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1高斯应用指南目录第一章功能和计算原理介绍……………………………………………………21Gaussian功能介绍…………………………………………………………21.1Gaussian是一个功能强大的量子化学综合软件包……………………31.2关于Gaussian03的介绍…………………………下面列出了需要描述稳定点时必须考虑的问题....................68……………………32：计算原理…………………………………………………………………62.1概述……………………………………………………………………62.2分子力学方法…………………………………………………………62.3电子结构理论…………………………………………………………7第二章安装和对软硬件的要求…………………………………………………71．软硬件要求………………………………………………………………71.1硬件环境………………………………………………………………71.2操作系统………………………………………………………………82．安装………………………………………………………………………82.1硬盘分区方案…………………………………………………………82.2安装软件………………………………………………………………82.3Gaussian的补钉和升级………………………………………………92.4定制软件运行时占用内存和硬盘的最大空间………………………92.5工作环境初始化设置…………………………………………………10第三章高斯输入文件的创建和程序运行………………………………………111．创建输入文件的目的……………………………………………………112．常用的创建高斯输入文件的方法………………………………………112.1利用晶体文件产生输入文件…………………………………………112.2利用Gview，Chem3D（包括Chemdraw）和Hperchem绘图软件产生输入文件………………………………………………………122.2.1用HyperChem构建输入文件…………………………………122.2.2Chem3D（包括Chemdraw）使用简介………………………142.2.3GVIEW使用简介…………………………………………………303．构建分子中的注意事项…………………………………………………454．怎样构建Z－坐标………………………………………………………455．关于输出的解释…………………………………………………………48第四章：优化计算………………………………………………………………541.优化目的…………………………………………………………………551.1对分子性质的研究是从优化而不是单点能计算开始的……………551.2高斯中所用到的一些术语的介绍……………………………………5521.2.1势能面……………………………………………………………551.2.2确定最小值………………………………………………………551.2.3收敛标准…………………………………………………………562高斯中自带的练习…………………………………………………………58第五章频率计算………………………………………………………………601.频率计算……………………………………………………………………601.1目的……………………………………………………………………611.2输入格式和结果解释…………………………………………………611.2.1输入格式……………………………………………………………611.2.2输出的解释………………………………………………………612.高斯中自带的练习…………………………………………………………64第六章：单点能计算……………………………………………………………641简要介绍……………………………………………………………………642.能量计算的格式和输出解释……………………………………………652.1能量计算的格式………………………………………………………652.2输出说明………………………………………………………………663.高斯中自带的练习…………………………………………………………67第七章基组……………………………………………………………………691．基组介绍…………………………………………………………………692．高斯自带练习……………………………………………………………71第八章选择合适的理论模型…………………………………………………721简要介绍…………………………………………………………………722．高斯自带的练习…………………………………………………………73第九章高精度能量模型………………………………………………………761高精度能量模型简介………………………………………………………762.高斯自带的练习…………………………………………………………83第十章研究化学反应和反应性………………………………………………841目的………………………………………………………………………842请参照练习了解输入格式和输出解释.…………………………………843常用的研究方法的介绍和高斯自带的练习……………………………84第十一章激发态计算…………………………………………………………931目的…………………………………………………………………………932高斯自带的练习…………………………………………………………94第十二章溶液中的计算………………………………………………………1001目的………………………………………………………………………1002高斯自带的练习和理论模型介绍………………………………………100第一章功能和计算原理介绍1：Gaussian功能介绍1.1Gaussian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。高斯功能：3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。1.2关于Gaussian03的介绍是Gaussian系列电子结构程序的最新版本。它在化学、化工、生物化学、物理化学等化学相关领域方面的功能都进行了增强。1.研究大分子的反应和光谱Gaussian03对ONIOM做了重大修改，能够处理更大的分子（例如，酶），可以研究有机体系的反应机制，表面和表面反应的团簇模型，有机物光化学过程，有机和有机金属化合物的取代影响和反应，以及均相催化作用等。ONIOM的其它新功能还有：定制分子力学力场；高效的ONIOM频率计算；ONIOM对电、磁性质的计算。2.通过自旋-自旋耦合常数确定构像当没有X-射线结构可以利用时，研究新化合物的构像是相当困难的。NMR光谱的磁屏蔽数据提供了分子中各原子之间的连接信息。自旋-自旋耦合常数可用来帮助识别分子的特定构像，因为它们依赖于分子结构的扭转角。除了以前版本提供的NMR屏蔽和化学位移以外，Gaussian03还能预测自旋-自旋耦合常数。通过对不同构像计算这些常数，并对预测的和观测的光谱做比较，可以识别观测到的特定构像。另外，归属观测的峰值到特定的原子也比较容易。3.研究周期性体系Gaussian03扩展了化学体系的研究范围，它可以用周期性边界条件的方法(PBC)模拟周期性体系，例如聚合物和晶体。PBC技术把体系作为重复的单元进行模拟，以确定化合物的结构和整体性质。例如，Gaussian03可以预测聚合物的平衡结构和过渡结构。通过计算异构能量，反应能量等，它还可以研究聚合物的反应，包括分解，降解，燃烧等。Gaussian03还可以模拟化合物的能带隙。PBC的其它功能还有：(1)二维PBC方法可以模拟表面化学，例如在表面和晶体上的反应。用同样的基组，Hartree-Fock或DFT理论方法还可以用表面模型或团簇模型研究相同的问题。Gaussian03使得对研究的问题可以选择合适的近似方法，而不是使问题满足于模块的能力极限。(2)三维PBC：预测晶体以及其它三维周期体系的结构和整体性质。44.预测光谱Gaussian03可以计算各种光谱和光谱特性。包括：IR和Raman；预共振Raman；紫外-可见；NMR；振动圆形二色性(VCD)；电子圆形二色性(ECD)；旋光色散(ORD)；谐性振-转耦合；非谐性振动及振-转耦合；g张量以及其它的超精细光谱张量。5.模拟在反应和分子特性中溶剂的影响在气相和在溶液之间，分子特性和化学反应经常变化很大。例如，低位构像在气相和在（不同溶剂的）溶液中，具有完全不同的能量，构像的平衡结构也不同，化学反应具有不同的路径。Gaussian03提供极化连续介质模型(PCM)，用于模拟溶液体系。这个方法把溶剂描述为极化的连续介质，并把溶质放入溶剂间的空穴中。Gaussian03的PCM功能包含了许多重大的改进，扩展了研究问题的范围：可以计算溶剂中的激发能，以及激发态的有关特性；NMR以及其它的磁性能；用能量的解析二级导数计算振动频率，IR和Raman光谱，以及其它特性；极化率和超极划率；执行性能上的改善。G03W的界面和G98W相比，没有什么变化，G98W的用户不需要重新熟悉界面。Gaussian03新增加了以下内容：新的量子化学方法(1)ONIOM模块做了增强对ONIOM(MO:MM)计算支持电子嵌入，可以在QM区域的计算中考虑MM区域的电特性。通过算法的改善，ONIOM(MO:MM)对大分子（如蛋白质）的优化更快，结果更可靠。ONIOM(MO:MM)能够计算解析频率，ONIOM(MO:MO)的频率计算更快。提供对一般分子力场(MM)的支持，包括读入和修改参数。包含了独立的MM优化程序。支持任何ONIOM模拟的外部程序。(2)修改和增强了溶剂模块改善和增强了连续介质模型(PCM)：默认是IEFPCM模型，解析频率计算可以用于SCRF方法。此外改善了空穴生成技术。模拟溶液中的很多特性。可以对Klamt的COSMO-RS程序产生输入，通过统计力学方法，用于计算溶解能，配分系数，蒸汽压，以及其它整体性质。(3)周期性边界条件(PBC)增加了PBC模块，用于研究周期体系，例如聚合物，表面，和晶体。PBC模块可以对一维、二维或三维重复性分子或波函求解具有边界条件的Schrodinger方程。周期体系可以用HF和DFT研究能量和梯度；(4)分子动力学方法动力学计算可以定性地了解反应机制和定量地了解反应产物分布。计算包含两个主要近似：Born-Oppenheimer分子动力学(BOMD),对势能曲面的局域二次近似计算经典轨迹。计算用Hessian算法预测和校正走步，较以前的计算在步长上能够改善10倍以上。还可以使用解析二级导数，BOMD能够用于所有具有解析梯度的理论方法。5提供原子中心密度矩阵传播(ADMP)分子动力学方法，用于Hartree-Fock和DFT。吸取了Car和Parrinello的经验，ADMP传递电子自由度，而不是求解每个核结构的SCF方程。与Car-Parrinello不同之处在于，ADMP传递密度矩阵而不是MO。如果使用了原子中心基组，执行效率会更高。这一方法解决了Car-Parrinello存在的一些限制，例如，不再需要用D代替H以获得能量守恒，纯DFT和混合DFT均可使用。ADMP也可以在溶剂存在的情况下执行，ADMP可以用于ONIOM(MO:MM)计算。(5)激发态激发态计算方面做了增强：由于改善了在完全组态相互作用计算中求解CI矢量的算法，提高了CASSCF执行效率。对能量和梯度计算可以使用约14个轨道（频率计算仍是8个）。限制活性空间(RAS)的SCF方法。RASSCF把分子轨道分成五个部分