono sugli atomi e la loro
minimizzazione.
Le forze vengono riportate
sia in coordinate cartesiane
che interne.
Il metodo di ottimizzazione è
di tipo quasi-Newton e quindi
il programma fa una stima
iniziale della matrice
hessiana (contiene le
costanti di forza)
***** Axes restored to original set *****
------------------------------------------------------------------Center
Atomic
Forces (Hartrees/Bohr)
Number
Number
X
Y
Z
------------------------------------------------------------------1
8
-0.038758788
0.000000000
-0.027392003
2
1
0.008863981
0.000000000
0.028574967
3
1
0.029894807
0.000000000
-0.001182963
------------------------------------------------------------------Cartesian Forces: Max
0.038758788 RMS
0.021194243
-----------------------------------------------------------------------Internal Coordinate Forces (Hartree/Bohr or radian)
Cent Atom N1
Length/X
N2
Alpha/Y
N3
Beta/Z
J
-----------------------------------------------------------------------1 O
2 H
1
0.028575(
1)
3 H
1
0.028575(
2) 2 -0.016080(
3)
-----------------------------------------------------------------------Internal Forces: Max
0.028574967 RMS
0.025110683
Force constants in Cartesian coordinates:
1
2
3
4
5
1 0.579412D+00
2 0.000000D+00 0.100000D+01
3 -0.113428D+00 0.000000D+00 0.659745D+00
4 -0.648444D-01 0.000000D+00 -0.458275D-01 0.486161D-01
5 0.000000D+00 0.000000D+00 0.000000D+00 0.000000D+00 0.100000D+01
6 0.000000D+00 0.000000D+00 -0.554734D+00 0.000000D+00 0.000000D+00
7 -0.514567D+00 0.000000D+00 0.159255D+00 0.162284D-01 0.000000D+00
8 0.000000D+00 0.000000D+00 0.000000D+00 0.000000D+00 0.000000D+00
9 0.113428D+00 0.000000D+00 -0.105011D+00 0.458275D-01 0.000000D+00
6
7
8
9
6 0.554734D+00
7 0.000000D+00 0.498339D+00
8 0.000000D+00 0.000000D+00 0.100000D+01
9 0.000000D+00 -0.159255D+00 0.000000D+00 0.105011D+00
Force constants in internal coordinates:
1
2
3
1 0.554734D+00
2 0.000000D+00 0.554734D+00
3 0.000000D+00 0.000000D+00 0.160000D+00
6291456 cpu:
0.0
Il programma procede quindi
nell’ottimizzazione
determinando la prima
variazione di geometria
(Passo 1)
e controlla se I criteri di
convergenza, su forze e
spostamenti, sono soddisfatti
Stampa quindi la nuova
geometria da cui parte per il
secondo ciclo di
ottimizzazione…
23
Berny optimization.
Search for a local minimum.
Step number
1 out of a maximum of 20
All quantities printed in internal units (Hartrees-Bohrs-Radians)
Second derivative matrix not updated -- first step.
The second derivative matrix:
oh
hoh
oh
1.10947
hoh
0.00000
0.16000
Eigenvalues --0.16000
1.10947
RFO step: Lambda=-4.50385160D-03.
Linear search not attempted -- first point.
Variable
Old X
-DE/DX
Delta X
Delta X
Delta X
New X
(Linear)
(Quad)
(Total)
oh
1.81414
0.05715
0.00000
0.05130
0.05130
1.86544
hoh
1.91114 -0.01608
0.00000 -0.09775 -0.09775
1.81338
Item
Value
Threshold Converged?
Maximum Force
0.057150
0.000450
NO
RMS
Force
0.041980
0.000300
NO
Maximum Displacement
0.097751
0.001800
NO
RMS
Displacement
0.078062
0.001200
NO
Predicted change in Energy=-2.279367D-03
6291456 cpu:
CD Cent Atom N1
Length/X
N2
Alpha/Y
N3
Beta/Z
J
-----------------------------------------------------------------------1
1 O
2
2 H
1
0.987148( 1)
3
3 H
1
0.987148( 2)
2 103.899( 3)
-----------------------------------------------------------------------…
…
1.0
24
12
… e continua nel processo di
minimizzazione dell’energia
fino quando non sono
soddisfatti tutti e quattro I
criteri di convergenza.
Infatti, dopo quattro passi …
… raggiunge la convergenza
rispetto ai criteri di soglia
impostati, e dichiara di aver
trovato un punto stazionario
Riporta poi I valori finali delle
coordinate interne
E la struttura ottimizzata
Berny optimization.
Search for a local minimum.
Step number
4 out of a maximum of 20
All quantities printed in internal units (Hartrees-Bohrs-Radians)
Update second derivatives using D2CorN and points 2 4
Trust test= 1.03D+00 RLast= 8.07D-04 DXMaxT set to 3.31D-01
The second derivative matrix:
oh
hoh
oh
1.03399
hoh
-0.00688
0.18994
Eigenvalues --0.18988
1.03404
RFO step: Lambda= 0.00000000D+00.
Quartic linear search produced a step of 0.00837.
Variable
Old X
-DE/DX
Delta X
Delta X
Delta X
New X
(Linear)
(Quad)
(Total)
oh
1.87129
0.00002
0.00000
0.00001
0.00002
1.87131
hoh
1.82399
0.00001
0.00000
0.00006
0.00006
1.82404
Item
Value
Threshold Converged?
Maximum Force
0.000016
0.000450
YES
RMS
Force
0.000013
0.000300
YES
Maximum Displacement
0.000055
0.001800
YES
RMS
Displacement
0.000041
0.001200
YES
Predicted change in Energy=-4.145865D-10
Optimization completed.
-- Stationary point found.
---------------------------!
Optimized Parameters
!
! (Angstroms and Degrees) !
------------------------------------------!
Name
Value
Derivative information (Atomic Units)
!
-----------------------------------------------------------------------!
oh
0.9902
-DE/DX =
0.0
!
!
hoh
104.5069
-DE/DX =
0.0
!
-----------------------------------------------------------------------GradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGradGrad
…
…
25
Output di Gaussian03 – MM – chiusura
Alla fine è riportato un blocco
riassuntivo dei risultati
Se il calcolo si conclude
correttamente, Gaussian
finisce stampando una frase
presa casualmente da una
collezione di citazioni
memorizzata internamente.
E riporta il tempo di CPU e
alcune altre informazioni
sull’uso delle risorse di
calcolo
1|1|UNPC-UNK|FOpt|UFF|ZDO|H2O1|PCUSER|10-Nov-2004|1||#P OPT=Z-MATRIX U
FF||Molecola di acqua||0,1|O|H,1,oh|H,1,oh,2,hoh||oh=0.99024582|hoh=10
4.50688175||Version=x86-Win32-G03RevB.04|HF=0.|RMSD=0.000e+000|RMSF=4.
575e-006|Dipole=0.,0.,0.|PG=C02V [C2(O1),SGV(H2)]||@
IT IS THE GODS' CUSTOM TO BRING LOW ALL THINGS OF SURPASSING GREATNESS.
-- HERODOTUS
IT IS THE LOFTY PINE THAT BY THE STORM IS OFTENER TOSSED;
TOWERS FALL WITH HEAVIER CRASH WHICH HIGHER SOAR.
-- HORACE
THE BIGGER THEY COME, THE HARDER THEY FALL.
-- BOB FITZSIMONS HEAVYWEIGHT CHAMPION, 1897-1899
Job cpu time: 0 days 0 hours 0 minutes 9.0 seconds.
File lengths (MBytes): RWF=
11 Int=
0 D2E=
0 Chk=
7 Scr=
Normal termination of Gaussian 03 at Wed Nov 10 14:02:26 2004.
1
26
13
Esempio di input di Gaussian03
Gaussian03::
ingredienti per un metodo QM
Es. H2O, punto singolo di energia, RHF/STO-3G
Tipo di calcolo: punto singolo di energia (default: sp)
Metodo di calcolo: RHF (Restricted-Hartree-Fock)
Set base: STO-3G (libreria interna)
Atomo
Atomo
HH
OO
Conf.
Conf.Elettr.
Elettr.
1
1s
1s1
2
2
4
1s
1s22s
2s22p
2p4
Funzioni
Funzionibase
base
1s
1s
1s,
1s,2s,
2s,2p
2px, ,2p
2py, ,2p
2pz
x
y
z
Carica: 0
Molteplicità di spin: S=0, 2S+1=1
Coordinate atomiche: cartesiane, interne (matrice Z) o miste
27
QM - coordinate cartesiane
Es. H2O, punto singolo di energia, RHF/STO-3G
O
H
#P sp RHF/STO-3G Test
Molecola di acqua (sp)
0,1
O -0.464 0.177
H -0.464 1.137
H
0.441 -0.143
0.000
0.000
0.000
Riga bianca
Titolo
Riga bianca
Numero atomico (o simbolo) e coordinate cartesiane
di tutti gli atomi che compongono la molecola
Riga bianca
28
14
Output di Gaussian03 - QM
Es. H2O, punto
singolo di energia,
RHF/STO-3G
Entering Link 1 = /home/mimmo/g03a11/l1.exe PID=
2137.
Copyright (c) 1988,1990,1992,1993,1995,1998 Gaussian, Inc.
All Rights Reserved.
Intestazione di G03.
Riporta le specifiche del
copyright di Gaussian03.
La comparsa di questa
parte dell’output indica che
l’esecuzione del
programma è cominciata
This is part of the Gaussian(R) 98 program. It is based on
the Gaussian 94(TM) system (copyright 1995 Gaussian, Inc.),
the Gaussian 86(TM) system (copyright 1986 Carnegie Mellon
University), and the Gaussian 82(TM) system (copyright 1983
Carnegie Mellon University). Gaussian is a federally registered
trademark of Gaussian, Inc.
This software contains proprietary and confidential information,
including trade secrets, belonging to Gaussian, Inc.
This software is provided under written license and may be
used, copied, transmitted, or stored only in accord with that
written license.
The following legend is applicable only to US Government
contracts under DFARS:
RESTRICTED RIGHTS LEGEND
Use, duplication or disclosure by the US Government is subject
to restrictions as set forth in subparagraph (c)(1)(ii) of the
Rights in Technical Data and Computer Software clause at DFARS
252.227-7013.
Gaussian, Inc.
Carnegie Office Park, Building 6, Pittsburgh, PA 15106 USA
Citazione ufficiale di G03
da usare nelle
pubblicazioni che fanno
uso del programma.
Cite this work as:
Gaussian 03, Revision A.9,
M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria,
M. A. Robb, J. R. Cheeseman, V. G. Zakrzewski, J. A. Montgomery, Jr.,
R. E. Stratmann, J. C. Burant, S. Dapprich, J. M. Millam,
A. D. Daniels, K. N. Kudin, M. C. Strain, O. Farkas, J. Tomasi,
V. Barone, M. Cossi, R. Cammi, B. Mennucci, C. Pomelli, C. Adamo,
S. Clifford, J. Ochterski, G. A. Petersson, P. Y. Ayala, Q. Cui,
K. Morokuma, D. K. Malick, A. D. Rabuck, K. Raghavachari,
J. B. Foresman, J. Cioslowski, J. V. Ortiz, A. G. Baboul,
B. B. Stefanov, G. Liu, A. Liashenko, P. Piskorz, I. Komaromi,
R. Gomperts, R. L. Martin, D. J. Fox, T. Keith, M. A. Al-Laham,
C. Y. Peng, A. Nanayakkara, M. Challacombe, P. M. W. Gill,
B. Johnson, W. Chen, M. W. Wong, J. L. Andres, C. Gonzalez,
M. Head-Gordon, E. S. Replogle, and J. A. Pople,
Gaussian, Inc., Pittsburgh PA, 1998.
Versione di Gaussian03 (in
questo caso la B.04) e data
di esecuzione
*********************************************
Gaussian 03: x86-Win32-G03RevB.04 19-Apr-2003
07-Oct-2004
*********************************************
Default route: MaxDisk=2000MB
--------------# RHF/STO-3G sp
--------------1/38=1/1;
2/17=6,18=5,40=1/2;
3/11=1,25=1,30=1/1,2,3;
4/7=1/1;
5/5=2,32=1,38=4/2;
6/7=2,8=2,9=2,10=2,28=1/1;
99/5=1,9=1/99;
----------------------------------------------------Acqua - molecola isolata - RHF con base minima STO-3G
----------------------------------------------------Symbolic Z-matrix:
Charge = 0 Multiplicity = 1
O
-0.464
0.177
0.
H
-0.464
1.137
0.
H
0.441
-0.143
0.
Nella prima parte
dell’output vengono
ripresentate le informazioni
dell’input: riga di comando,
titolo e struttura della
molecola
29
30
15
Coordinate degli atomi della
molecola nel sistema di
riferimento usato per l’input
Informazioni minime su
distanze (matrice), angoli e
angoli torsionali
Informazioni sul sistema in
esame: composizione,
simmetria e gradi di libertà
CD Cent Atom N1
Length/X
N2
Alpha/Y
N3
Beta/Z
J
-----------------------------------------------------------------------1
1 O
0 -0.464000
0.177000
0.000000
2
2 H
0 -0.464000
1.137000
0.000000
3
3 H
0
0.441000
-0.143000
0.000000
-----------------------------------------------------------------------Z-Matrix orientation:
--------------------------------------------------------------------Center
Atomic
Atomic
Number
Number
Type
X
Y
Z
--------------------------------------------------------------------1
8
0
-0.464000
0.177000
0.000000
2
1
0
-0.464000
1.137000
0.000000
3
1
0
0.441000
-0.143000
0.000000
--------------------------------------------------------------------Distance matrix (angstroms):
1
2
3
1 O
0.000000
2 H
0.960000
0.000000
3 H
0.959909
1.567618
0.000000
Interatomic angles:
H2-O1-H3=109.4731
Stoichiometry
H2O
Framework group CS[SG(H2O)]
Deg. of freedom
3
Full point group
CS
NOp
2
Largest Abelian subgroup
CS
NOp
2
Largest concise Abelian subgroup C1
NOp
1
Standard orientation:
--------------------------------------------------------------------Center
Atomic
Atomic
Number
Number
Type
X
Y
Z
--------------------------------------------------------------------1
8
0
0.000000
0.110843
0.000000
2
1
0
0.783809
-0.443452
0.000000
3
1
0
-0.783809
-0.443294
0.000000
---------------------------------------------------------------------
L’orientazione standard è
quella usata dal programma
per fare i calcoli. È scelta in
modo da ottimizzare le
prestazioni del programma.
L’origine viene messa nel
centro delle cariche nucleari.
31
Output di Gaussian03 – QM – SCF e energia
Costanti rotazionali
Informazioni sul set base
adottato e risorse per il
calcolo degli integrali
Approssimazione iniziale
della funzione d’onda (usa
una stima basata su un
metodo semiempirico: INDO)
Criteri di convergenza
(default)
Energia totale del sistema
viene riportata in questo
modo indicando anche il
numero di cicli SCF e i valori
dei criteri di convergenza
Rotational constants (GHZ):
919.1537631
408.1143172
282.6255042
Isotopes: O-16,H-1,H-1
Standard basis: STO-3G (5D, 7F)
There are
6 symmetry adapted basis functions of A' symmetry.
There are
1 symmetry adapted basis functions of A" symmetry.
Crude estimate of integral set expansion from redundant integrals=1.000.
Integral buffers will be
262144 words long.
Raffenetti 1 integral format.
Two-electron integral symmetry is turned on.
7 basis functions
21 primitive gaussians
5 alpha electrons
5 beta electrons
nuclear repulsion energy
9.1576073710 Hartrees.
One-electron integrals computed using PRISM.
NBasis=
7 RedAO= T NBF=
6
1
NBsUse=
7 1.00D-04 NBFU=
6
1
Projected INDO Guess.
Initial guess orbital symmetries:
Occupied (A') (A') (A') (A') (A")
Virtual
(A') (A')
Warning! Cutoffs for single-point calculations used.
Requested convergence on RMS density matrix=1.00D-04 within 64 cycles.
Requested convergence on MAX density matrix=1.00D-02.
Requested convergence on
energy=5.00D-05.
Keep R1 integrals in memory in canonical form, NReq=
406338.
Convergence on energy, delta-E=3.98D-05
SCF Done: E(RHF) = -74.9607143594
A.U. after
4 cycles
Convg =
0.3693D-03
-V/T = 2.0050
S**2
=
0.0000
32
16
Analisi di popolazione di
Mulliken. Questa analisi
partiziona la carica
molecolare in contributi
atomici
**********************************************************************
Population analysis using the SCF density.
**********************************************************************
Simmetria degli autovettori e
corrispondenti autovalori
Le cariche atomiche totali
danno una stima della carica
totale su ogni atomo della
molecola. L’ossigeno è carico
negativamente mentre gli
idrogeni presentano una
modesta carica positiva.
Orbital Symmetries:
Occupied (A') (A') (A') (A') (A")
Virtual
(A') (A')
The electronic state is 1-A'.
Alpha occ. eigenvalues -- -20.23486 -1.26093 -0.62412
Alpha virt. eigenvalues -0.59300
0.75399
Condensed to atoms (all electrons):
1
2
3
1 O
7.839419
0.266549
0.266553
2 H
0.266549
0.591619 -0.044410
3 H
0.266553 -0.044410
0.591579
Total atomic charges:
1
1 O
-0.372520
2 H
0.186242
3 H
0.186278
Sum of Mulliken charges=
0.00000
Atomic charges with hydrogens summed into heavy atoms:
1
1 O
0.000000
2 H
0.000000
3 H
0.000000
Sum of Mulliken charges=
0.00000
Electronic spatial extent (au): <R**2>=
17.8521
Charge=
0.0000 electrons
Dipole moment (Debye):
X=
-0.0002
Y=
-1.6890
Z=
0.0000 Tot=
Quadrupole moment (Debye-Ang):
...
Octapole moment (Debye-Ang**2):
...
Hexadecapole moment (Debye-Ang**3):
...
-0.44055
In questa parte dell’output
vengono riportati i momenti di
multipolo: dalla carica
all’esadecupolo. Il dipolo, in
questo caso, ha una
componente negativa e
punta verso le cariche
positive
-0.38714
1.6890
33
Output di Gaussian03 – QM – chiusura
Blocco riassuntivo dei risultati
Se il calcolo si conclude
correttamente, Gaussian
finisce stampando una frase
presa casualmente da una
collezione di citazioni
memorizzata internamente.
Infine, riporta il tempo di CPU
e alcune altre informazioni
sull’uso delle risorse di
calcolo
N-N= 9.157607370988D+00 E-N=-1.969272821048D+02 KE= 7.458427147868D+01
Symmetry A'
KE= 6.952680902666D+01
Symmetry A"
KE= 5.057462452019D+00
1|1|UNPC-UNK|SP|RHF|STO-3G|H2O1|PCUSER|07-Oct-2003|0||# RHF/STO-3G SP|
|Acqua - molecola isolata - RHF con base minima STO-3G||0,1|O,0,-0.464
,0.177,0.|H,0,-0.464,1.137,0.|H,0,0.441,-0.143,0.||Version=x86-Win32-G
98RevA.9|State=1-A'|HF=-74.9607144|RMSD=3.693e-004|Dipole=0.542569,0.3
836211,0.|PG=CS [SG(H2O1)]||@
EXPERIENCE IS THE FRUIT OF THE TREE OF ERRORS.
Job cpu time: 0 days 0 hours 0 minutes 6.0 seconds.
File lengths (MBytes): RWF=
10 Int=
0 D2E=
0 Chk=
Normal termination of Gaussian 98.
5 Scr=
1
34
17
Conformeri della molecola di urea
La conformazione molecolare nel bulk è
anche quella più stabile in fase gassosa?
In generale, nel caso di molecole flessibili esistono più
conformeri
Nell’urea cristallina, le molecoleo hanno una struttura
C2v, ma:
• Il conformero C2v non è un minimo sulla PES
• Il conformero più stabile è C2 (anti-)
• Bisogna considerare un’energia conformazionale
HF(kJ/mol)
6-31G(d,p)
C2v
4.81 (2)
Cs
4.37 (1)
C2
0.00 (0)
In parentesi è indicato il numero di frequenze immaginarie
A. Masunov, J.J. Dannenberg,
J. Phys. Chem. A 103 (1999) 178
35
18

Note di laboratorio

Transcript

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