Gaussian 09 Tutorial

G AUSSIAN 09W T utorial A N INTRODUCCIÓN A  C OMPUTATIONAL  C HEMISTRY USO G09W Y A SOFTWARE VOGADRO Anna Tomberg [email protected] Este es un tutorial rápido que le ayudará a hacer su camino a través de la  primeros pasos de la química química computacional utilizando software Gaussian Gaussian 09W (G09). El tutorial está orientado a principiantes y describe en detalle los más utilizados cálculos realizados con G09. Sin embargo, la base teórica de estas culaciones no serán cubiertas aquí. Si usted está interesado en understading los detalles, consulte los libros de texto que se orientan a este tema. Encontré [1] y [2] muy útil, y recomiendo encarecidamente a echar un vistazo a estos maravillosos libros. G09 Tutorial - AT  página 1 de 34 Página 2

C ONTENIDO 1 Especificaciones del programa 3 1.1 Entrada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2 Salida. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.3 Visualización. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.4 Modelo de cálculo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2 Primer vistazo a un cálculo 5 2.1 EJEMPLO 1: Energía de un solo punto de agua. . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3 Gaussian Input detalles 7 3.1 Enlace 0. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 3.2 Sección de ruta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 3.3 Estructura Molecular. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

4 Modelos Teóricos 8 4.1 ¿Qué es un modelo teórico? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 4.2 ab initio métodos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 4.2.1 Ejemplos de Ab initio métodos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 4.3 Métodos semi-empíricos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

4.3.1 Ejemplos de métodos semi-empíricos. . . . . . . . . . . . . . . . 10 4.4 Teoría funcional de la densidad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 4.4.1 Ejemplos de métodos de DFT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 4.5 Mecánica Molecular. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 4.5.1 Ejemplos de métodos MM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

5 Juegos de Bases 11 5.1 ¿Qué es un conjunto de bases y por qué es importante su selección? . . . . . . . . . 11 5.2 Un poco de teoría: Slater VS Gaussian. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 5.3 Tipos de Bases y Notación. No tación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 5.3.1 Mínimo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 5.3.2 Valencia dividida. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 5.3.3 Correlación - coherente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 5.3.4 Consejos útiles de David Sherrill [5]. . . . . . . . . . . . . . . . . 13 5.3.5 Comparación entre los conjuntos de bases Pople y CC. . . . . . . . . . 13

6 Tipos de cálculo 13 6.1 Optimización de la geometría. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 6.1.1 ¿Qué es? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 6.1.2 Para su trabajo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 6.1.3 ¿Qué información obtiene de este cálculo? . . . . . . 15 6.2 Energía de punto único. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 6.2.1 ¿Qué es? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 6.2.2 Para su trabajo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 6.2.3 ¿Qué información obtiene de este cálculo? . . . . . . 15 6.3 Frecuencias y termoquímica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . dieciséis 6.3.1 ¿Qué es? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . dieciséis 6.3.2 Para su trabajo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . dieciséis 6.3.3 ¿Qué información obtiene de este cálculo? . . . . . . 17 G09 Tutorial - AT  página 2 de 34 Página 3

6.4 Comprobación de la estabilidad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 17 6.4.1 ¿Qué es? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 6.4.2 En G09. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 18 6.4.3 Para su trabajo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 6.5 Orbitales moleculares y análisis poblacional. . . . . . . . . . . . . . . . 18 6.5.1 ¿Qué es? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 6.5.2 Para su trabajo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

4.3.1 Ejemplos de métodos semi-empíricos. . . . . . . . . . . . . . . . 10 4.4 Teoría funcional de la densidad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 4.4.1 Ejemplos de métodos de DFT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 4.5 Mecánica Molecular. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 4.5.1 Ejemplos de métodos MM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

5 Juegos de Bases 11 5.1 ¿Qué es un conjunto de bases y por qué es importante su selección? . . . . . . . . . 11 5.2 Un poco de teoría: Slater VS Gaussian. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 5.3 Tipos de Bases y Notación. No tación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 5.3.1 Mínimo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 5.3.2 Valencia dividida. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 5.3.3 Correlación - coherente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 5.3.4 Consejos útiles de David Sherrill [5]. . . . . . . . . . . . . . . . . 13 5.3.5 Comparación entre los conjuntos de bases Pople y CC. . . . . . . . . . 13

6 Tipos de cálculo 13 6.1 Optimización de la geometría. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 6.1.1 ¿Qué es? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 6.1.2 Para su trabajo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 6.1.3 ¿Qué información obtiene de este cálculo? . . . . . . 15 6.2 Energía de punto único. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 6.2.1 ¿Qué es? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 6.2.2 Para su trabajo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 6.2.3 ¿Qué información obtiene de este cálculo? . . . . . . 15 6.3 Frecuencias y termoquímica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . dieciséis 6.3.1 ¿Qué es? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . dieciséis 6.3.2 Para su trabajo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . dieciséis 6.3.3 ¿Qué información obtiene de este cálculo? . . . . . . 17 G09 Tutorial - AT  página 2 de 34 Página 3

6.4 Comprobación de la estabilidad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 17 6.4.1 ¿Qué es? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 6.4.2 En G09. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 18 6.4.3 Para su trabajo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 6.5 Orbitales moleculares y análisis poblacional. . . . . . . . . . . . . . . . 18 6.5.1 ¿Qué es? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 6.5.2 Para su trabajo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

6.5.3 ¿Qué información obtiene de este cálculo? . . . . . . 20 6.6 Transiciones UV-Vis y electrónicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 6.6.1 ¿Qué es? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 6.6.2 Para su trabajo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 6.6.3 ¿Qué información obtiene de este cálculo? . . . . . . 21 6.7 Superficie Potencial de Energía. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 6.7.1 ¿Qué es? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 6.7.2 Para su trabajo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 6.8 Efecto de solvatación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 6.8.1 ¿Qué es? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 6.8.2 Para su trabajo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 6.9 Otras Propiedades Moleculares. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 6.9.1 Polarizabilidad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 6.9.2 Fuerzas en los núcleos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 6.9.3 Volumen Molecular. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 6.9.4 Análisis de RMN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 6.9.5 Potencial electrostático y densidad de electrones. . . . . . . . . . . . 22

7 Para un análisis exitoso 22 7.1 Principales pasos de un exitoso estudio computacional. . . . . . . . . . . . . 23 7.1.1 Paso 1: Definir los límites. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 7.1.2 Paso 2: Configure su computadora. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 7.1.3 Paso 3: Defina una buena manera de nombrar los trabajos. . . . . . . . . . . 23 23 7.1.4 Paso 4: Definir una molécula madre. . . . . . . . . . . . . . . . . 23 7.1.5 Paso 5: Sucesiva secuencia de cálculos. . . . . . . . . . . . 23 7.1.6 Paso 6: Lea la salida. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

8 Archivos por lotes: evite esperar alrededor 24 8.1 ¿Qué son los archivos por lotes? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 8.2 ¿Cómo crear un archivo .bcf? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 8.3 Generador de archivos por lotes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

9 Ejemplos 25 9.1 Ejemplo 1: SP de H2O. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 9.2 Ejemplo 2 Opción de etanol. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 9.3 Ejemplo 3 Cálculo de orbitales moleculares y visualización de HF 26 9.4 Ejemplo 4: La Energía de estereoisómeros y factores de escala (buteno) 29

10 Solución de problemas 30 10.1 ¿No se puede lograr la convergencia? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

10.2 Mi trabajo se congeló, ¿qué puedo hacer para evitar reiniciar desde cero? . . . . . 30 10.3 ¿Un enlace doble desapareció de la estructura después del cálculo? . . 30 10.4 Mi archivo por lotes no se ejecuta correctamente, ¿por qué? . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 G09 Tutorial - AT  página 3 de 34 Página 4

11 Apéndice 31 12 Referencias 33 G09 Tutorial - AT  página 4 de 34 Página 5

1 ESPECIFICACIONES DE P ROGRAMA Gaussian 09W (G09) es un programa de química computacional que se ejecuta en cualquier modWindows 32-bit PC. Si desea instalar G09 en un PC de 64 bits, hay una  procedimiento que debe seguir: 1. Inserte el CD con G09 y copie su contenido en su computadora. Cualquier carpeta hará Copié directamente en el directorio: C \. 2. Abrir el directorio que contiene G09 3. Encuentra el archivo g09w.exe 4. Haga clic con el botón derecho en el archivo exe, seleccione Propiedades, aparecerá una nueva ventana 5. Vaya al menú Compatibilidad 6. Coloque una marca de verificación junto a: Ejecutar como administrador (esto debe activar casillas de verificación) 7. Coloque una marca de verificación junto a: Ejecute este programa en compatibilidad con (seleccione Versión de Windows que está utilizando) La instalación requiere el CD gaussiano y una clave de registro.

V ISUALIZATION S OFTWARE ChemDraw (ChemBio 3D Ultra) y Avogadro (v.1.0.3) los softwares se pueden utilizar para la visualización.

V IDEO T UTORIALS

Si prefieres ver videos en vídeo para una mejor comprensión, vea a continuación: • Parte 1: http://www.youtube.com/watch?v=LOZswm07j0U&feature=  plcp • Parte 2: http://www.youtube.com/watch?v=6O4DEoETAnU&feature=  plcp • Parte 3: http://www.youtube.com/watch?v=_REn2MsqUc4&feature=  plcp • Parte 4: http://www.youtube.com/watch?v=WpyqqDwspoo&feature=  plcp • Parte 5: http://www.youtube.com/watch?v=AScn1OuyBoY&feature=  plcp O buscar "Avogadro con Gaussian Tutorial" en Youtube.

1.1 I Nput La entrada para G09 puede tener las siguientes extensiones: • Archivo de entrada gaussiano: .gjf  • Archivo de control de lotes: .bcf  • Avogadro Archivo de entrada: .com • Archivo de texto: .txt G09 Tutorial - AT  página 5 de 34 Página 6

La entrada se puede hacer manualmente o venir de otro software, como ChemDibujar (3D) o Avogadro. La entrada de G09 consta de las siguientes partes, Figura 1: Figura 1: Ventana de entrada G09 Esta ventana aparece cuando hace clic en Archivo → Abrir → ... en la ventana  principal de G09 ventana. • La primera línea: especifica la ruta al archivo que acaba de cargar. • Sección: especifica el nombre del archivo de punto de control (.Chk) • Sección Ruta: especifica el conjunto de bases, el modelo teórico y el tipo de trabajo que desea realizar • Sección Título: especifica el nombre del trabajo (sólo para la facilidad del usuario) • Charge, Multipl .: especifica la multiplicidad de carga y de giro de la corriente molécula separada por un espacio. • Especificación de la molécula: especifica los átomos y sus coordenadas ← esto es lo que queremos de la entrada de ChemDraw y Avogadro, de lo contrario,

necesidad de calcular las coordenadas a mano. Más detalles sobre cada sección de la entrada están disponibles en la sección (3.0) G09 Tutorial - AT  página 6 de 34 Página 7

1,2 O utput Para ejecutar el trabajo G09, haga clic en el botón RUN, en el panel derecho de la entrada de trabajo (Figura 1). La salida tiene sólo una extensión: .out. Usted será rápido  para guardar el archivo de salida antes de cerrar el programa G09.

1,3 V ISUALIZATION Este tutorial utilizará el software Avogadro para la visualización de la salida G09. Abierto el archivo .out en Avogadro, su molécula de entrada debe aparecer en la pantalla de visualización. Una demostración detallada de Avogadro está disponible en las dos primeras  partes del video tutoriales.

N OTA Si intenta visualizar cosas que no ha calculado usando G09, el programa se congelará MODELO

 1,4 C OMPUTATION

Los modelos matemáticos utilizados para realizar los cálculos se denominan FEM (Final Element Method) y el método Symplex. Utilizando matrices, este método corta la  Ndimensional en pequeños sub-sistemas que pueden ser descritos por N lineal equaciones. Estas ecuaciones pueden resolverse tan pronto como se resuelve una de ellas. Por lo tanto, uno debe tomar una conjetura de la solución y luego, recursivamente resolver todos los demás. Una vez que se obtienen todas las soluciones, se puede modificar la conjetura inicial y repetidas. Este proceso se ejecuta hasta que la nueva solución da el mismo resultado como en la iteración anterior. Esto se llama convergencia. Debido a que la conjetura inicial puede estar muy lejos del valor real, muchos miles de

iteraciones son a menudo necesarios. El conjunto de bases seleccionadas influye, entre otras, en la calidad de las conjeturas, mientras que el modelo teórico influye en el tipo de que las matrices estarán sujetas. El cálculo se detiene tan pronto como el resultado converge, sin embargo, la convergencia no no significa que el sistema haya alcanzado su mínimo. Es muy probable que el mínimo en realidad es sólo un punto de sillín en la superficie potencial, pero el programa no será consciente de esto. El usuario debe tener cuidado con esto, y realizar siempre una comprobación de la estabilidad del sistema. Esto se hace perturbando el sistema "estable" y volver a calcular el mínimo. Si la salida es la misma, se puede suponer que la energía obtenida es el mínimo total. DETALLES  F o más en el MATH:  [3]

2 F IRST MIRA un cálculo Esta sección describirá cómo hacer un cálculo simple en G09 usando Avogadro. Todas las partes de este procedimiento (y más) se explican más detalladamente en correspondientes. Vamos a ver.

2.1 Ejemplo 1: S INGLE P OINT E NERGY DE W ATER  Vamos a calcular la energía de punto único del agua. Para esto, abriremos  primero Avogadro y dibujar la molécula (Figura 2). Si piensa que va a reutilizar esta molécula en Avogadro, puede guardarla con una .cml extensión. NOTA Es buena práctica guardar todas las partes de su trabajo a lo largo del camino! G09 Tutorial - AT  página 7 de 34 Página 8

Figura 2: molécula de agua en Avogadro Ahora, busque el botón Extensiones en la barra de tareas superior y seleccione "Gaussain ..."  bajo esta pestaña. Debe aparecer una nueva ventana (Figura 3). Usted necesita cambiar (A) a "agua"; (B) a energía de punto único, y haga clic en el Generar el botón. Guardar como waterSP.com. Cerrar esta ventana, minimizar Avogardo y

abierto gaussiano. En G09, haga clic en Archivo> Abrir> waterSP.com. NOTA Si no puede encontrar el archivo, seleccione "Todos los archivos" en lugar de entrada de Gauss Archivos (esquina inferior derecha). Una vez que la entrada se haya cargado y todos los parámetros estén configurados correctamente, haga clic en el botón Ejecutar el botón (primero en la parte superior derecha). Esto comenzará el cálculo después de solicitarle  para guardar la salida final. Guardar como waterSP.out. El trabajo finaliza una vez que se muestra el mensaje "Procesamiento completo" como se muestra en la Figura 4. ¡No olvide leer la cita impresionante en el extremo de la salida! Ahora, analicemos Los resultados. Para ver más claro, puede cargar la salida en el Bloc de notas, haciendo clic en el botón de la lupa en la esquina superior derecha de la ventana. Para una vista general de la salida, consulte los tutoriales en vídeo. Justo antes del análisis de Población verá lo siguiente: SCF Hecho: E (RHF) = -76,0067942514 AU después de 10 ciclos Esta es la energía de punto único (similar a la energía libre de formación) del agua! (unidades = Hartrees) Las siguientes secciones describirán con más detalle cada parte de un cálculo y mostrará cómo hacer otros tipos de cálculos. G09 Tutorial - AT  página 8 de 34 Página 9

Figura 3: (A) Nombre del trabajo, (B) tipo de cálculo, (C) modelo teórico, (D) Base conjunto, (E) carga y multiplicidad, (F) la sección de ruta que se dará a G09. (GRAMO) las coordenadas moleculares.

3 DETALLES G AUSSIAN I Nput 3.1 L INK  0 Esta primera línea de la entrada normalmente contiene el nombre del archivo de  punto de control para Este tutorial no cubre el uso de archivos .Chk, pero  puede aprender sobre ellos desde el manual de referencia.

3,2 R TINERARIO  S ECCIÓN

Esta sección contiene las instrucciones para un trabajo que desea que G09 ejecute. La entrada  para esta sección es la siguiente: #X Modelo teórico / base Tipo de cálculo Opciones • #: signo obligatorio para iniciar la sección de ruta. • X: especifica la cantidad de detalle que desea adquirir: X = T (salida concisa); X = P (salida máxima); X = N (salida normal). • Modelo teórico: palabra clave que indica a G09 qué modelo teórico utilizar  (ex: RHF) Ver más detalles sobre los modelos teóricos en la sección 4. • Conjunto de bases: especifica la base establecida para su uso (por ejemplo: 631G (d)). Ver más detalles sobre en la sección 5. • Tipo de cálculo: especifica una o más palabras clave para los trabajos de G09 separados por un espacio. Vea más detalles sobre los tipos de cálculos en la sección 6. G09 Tutorial - AT  página 9 de 34 Página 10

Figura 4: Cálculo de SP de agua Trabajo completado con éxito • Opciones: especifica opciones adicionales para este trabajo.

3,3 M MOLECULAR  S STRUCTURA Esta sección suele estar compuesta por los átomos y la coordenada cartesiana o Z-matriz. nados. Es posible calcular e introducir las coordenadas manualmente, pero es mucho más fácil de obtener a través de software como Avogadro o ChemBio 3D Ultra. ChemDraw se puede utilizar únicamente para hacer la molécula de entrada. Una vez que la molécula se crea y optimiza, guárdelo como un archivo .gjf. Tendrá que modificar la entrada de la otros campos manualmente una vez que el archivo se cargue en G09. ChemDraw  proporciona las coordenadas, pero nada más. Avogadro puede generar fácilmente las entradas G09 más populares (Opt, Freq, SP). Para ver how, consulte los tutoriales en video (enlaces anteriores) o la sección de ejemplo. En breve, una vez que la molécula es dibujada y optimizada, haga clic en Extentions (en la  parte superior) → Gaussian ... →.

Para crear una entrada G09, haga clic en Generar ... y guárdelo como un archivo .com (mostrado en Figura 5). Este archivo debe cargarse en G09 para su posterior procesamiento.

4 ODELOS T HEORETICAL M 4.1 W HAT es un modelo teórico? En resumen, un modelo o método teórico es una forma de modelar un sistema cífico de aproximaciones. Estas aproximaciones se combinan con un cálculo y se aplican a los orbitales atómicos, definidos por el conjunto de bases (ver sección 5), para calcular orbitales moleculares y energía. En general, los métodos G09 Tutorial - AT  página 10 de 34 Página 11

Figura 5: Entrada de Avogadro para G09 se pueden separar en 4 tipos principales: semiempirical, ab initio, densidad funcional, mecánica molecular. La selección del modelo teórico depende del tamaño de la el sistema y el nivel de aproximación. Véase "Diagrama de flujo del modelo teórico" (Appendinx) para una manera rápida de seleccionar el método correcto.

4.2 Métodos ab initio Este tipo de cálculo se basa únicamente en principios teóricos, sin los datos. Los numerosos métodos tienen el mismo enfoque b ásico, pero difieren en las aproximaciones matemáticas utilizadas. Estos son los tipos más populares de modelos, a pesar del hecho de que los cálculos tardan increíblemente mucho tiempo.

4.2.1 E JEMPLOS DE métodos ab initio HF Hartree-Fock es el modelo básico ab initio. Utiliza la aproximación que Se puede promediar la repulsión có- lombica de electrones y electrones, en vez de considerar exinteracciones de repulsión plicit (aproximación de campo central). Hay dos maneras de calcular orbitales moleculares usando HF: UHF (sin restricción) o RHF (restringido). UHF utiliza un orbital separado para cada electrón, incluso si están emparejados (utilizados para iones, exestados citados, radicales, etc.). RHF utiliza la misma función espacial orbital  para electrones

en el mismo par (bueno para especies con electrones pareados, sin contaminación de spin). El principal inconveniente del método de HF es la exclusión de la correlación de electrones. los los siguientes modelos comienzan con un caluculado de HF y luego corrigen la repulsión de electrones. ción. G09 Tutorial - AT  página 11 de 34 Página 12

MP N La teoría de la perturbación de Moller-Plesset se denomina MPn (n = 2, ..., 6). En la práctica tice, MP2 y MP4 son los únicos métodos utilizados, ya que los otros n también son computacionalmente caro o no mejoran significativamente los resultados con un menor nivel de complejidad. Cálculos de interacción de configuraciones CI se utilizan con mayor frecuencia  para los estados excitados. CI puede ser muy preciso, pero también son muy caros de CPU.

4.3 MÉTODOS S EMIEMPIRICAL Los métodos semi-empíricos utilizan un cierto número de da tos experimentales el cálculo. Por ejemplo, las longitudes de enlace de un tipo específico tendrán una longitud fija independientemente del sistema (el enlace C = C siempre se tomará como 134  pm, para ejemplo). Esto acelera dramáticamente el tiempo computacional, pero en general no es muy exacta. Por lo general, los métodos semi-empíricos se utilizan para sistemas muy grandes, ya que  pueden manejar grandes cantidades de cálculo.

4.3.1 E JEMPLOS MÉTODOS DE semiempíricos ZINDO Este método fue parametrizada para reproducir espectros electrónicos. Es más a menudo utilizado para calcular transiciones UV. AM1 Austin Modelo 1 es un método que se utiliza con mayor frecuencia para modelar moléculas orgánicas.

4,4 D ensity F unctional T HEORY Los métodos de DFT son cada vez más populares porque los resultados obtenidos

son comparables a los obtenidos utilizando métodos ab initio, sin embargo el tiempo de CPU es drásticamente reducido. DFT difiere de los métodos basados en cálculos de HF en la forma que es la densidad electrónica que se utiliza para calcular la energía en lugar de una onda función.

4.4.1 E JEMPLOS MÉTODOS DE DFT B3LYP Este es el modelo más popular de la DFT. Este método se llama para ser un híbrido,  porque se usan correcciones para las correlaciones de gradiente e intercambio. Método PW91 Gradient-corregido. VWN Basado en una aproximación de densidad local.

4,5 M MOLECULAR  M ecánica ¿Cuál es el sistema con el que estás trabajando es gigante? Sin pánico, todavía  puedes modelar ¡eso! Esto es posible utilizando la mecánica molecular. Métodos MM aproximados de átomos como esferas y enlaces como manantiales. Utilizan una ecuación algebraica para el cálculo energético. culación, no una función de onda o densidad electrónica. Las constantes de la ecuación se obtienen a partir de datos experimentales u otros cálculos y se almacenan en un  biblioteca. La combinación de constantes y ecuaciones se denomina campo de fuerza. Estas los cálculos son tan simples que ni siquiera es necesario realizarlos en un como G09. ¡Puedes ejecutar tu cálculo justo en Avogadro!

4.5.1 E JEMPLOS MÉTODOS DE MM UFF fuerza de campo universal es el método utilizado en Avogadro por defecto. Puede ser utilizado en moléculas orgánicas e inorgánicas. MMFF Merk Molecular fuerza de campo es otro modelo de propósito general, que se utiliza principalmente con sistemas orgánicos. G09 Tutorial - AT  página 12 de 34 Página 13

5 B ASIS S ETS 5,1 W SOMBRERO ES UN SISTEMA DE BASE Y PORQUE ES SU SELECCIÓN IMPORTANTE?

Un conjunto de base es un conjunto de funciones de onda que describe la forma de los orbitales atómicos (AOs). Los orbitales moleculares (MOs) se calculan usando la teoría teórica seleccionada mediante la combinación lineal de los AOs (LCAO). No todos los modelos teóricos requieren el usuario a elegir una base para trabajar con. Por ejemplo, los modelos PMn (n = 3, ..., 6) utilizar un conjunto de bases internas, mientras que ab initio o teoría de la densidad funcional requieren una base conjunto de especificaciones. El nivel de aproximación de su cálculo está directamente relacionado al conjunto de bases utilizado. La elección es un equilibrio entre la exactitud de los resultados y tiempo de CPU.

5.2 A BIT DE THEORY: S TARDE VS G AUSSIAN Ambos orbitales de tipo de pizarra (STO) y orbitales de tipo gaussiano (GTO) se utilizan para describir AOs. Las STOs describen la forma de AOs más de cerca que GTOs,  pero GTOs tienen una ventaja imbatible: son mucho más fáciles de calcular. De hecho, es más rápido  para calcular varios GTOs y combinarlos para describir un orbital que calcular uno STO! Esta es la razón por la que las combinaciones de GTOs se utilizan comúnmente para describir STOs, que a su vez, describen AOs. Sí, un poco complicado, pero los ordenadores no les importa. Existen otras diferencias entre STOs y GTOs, pero no serán cubiertas aquí. Figura 6: Slater VS Gaussian Tipo de funciones [4]

5.3 T IPOS DE B ASIS S ETS Y N flotación 5.3.1 M INIMAL Estos conjuntos de bases utilizan sólo una función para cada AO. STO - nG (n = 2, ..., 6) significa que n GTOs se utilizan para describir una STO, y sólo un STO se utiliza para describir un AO (solo Zeta). Normalmente n <3 da resultados demasiado pobres, por lo que STO-3G se llama el G09 Tutorial - AT  página 13 de 34

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mínimo conjunto de base. Se utilizan conjuntos de base mínima para los resultados cualitativos, muy grandes moléculas o resultados cuantitativos para moléculas muy pequeñas (átomos).

5.3.2 S PLIT V ALENCIA Estos conjuntos de bases también se llaman conjuntos de b ase Pople y permiten especificar el número de GTO para usar para electrones de núcleo y de valencia por separado (tamaño ajustable). Estas son doble Zeta (2 funciones por AO) o triple Zeta. La notación es la siguiente: K-LMG, donde • K = número de GTO de shell interno de tipo sp • L = número de GTOs internas de valencia s y p • M = número de GTOs de valencia externa s y p • G = indica que se usan GTOs

P OPLE los conjuntos de bases se emplean generalmente para las moléculas orgánicas: • 3-21G: 3 GTOs para la cubierta interna, 2 GTOs para la valencia interior, 1 GTO para la valencia • 4-31G • 4-22G • 6-21G • 6-31G • 6-311G: 6 GTOs para el orbital del núcleo, 3 GTOs para la valencia interior, 2 GTOs diferentes  para la valencia externa (triple zeta) • 7-41G

P OLARIZED Los conjuntos de bases de Pople pueden ser modificados para obtener una aproximación que mejor describe el sistema con el que está trabajando. Esto puede hacerse, por ejemplo, dejando que los AOs distorsionen su forma original (se polarizan bajo la influencia de los alrededores). La polarización se puede añadir como * o (d). • (d) o * tipo: las funciones de tipo d añadidas a átomos distintos de los Hidrogenos y Funciones de tipo f añadidas a metales de transición • (d, p) o ** tipo: funciones de tipo p añadidas a Hidrógenos, funciones de tipo d

añadido a todos los demás átomos, las funciones de tipo f añadidas a los metales de transición EX: 6-31G (d) o 6-31G **

D IFFUSE Los conjuntos de base de Pople también se pueden modificar dejando que el electrón se mueva lejos lejos del núcleo, creando orbitales difusos. Esta modificación es útil cuando trabajando con aniones, estados excitados y moléculas con parejas solitarias. Funciones difusas  pueden añadirse como + o ++ delante del G. • +: funciones difusas añadidas a átomos distintos de los Hidrogenos • ++: funciones difusas añadidas a todos los átomos G09 Tutorial - AT  página 14 de 34 Página 15

EX: 6-31 + G (d) o 6-31 ++ G (d) 5.3.3 C ORRELATION  - CONSISTENTE Todos los conjuntos de bases descritos hasta ahora se optimizaron a un nivel de Hartree-Fock. Sin embargo, es legítimo dudar de que esta optimización no sea la mejor para correlacionados. Thom Dunning creó un conjunto de conjuntos de bases optimizados correlacionadas (CISD). Se les denomina cc-pVXZ, donde: • cc = indica que es una base consistente en la correlación • pV = indica que es una base de valencia polarizada • XZ = indica el número zeta (X = D para doble, T para triple, Q para cuadruple 5,6,7) El prefijo aug- se puede utilizar para añadir funciones difusas. EX: cc-pVDZ o Ago-cc-pVTZ

5.3.4 U con tenido T IPS desde D AVID S HERRILL [5] • un conjunto de base más grande no siempre es el mejor! (por ejemplo: cc-pVQZ es exceso para RHF) • STO-3G debe utilizarse sólo en sistemas muy grandes • los aniones deben tener funciones difusas • generalmente cc-pVDZ es equivalente o peor que 6-31G (d, p) • usualmente cc-pVTZ es mejor que 6-311G (d, p) o similar • La convergencia de los métodos ab initio es muy lenta

5.3.5 C OMPARACIÓN entre P OPLE y establece BASIS CC Estos son aproximadamente equivalentes: 6-31G ← → cc-pVDZ

6-311G ← → aug-cc-pVDZ 6-31 + G (d) ← → cc-pVTZ 6-311 + G (d) ← → aug-cc-pVTZ 6-31 ++ G (d, p) ← → cc-pVQZ 6-311 ++ G (d, p) ← → aug-cc-pVQZ Estas son sólo algunas de las posibilidades disponibles. Ver más detalles sobre los conjuntos de base en G09: [6].

6 T IPOS DE CÁLCULO Gaussian 09 es un potente software que puede realizar una multitud de cálculos en una molécula dada. Aquí está una lista corta de los tipos más útiles de trabajos. Si tu necesitan más detalles, consulte el Manual de Referencia Gaussiano. Hay una copia impresa disponible en la oficina del laboratorio, así como una versión en línea disponible en [7]. NOTA Si se trabaja con un sistema desconocido (es decir, no hay valores de referencia), que debiera SIEMPRE realizar un control de estabilidad. Véase la sección 5.4. G09 Tutorial - AT  página 15 de 34 Página 16

6,1 G EOMETRY O PTIMIZATION PALABRA CLAVE: Opt 6.1.1 W SOMBRERO ES? La optimización de la geometría es un nombre para el procedimiento que intenta  para encontrar la configuración de energía mínima de la molécula. los  procedimiento calcula la función de onda y la energía en un geometría y luego procede a buscar una nueva geometría de una ergia Esto se repite hasta que se encuentra la geometría de energía más baja. los  procedimiento calcula la fuerza sobre cada átomo evaluando la gradiente ent (primera derivada) de la energía con respecto a las posiciones atómicas. En cada paso se utilizan algoritmos sofisticados para seleccionar un nuevo geometría, buscando una convergencia rápida a la geometría de la energía. En la geometría de energía mínima final, la fuerza en cada átomo es cero. Es importante reconocer que este procedimiento no esencialmente el mínimo global, es decir, la geometría con el energía. Por su naturaleza, una búsqueda sucesiva de un mínimo encuentra una mínimo pero no necesariamente el más bajo. De hecho, la optimización procuando se encuentra un punto estacionario, es decir, un punto donde las fuerzas

en los átomos son cero, y esto puede ser también un punto de selle (es decir, un transiestructura de la empresa). Esto ocurrirá particularmente si restringimos la simetría de la molécula y no permiten al programa buscar el espacio completo de grados configuracionales moleculares de libertad. [...] Es siempre un  buena idea para iniciar un procedimiento de cálculo de optimización de geometría con un conjunto de base pequeño y un método relativamente pobre antes de pasar a el conjunto de bases y el método de elección para un problema particular. Usted  puede a continuación, iniciar la optimización de la geometría final a partir de la geometría seleccionada  por el enfoque más simple y menos preciso. Incluso podemos usar el segundo derivados de la energía con respecto a las coordenadas atómicas (obtenido durante el proceso de optimización o desde una carrera de frecuencia 1) hasta mejorar la optimización de la geometría. [8] Véase también: [9]

6.1.2 F O SU J OB Lamentablemente, ni la optimización geométrica de Avogadro ni la de ChemDraw,  puede confiar plenamente, por lo que para cualquier trabajo que haga, debe optimizar su molécula antes de realizar cualquier cálculo. Es importante optimizar la geometría en la software de dibujo también, antes de generar las coordenadas de entrada G09. Hacer esto por runcalcular un cálculo de optimización de geometría MM directamente en Avogadro. Alguna pequeña moléculas no requieren este paso, pero si quieres estar seguro, hazlo de todos modos. los Lo malo de la optimización es que para las moléculas más grandes 2 cosas  pueden suceder. 1. La optimización no converge → error, el proceso se detiene (ver sección 10.1) 2. Puede tomar mucho tiempo. Así que no hay estrés, tienes suficiente tiempo  para tomar un café descanso. Probablemente más de uno. Por eso, es útil guardar las estructuras optimizadas en caso de que necesite realizar varios cálculos sobre la misma molécula y evitar rehacer el Opt. A asegúrese de que la estructura obtenida es estable debe hacer lo siguiente:

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1. realizar un cálculo estable = Opt → ver sección 6.4 2. hacer un análisis vibratorio (Freq) para asegurarse de que no hay una frecuencia imaginaria → ver sección 6.3

6.1.3 INFORMACIÓN W SOMBRERO Qué saca de este cálculo? 1. Coordenadas atómicas de la molécula optimizada 2. Parámetros optimizados: distancias atómicas y ángulos 3. HOMO / LUMO eigenvalues (Hartrees) 4. Cargas atómicas de Mulliken (corto) 5. Momentos dipolos M ORE detalles aquí: [10] Véase el ejemplo 2 de la sección 9.

 6,2 S INGLE POINT PALABRA CLAVE: SP 6.2.1 W SOMBRERO ES? ENERGY

Este procedimiento simplemente calcula la energía, la función de onda y otras propiedades solicitadas en una sola geometría fija. Por lo general se hace  primero en el comienzo de un estudio sobre una nueva molécula para naturaleza de su función de onda. También se lleva a cabo frecuentemente después de una optimización de la geometría, pero con un conjunto de bases más método que es posible con el conjunto de bases y el método utilizado para mizar la geometría. Así, para sistemas muy grandes la geometría puede ser optimizado en el nivel de Hartree-Fock con el (relativamente pequeño) 3-21G  pero luego se exploran las diferencias de energía entre isómeros con métodos más precisos y conjuntos de bases más amplios. [8] Véase también: [9]

6.2.2 F O SU J OB Esta palabra clave es la predeterminada, y se supone si no se especifica ninguna  palabra clave en la sección de ruta. G09 encontró errores sistemáticos en las frecuencias y Energías de punto cero. Los factores de escala varían de acuerdo con las diferentes teoríasy los conjuntos de bases utilizados para el cálculo. Tabla 1 (Factores de escala  para Freq y ZPE / Thermal), que se puede encontrar en el Apéndice, los factores de corrección recomendados para estos cálculos. [10, 11]

6.2.3 INFORMACIÓN W SOMBRERO Qué saca de este cálculo? 1. Energía de punto único (Hartrees) 2. Simetrías orbitales 3. Cargas atómicas de Mulliken (corto) 4. Momentos dipolos + Ver ejemplos 1 y 4 en la sección 9. G09 Tutorial - AT  página 17 de 34 Página 18

6.3 F REQUENCIES Y T HERMOCHEMISTRY PALABRA CLAVE: Frec 6.3.1 W SOMBRERO ES? Esta palabra clave indicará a G09 para calcular las vibraciones de la molécula en cuestión, junto con otros parámetros que puede elegir incluir o borrar de La salida. Cada análisis vibratorio incluye también una sección de termoquímica  por defecto. Si desea saber cómo G09 calcula estos valores, lea [12-14]. Si genera la entrada para G09 usando Avogadro, entonces la palabra clave Opt será automáticamente añadido delante de Freq, y el cálculo se ejecutará en 2 pasos. Debido a que las frecuencias moleculares dependen de la segunda derivada de la energía con respecto a las posiciones nucleares, debe asegurarse de que la teoría modelo elegido para el cálculo calcula las derivadas secundarias (ej: HF, B3LYP, MP2, CASSCF). Modelos teóricos ab initio y DFT son conocidos para dar el mejor resultados (basados en valores experimentales). NOTA: Debe utilizar la misma combinación de modelo y base teórica para el conjunto tanto los cálculos de Opt y Freq.

6.3.2 F O SU J OB Lo más probable, haría un análisis vibratorio para asignar los picos de un experimento. espectro obtenido iminentemente a vibraciones específicas. Visualización con Avogadro software puede ser muy útil, sin embargo, como regla general, los siguientes ser utilizado: estiramientos de enlaces> curvas de enlace> torsiones de enlaces (en orden decreciente energía).

S titulándose

Las frecuencias generadas deben ser escaladas de acuerdo a la teoría método y conjunto de bases utilizados. Una breve lista de los factores de escala se recoge en la Tabla 1 del Apéndice, pero se puede encontrar una lista completa en [11]. Tenga en cuenta que la escala los factores para las frecuencias y para las energías de punto cero son diferentes! Puede ingresar la factor de escala a utilizar para el análisis termoquímico utilizando la palabra clave Escala como opción (por ejemplo: "Escala = 0.95").

S sTABILIDAD La estabilidad de su molécula se puede comprobar fácilmente verificando si existen frecuencias imaginarias (negativas). Las frecuencias imaginarias indican inestabilidad de la geometría molecular. Además, sabiendo que cada molécula debe tener ya sea 3N-6 o 3N-5 modos vibracionales, se puede notar que hay más frecuenciamás de lo que se suponía Estos son los modos de traslación y rotación y sus intensidades deben acercarse a cero (+/- 10). Grandes intensidades para estas frecuencias es otra manera de verificar la estabilidad de su molécula. Ver más en p.72 de [10].

Me MAGINARY FRECUENCIAS Las frecuencias negativas indican inestabilidad en la molécula o, en otras palabras, puntos de sillín en la superficie de energía potencial. Una molécula estable no debe tener frecuencias imaginarias, un estado de transición debe tener uno (1er orden sillín), mientras que más de una frecuencia imaginaria significa que hay una  problema con la geometría de su molécula.

A FRECUENCIAS NHARMONIC Por defecto, G09 calcula las frecuencias basadas en haraproximación del oscilador monico (derivado de segundo orden con respecto a los núcleos movimiento). Si desea obtener resultados más precisos, puede utilizando correcciones anarmónicas, es decir, calculando derivados de orden superior. por esto, agregue la palabra clave "Anharmonic" en la sección de ruta. G09 Tutorial - AT  página 18 de 34

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R AMAN Si desea agregar intensidades Raman a la salida, agregue la palabra clave "Raman" a la sección Ruta.

T HERMOCHEMSITRY Por defecto, se calculan varios valores termodinámicos durante un análisis vibratorio. Puede cambiar los parámetros de la termoquímica (tem presión, ect) escribiendo Freq = ReadIsotopes en la sección Route. Tha los valores obtenidos se basan en hipótesis de gas ideal. Vea ejemplos en el tutorial de video Parte 5.

6.3.3 INFORMACIÓN W SOMBRERO Qué saca de este cálculo? 1. Coordenadas atómicas de la molécula optimizada 2. Los parámetros optimizados: distancias atómicas y ángulos valores propios 3. HOMO / LUMO (Hartree) 4. Mulliken cargas atómicas (corto) 5. momentos dipolares 6. energía de punto único 7. frequnecies armónico (números de onda) 8. masas reducida (amu) 9. constantes de fuerza 10. IR intensidades 11. intensidades Raman (no por defecto) 12. termoquímica (una temperatura (B) Presión (C) isótopos utilizados (D) Masa molecular (E) de energía térmica: E (térmica) (F) la capacidad de calor molar de volumen constante (CV) (G) La entropía (S) (H) Energía Libre (suma de las energías libres electrónicos y térmicos) (I) Entalpía (suma de entalpías electrónicos y térmicos)

6,4 S STABILIDAD COMPROBACIÓN PALABRA CLAVE: Estable G09 Tutorial - AT  página 19 de 34 Página 20

6.4.1 W SOMBRERO ES ? El cálculo de la estabilidad determina si la función de onda com-

 puted para el sistema molecular es estable o no: en otras palabras, si hay una función de onda de energía inferior correspondiente a un SO- diferente lución de las ecuaciones de SCF. Si la función de onda es inestable, entonces cualquiera que sea cálculo que está realizando no se está haciendo en la ex estado de la molécula que se sospecha vienen / desea. La estabilidad de las soluciones de SCF  para sistemas desconocidos siempre debe ser probado. estabilidad consideraciones se aplican y pueden ser probados en los cálculos utilizando métodos DFT como también. [10] SCF = Auto campo consistente DFT = densidad teoría funcional

6.4.2 I N G09 La palabra clave Estable hace que el programa para calcular una función de onda como de costumbre y a continuación para determinar si el determinante resultante es un local de mínimo con los grados de libertad especificados toma en consideración. El valor por defecto es poner a prueba para todas las inestabilidades pero no  para volver a optimizar la función de onda. Si Estable = Opt se especifica, por defecto la función de onda se le permite ser sin restricciones en caso necesario. [15]

6.4.3 F O SU J OB La salida contendrá entonces un mensaje que indica si el sistema es estable o no bajo el "análisis de estabilidad": • Mensaje de geometría estable - La función de onda es estable bajo las perturbaciones consideradas. • Mensajes de geometría inestable - La función de onda tiene un RHF → inestabilidad UHF. - La función de onda tiene la inestabilidad interna.

6,5 M MOLECULAR  O RBITALS Y P OBLACIÓN  A NÁLISIS PALABRA CLAVE: Pop = X; X = Ninguno, Reg, completa, NBO, ... 6.5.1 W SOMBRERO ES ? P ANÁLISIS OBLACIÓN Análisis de la población es una forma matemática de la partición de una ola función o la densidad de electrones en cargas de los núcleos, órdenes de enlace, y otra información relacionada. Estos son probablemente los más ampliamente Resultados usados que no son observables experimentalmente. c argas atómicas no puede ser observado experimentalmente, ya que no se corresponden con cualquier propiedad física única. En realidad, los átomos tienen un núcleo  positivo rodeado por electrones negativos, no cargas parciales en cada átomo.

Sin embargo, la densidad de electrones de condensación y cargas nucleares a abajo cargas parciales sobre los resultados núcleo en una comprensión de la elecdistribución de la densidad tron. Estos no son números enteros cargos formales,  pero G09 Tutorial - AT  página 20 de 34 Página 21

en lugar de fracciones de un electrón correspondientes al porcentaje de tiempo un electrón es cerca de cada núcleo. Aunque este es un as- artificial signment, es muy eficaz para la predicción de sitios susceptibles a nucleataque ophilic o electrófilo y otros aspectos de la interacción molecular ción. Estas cargas parciales corresponden bien a la vista de la farmacia de enlaces iónicos o covalentes, polaridad, y así sucesivamente. Sólo el com- más iónica libras, tales como haluros de metales alcalinos, tendrán número casi toda cargos Organo-metálicos normalmente tienen cargas del orden de +/0,5. Los compuestos orgánicos a menudo tienen cargas alrededor de +/- 0,2 o menos. [1]

P CARGAS ARTIAL : El análisis Mulliken es el método de análisis de la población más común, también es uno de los peores y se utiliza sólo porque es uno de los más antiguos y más simple. [...] En el análisis Mulliken mitad de la población se superponen se asigna a cada orbital contribuyendo, dando a la población total de cada AO. Sumando sobre todos los orbitales atómicos en un átomo específico da  Nos la población atómica bruto. [dieciséis] ¡ADVERTENCIA!  Mulliken método es extremadamente sensible base fija! Por lo general, cuanto más pequeño el conjunto de base, la mejor (para cálculos de energía opuesta).

6.5.2 F O SU J OB Pop = palabra clave X

X = N ONE ninguna información orbital está representada

X = R EG HOMO-LUMO 5 hasta + 5 está representada la información orbital

X = F ULL todos los orbitales está representada la información X = NBO análisis Mulliken se sustituye por Bond-Natural Order análisis

X = MK, C HELP , OR  C HELP G cargos producen encaja a potencial electrostático (ESP) G09 utiliza el análisis de Mulliken por defecto. Recuerde que si tiene que enorbitales ergies, seleccionar un conjunto base más grande, si necesita cargas parciales, seleccione base mínima conjunto. Es muy bien utilizar los resultados obtenidos del análisis de Mulliken  para una cualitativa visión general de cargas parciales, pero estos valores no son fiables y no pueden ser com pelado con los de la literatura! Si necesita resultados cuantitativos, se debe hacer  por ejemplo un análisis Natural Bond-Order (NBO) o utilizar cargas electrostáticas (ESP). NBO ¿Cómo es diferente de análisis NBO Mulliken?  NBOs son un conjunto ortonormal de "ocupación máxima" localizada orbitales cuyas principales N / 2 miembros (o miembros de N en el-shell abierto caso) dar la más exacta posible Descripción Lewis-como del total densidad N-electrón. [17]  NBO utiliza funciones propias de la matriz de reducción de la densidad de primer orden, localizada y ortogonalizado. ESP Este método utiliza el potencial electrostático para calcular los cargos en los núcleos. ESP suele ser el mejor para describir interacciones de carga con otras especies, pero requieren cantidad significativa de tiempo de CPU. G09 Tutorial - AT  página 21 de 34 Página 22

6.5.3 W INFORMACIÓN SOMBRERO Qué saca de este cálculo  ? 1. coordenadas atómicas de la molécula optimizada 2. Los parámetros optimizados: distancias atómicas y ángulos 3. número seleccionado de valores propios orbitales (Hartree) 4. Los orbitales población 5. Atómica cargos (parciales) (análisis completo) 6. momento dipolar 7. energía de punto único cargos derivados 8. potencial electrostático (con palabra clave ESP)

6.6 UV-V ES Y E lectronic TRANSITIONS

PALABRA CLAVE: TD o CIS o ZINDO 6.6.1 W SOMBRERO ES ? La mayoría de las moléculas han unido mayor energía estados electrónicos excitados Además de la planta estado electrónico E 0 . Estos estados pueden ser  pensado como el resultado de la promoción de uno de los electrones de la ocupada orbital en el estado fundamental a una energía superior vacante orbital. La excitación de un electrón desde el orbital ocupado de un orbital mayor energía se produce cuando un fotón con la energía que coincide con la diferencia entre los dos estados interactúa con la molécula. El principio clásico de Franck-Condon dice que debido a que la tracción trasera de guardado de los electrones es mucho más rápido que el movimiento de los núcleos, las configuración nuclear no cambia significativamente durante la energía  proceso de absorción. Por lo tanto, el espectro de absorción de las moléculas es caracterizado por las energías de excitación verticales. [18] Ver también: [19]

6.6.2 F O SU J OB Dependiendo de lo que su sistema es, tiene que elegir trabajar con cualquiera verticalmente cal o energías de excitación adiabáticas. excitaciones verticales se obtienen tomando el diferencia entre la curva de estado excitado de energía potencial y el estado fundamental curva de energía potencial mediante la geometría optimizada de estado fundamental. Esto esta hecho automáticamente para usted el uso de los métodos enumerados a continuación. excitaciones verticales energías se utilizan para un sistema que no tiene tiempo para llegar al equilibrio antes de volver a estado fundamental. excitaciones adiabáticos energías se obtienen mediante la optimización de la primera geometría del estado electrónico excitado y después tomando la diferencia entre excitados y de tierra energías. Esto sólo es posible si los estados excitados son largos vivió. ZINDO Este es un método semiempírico que fue optimizada para calcular electrónico transiciones. También aplicable a los sistemas inorgánicos. G09 Tutorial - AT

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CIS / CIS (D) la interacción de configuración Single-excitación es la forma más fácil de obTain estados excitados energías. cálculo CIS utiliza los OMs optimizadas (para suelo estado) y calcula la energía para mover un electrón a uno de los orbitales virtuales. CIS (D) también incluye correlación de estados excitados, y es un rápido y relativamente buena método. (Siempre utilizar CIS (D) en lugar de CIS) TD Este Cómputo de tiempo dependiente se basa en un método de cálculo DFT. TD-DFT obtiene las funciones de onda de OMs que oscilan entre el estado fundamental y los primeros estados excitados. Puede seleccionar el número de estados excitados para calcular (por ejemplo: TD = NStates = 5). El valor predeterminado es 3. También puede seleccionar qué tipo de transiciones que debe buscar (por ejemplo: TD = Singlets). Para más detalles de TD: [20].

6.6.3 W INFORMACIÓN SOMBRERO Qué saca de este cálculo  ? 1. Planta de transición estado excitado 2. energías de excitación y fortalezas del oscilador 3. electrónico dicroísmo circular (ECD) 4. número seleccionado de valores propios orbitales (Hartree) 5. población Orbitales 6. Análisis Mulliken (corto) 7. momentos dipolares

6,7 P OTENCIAL E NERGY S urface PALABRA CLAVE: Scan 6.7.1 W SOMBRERO ES ? La superficie de energía potencial (PES) es un concepto central en Compu química tational. Un PSA es la relación, matemática o graphical, entre la energía de una molécula (o una colección de moléculas) y su geometría. la aproximación de Born-Oppenheimer dice que en una molécula de los núcleos son esencialmente estacionario en comparación con el electrones. Esta es una de las piedras angulares de la química computacional BEcausa que hace que el concepto de la forma molecular (geometría) significativo,

hace posible el concepto de un sistema de PSA, y simplifica la aplicación de la ecuación de Schrödinger a las moléculas ya que nos permite centrarse en el energía electrónica y añadir en la energía nuclear, la repulsión más tarde. [21] Ver también: [22]

6.7.2 F O SU J OB El escaneo de PSA es algo complicado de instalar ya que se necesita para especificar qué coordinar para "congelar" para el cálculo. Por favor, consulte el Capítulo 8 en [10].

6,8 S OLVATION EFECTO PALABRA CLAVE: SCRF G09 Tutorial - AT  página 23 de 34 Página 24

6.8.1 W SOMBRERO ES ? Es importante recordar que, por defecto G09 utiliza en fase gaseosa para cualquier cálculo. Lo más probable es que usted esté interesado para calcular las propiedades moleculares en solución. Para este fin, usted tiene que elegir entre solvatación añadiendo implícita o explícitamente efectos. añadiendo explícitamente moléculas de disolvente en el sistema, dibujando en Avogadro, es extremadamente costoso computacionalmente. Como alternativa,  puede utilizar la palabra clave SCRF, lo que creará una cavidad disolvente alrededor de su molécula y realizar un cálculo dado. Ver también: [23]

6.8.2 F O SU J OB Es importante optimizar primero la geometría en el disolvente de elección antes de hacer cualquier cálculo. También puede calcular los estados excitados con disolvente  para ver cómo solvatación afecta a las energías de transición. Para obtener una lista de disolventes que están disponibles en G09 compruebe el manual de referencia. EX1: Para calcular la optimización de geometría en metanol, utilizando RHF / 631G (d), la sección del trayecto se verá así:

#n RHF / 6-31G (d) Opt SCRF = (Disolvente = metanol) EX2: Para calcular los estados de transición en metanol, utilizando RHF / 6-31G (d), la Ruta sección se verá así: #n RHF / 6-31G (d) TD SCRF = (Disolvente = metanol)

6.9 O TROS M MOLECULAR  P ROPIEDADES 6.9.1 P OLARIZABILITY PALABRA CLAVE: Polar 6.9.2 F Orcés EN N UCLEI PALABRA CLAVE: Fuerza 6.9.3 M MOLECULAR  V OLUMEN PALABRA CLAVE: Volumen 6.9.4 RMN ANÁLISIS PALABRA CLAVE: RMN 6.9.5 E LECTROSTATIC potencial y  E DENSIDAD Lectron PALABRA CLAVE: cubegen 7 F o un análisis de SUCCESSFULL En esta sección se describen en una palabra los principales pasos para realizar un  buen estudio de una sistema dado. Hay muchas maneras de hacer cálculos, pero un sistemaATIC enfoque le dará más posibilidades de mantenerse en el camino y obtener razonable resultados. G09 Tutorial - AT  página 24 de 34 Página 25

7.1 M de AIN PASOS de un estudio SUCCESSFULL COMPUTATIONAL 7.1.1 S TEP 1: D efinir las límites Usted debe empezar por definir la cantidad de tiempo, energía y están disponibles para la CPU tu estudio. Hay algunos pasos que podrían ser omitida si se deben obtener resultados en poco tiempo. La elección de los modelos teóricos y los conjuntos de base también heavly dePend en tiempo y recursos de la CPU. Si el equipo no es lo suficientemente  potente, se necesitará mucho más tiempo de cálculo que cuando un ordenador más potente es usado.

7.1.2 S TEP 2: S ORDENADOR ET HASTA USTED Para acelerar los cálculos, se recomienda apagar todos los pro-

gramos (excepto G09) en su PC. Los programas como Skype, carpetas abiertas, navegadores de Internet, etc., toda la demanda de energía de la CPU. Apagarlos! Si usted sabe cómo, también apagar todos los otros servicios (si no está seguro, omita este). Asegúrese de que su equipo no lo hace ir a dormir o el modo de hibernación automáticamente después de un cierto  período de tiempo, esto  podría matar a un puesto de trabajo G09.

7.1.3 S TEP 3: D efinir una buena manera de nombrar los JOBS Es crucial tener una notación estricta para todos los trabajos de G09. Por ejemplo, usted  podría usar algo como esto: trans_azo_UFF (MP2_6-31G (d)) _ Opt Esta notación pone el nombre de la molécula seguido por el método MM que se utilizó inicialmente para optimizar la geometría, seguido por el modelo teórico, seguido por el conjunto de base y, finalmente, por el tipo de cálculo realizado.

7.1.4 S TEP 4: D efinir Una molécula madre (Saltar si no se trabaja con biblioteca de moléculas) A partir de una molécula precursora le ayudará a elegir el modelo teórico derecha y establecer bases. Ejecutar varios cálculos usando el mismo modelo teórico,  pero con cada vez mejores conjuntos básicos, se comparan con los valores de la literatura. A continuación, reinicie con una modelo diferente. Esto le mostrará qué combinación genera el error más  pequeño, y por lo tanto suites, el mejor para este caso.

7.1.5 S TEP 5: S UCCESFULL secuencia de cálculos Debe realizar la siguiente secuencia de cálculos para cualquier molécula: 1. Opt Geometría en Avogadro usando MM (UFF o MMFF). 2. Geometría y Opt Frec cálculo en el G09. 3. Compruebe si hay frecuencias imaginarias (ninguno para el estado fundamental, 1 para TS, etc). 4. Si las frecuencias están bien, continuar, de lo contrario, reinicie el opt geometría. 5. Calcular cualquier propiedad que usted necesita. 6. Re-OPT y re-cómputo frecuencias en disolvente (si es necesario). 7. Vuelva a calcular cualquier propiedad que usted necesita en el disolvente (si es necesario). G09 Tutorial - AT

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7.1.6 S TEP 6: R EAD LA SALIDA Se puede utilizar un script llamado "G09 \ salida \ intérprete" que se pueden encontrar en la escritorio de la estación de trabajo de Gauss (PC). Este programa muestra todos los archivos que se encuentran .out en C: \ G09W \ IO \ COMPUTED \ BATCH \ directorio de hecho, pide el archivo que desea trabaja y le permite extraer sólo la información pertinente fuera de él. esto evita desplazarse hacia arriba y hacia abajo para encontrar los valores correctos, y le ahorra un montón de tiempo. No paraconseguir que el archivo .out se debe copiar en el directorio mencionado anteriormente, de lo contrario la lista estará vacía!

8 B ATCH ARCHIVOS : evitar la espera AROUND En esta sección se explicará cómo utilizar el archivo por lotes para acelerar su computacional  proyecto.

8,1 W UÉ B ACTH M ILES ? Un archivo por lotes es un archivo de texto que contiene una lista con formato especial de puestos de trabajo que G09 se completará automáticamente una tras otra, sin la necesidad de que el usuario  para poner en marcha el cálculo físicamente. Dicho archivo tiene una extensión reconocida por .bcf G09. Cuando se crea un archivo por lotes, una lista de todos los trabajos que desea G09 que hacer y el nombres de los archivos de salida correspondientes, a continuación, abra el archivo .bcf en G09, y el inicio el cálculo! ¡Así de fácil!

8,2 H OW CREAR UN . ARCHIVO BCF  ? Para hacer un nuevo archivo por lotes, el puño debe preparar los archivos de entrada por separado utilizando Avogadro. Lo ideal es que los archivos de entrada deben ser independientes entre sí (para evitar errores que se realizarán sucesivamente). Esto significa que la salida de uno de los archivos de la lote no debe utilizarse como entrada para algún otro archivo en el mismo archivo  por lotes.

Una vez que crea los archivos de entrada (.com), guardarlos en la misma carpeta con el nombre "Lote". Si no tiene esta carpeta ya, se debe crear en el G09 directorio. Ahora, abra un archivo en blanco (nuevo) en el Bloc de notas. Las dos primeras líneas de este archivo se debe exactamente de la siguiente manera: ! Nombre del archivo por lotes ! Start = 1 A continuación, siga la lista de archivos de entrada que será en este archivo por lotes, seguido por el nombre de sus archivos de salida correspondientes, separados por una coma. Cada par de entrada y los nombres de salida deben estar en una línea nueva. (Ver Figura 7) Cuando haya una lista de los archivos que desea incluir en este lote, guardar este archivo .bcf con extensión en la carpeta de lotes. Abra su archivo por lotes en el G09. Esto se abrirá una nueva ventana llamada "lista de control de edición por lotes", donde se deben enumerar sus puestos de trabajo. Asegúrese de que son las correctas mediante la verificación de que los archivos de salida corresponden a los archivos de entrada. Cuando esté listo, haga clic en Salir en la parte inferior derecha de esta ventana. Esto le llevará de nuevo a la pantalla principal G09. Para iniciar los cálculos, seleccione "Proceso" en la barra de tareas superior y haga clic en "empezar a procesar". Su archivo por lotes debe comenzar a ejecutar. G09 Tutorial - AT  página 26 de 34 Página 27

Figura 7: Ejemplo de archivo por lotes

8.3 B ATCH F ILE G TenG Para su comodidad, escribí un pequeño script llamado "Batch_file_generator.py" que se pueden encontrar en el escritorio de la estación de trabajo de Gauss (PC). Este  programa puede ser ejecutar haciendo doble clic sobre el icono. Se le dará una lista de archivos .com encontrado en el

Directorio C: \ G09W \ IO \ COMPUTED \ BATCH. El uso de estos archivo s, un archivo por lotes será generada automáticamente para usted y se guarda en el mismo directorio que mencionan encima. Usted tendrá que iniciar el archivo por lotes en G09W mismo. Los archivos serán .out guardado en el mismo directorio.

9 E JEMPLOS Estos son algunos ejemplos detallados que utilizan Avogadro y G09. Si desea ver más ejemplos, se refieren a [10] o ver los tutoriales de vídeo incluidos en la sección 1.

9.1 Ejemplo 1: SP DE H2O Véase la sección 2.

9.2 Ejemplo 2: O PT DE E THANOL Vamos a optimizar la geometría de etanol, y comparar los resultados obtenidos  por Avogadro, y el obtenido de la Opt en G09. Para ello, vamos a abrir en primer lugar Avogadro y dibujar la molécula. Ahora, haga clic en Extensiones> Optimizar la geometría. (Acceso directo: Ctrl + Alt + O) Guardar el resultado como ethanol.cml. Este será nuestro resultado (1). Ahora, generar la entrada G09 seleccionando Extensiones → Guassian ...; cambiar el título a "ethanolOpt", y el cálculo de "optimización de la geometría", haga clic en geeRate y guardar como "ethanolOpt.com". Abrir "ethanolOpt.com" en el G09, y ejecutar el trabajo. Guardar el resultado como "ethanolOpt.out". Por último, en Avogadro, "ethanolOpt.out" abrir y comparar este resultado (2) con lo que inicialmente obtenido, utilizando la optimización de Avogadro (resultado 1). G09 Tutorial - AT  página 27 de 34 Página 28

Figura 8: Optimización de etanol: (1) estructura Opt de Avogadro (2) final de Gaussian estructura opt

9.3 Ejemplo 3: M MOLECULAR  O RBITALS C ÁLCULO Y V isual -

Ización de la HF Vamos a calcular los orbitales moleculares de fluoruro de hidrógeno. En primer lugar, extraer la molécula en Avogadro, optimizar su geometría y generar el archivo de entrada G09. Para ver como estos pasos se realizan en los detalles, referirse a los ejemplos 1 y 2. El cambio ahora viene en la sección Ruta: usted tiene que cambiar el cálculo de "pop = Reg". Esta Mand mostrará el mayor de cinco ocupado y lo virtual más bajo de cinco molecular orbitales y otra información pertinente. Si desea ver más orbitales, tipo "Pop = completa". Su trabajo G09 debe ser similar a la ventana en la Figura 9. Figura 9: sección de ruta para MO cálculo de molécula de HF Después de comando "pop = Reg", agregue un espacio y escriba "FormCheck". Este comando es necesario con el fin de crear el archivo, que contiene la información sobre el molecular G09 Tutorial - AT  página 28 de 34 Página 29

orbitales, que se trazan más adelante. Presione RUN e iniciar el cálculo. Cuando el  proceso se realiza, la salida contendrá varios resultados, entre los que se pueden encontrar la secuencia mostrada en la Figura 10. Figura 10: archivo de salida G09 para OMs de moléculas de HF Se trata de una gran cantidad de números! Muy a menudo, sólo necesitará el HOMO / LUMO  brecha de energía, por lo que es necesario encontrar aquí los valores propios HOMO y LUMO, que corresponden a sus energías. El HOMO es designado por el último orbital que es etiquetado por una "O", mientras que el LUMO es la primera orbital marcado por una "V". En este caso, HOMO es orbital 5 y el LUMO es orbital 6. Observe, que el HOMO tiene una valor propio negativo, mientras que el LUMO tiene un valor positivo.

T HE HOMO / LUMO G AP La diferencia en los valores propios de la LUMO y la HOMO le dará el hueco HOMO / LUMO (las unidades son Hartrees por defecto).

NOTA: Si usted realmente necesita la energía HOMO / LUMO Gap que no debe tomar simplemente la diferencia entre el HOMO y LUMO los valores propios. Para éstos G09 Tutorial - AT  página 29 de 34 Página 30

casos, se deben calcular las transiciones electrónicas. Ahora, vamos a visualizar estos orbitales utilizando Avogadro. Esto es cuando el "FormCheck" comando entra en acción. FormCheck crea un nuevo archivo llamado "Test.FChck", que es guardan automáticamente en una carpeta denominada "Scratch" (C: \ G09W \ arañazos). si tu quieres  para ver los orbitales moleculares de HF, siga estos pasos: 1. Localiza archivo Test.FChck como se muestra en la Figura 11. Figura 11: Test.FChk archivo en el directorio temporal 2. Abra en Avogadro, debería ver la molécula de HF. Figura 12: Crear ventana superficies 3. Haga clic en Extensiones → crear superficies. debería aparecer una nueva ventana (Figura 12). Seleccionar "orbitales moleculares" como en superficie (en el menú desplegable), y elegir el MO quiere visualizar (en el menú de la derecha). 4. Haga clic en "Calcular". Si hace clic demasiado rápido y no dejar que el  programa de una segundo para pensar, podría congelar! Usted debe ser capaz de ver algo que se parece a la figura 13 que muestra el LUMO representación gráfica de la molécula de HF. G09 Tutorial - AT  página 30 de 34 Página 31

Figura 13: Visualización del LUMO de HF

9.4 Ejemplo 4: T HE E NERGY DE S TEREISOMERS Y S titulándose F AC TORS ( buteno ) Vamos a comparar la salida de una optimización de la geometría de los isómeros cis y trans de buteno. En primer lugar, dibujar cis-buteno en Avogadro, optimizar su geometría. Generar

el archivo de entrada G09 seleccionar optimización de la geometría, utilizando el modelo de B3LYP con un 631G (d) conjunto base. Para ver cómo estos pasos se realizan en los detalles, referirse al ejemplo 1 y 2. Salvo cis_butene.com. Repetir lo mismo para trans-buteno. Guardar como trans_butene.com. Ejecutar los trabajos en el G09. Guardar como sus respectivos nombres con la extensión .out. Tú  puede visualizar las moléculas de Avogadro, pero nos centraremos en sus energías SCF: Cis-buteno: SCF Hecho: E (RB3LYP) = -157.224311885 AU después de 12 ciclos Trans-buteno: SCF Hecho: E (RB3LYP) = -157.226083227 AU después 12 ciclos Tenemos que usar el factor de corrección que figuran en la Tabla 1 para el método y la base conjunto (B3LYP / 6-31G (d)), se utilizó para el cálculo: 0,9804. Por lo tanto las energías reales en realidad son: Cis-buteno: SCF Hecho: E (RB3LYP) = -154,1427154 Hartrees Trans-buteno: SCF Hecho: E (RB3LYP) = -154,144452 Hartrees Como demostrado por las energías, la configuración trans es más estable que el cis. G09 Tutorial - AT  página 31 de 34 Página 32

10 T RUBLE S Hooting 10.1 C ONVERGENCE no se puede lograr  ? SCF = apretado es el valor predeterminado para G09. Usted debe volver a intentar el cálculo después de including SCF = QC en la sección de ruta.

10,2 M Y JOB congeló , ¿QUE PUEDE I hacer para evitar reiniciar desde SCRATCH ? Echa un vistazo a la del manual de referencia de Gauss si la opción "Reiniciar" es disponible para el tipo de cálculo que estaba haciendo. Esta opción leerá el  parámetros del archivo de controles (alias puede utilizar esto sólo si ha cometido un .CHK  presentar para el trabajo que se congeló), y seguir adelante.

10.3 Un doble enlace desaparecido de la estructura después de COM  PUTATION ?