Optimizacin Geomtrica

Prctica computacional: Introduccin al Sistema Gaussian

Gaussian es un conjunto de programas (o paquete) que est diseado para el clculo de funciones de estado moleculares en diversos niveles de aproximacin y su ulterior utilizacin en la determinacin de propiedades de molculas y reacciones qumicas (movimientos nucleares sobre hipersuperficies de potencial).

De esta manera pueden determinarse:

Energas y estructuras moleculares (conformaciones geomtricas) en estados fundamentales y excitados

Energas y estructuras de estados de transicin (punto de mxima energa durante una reaccin)

Matrices densidad reducidas de 1-partcula

Distribucin electrnica: densidades, cargas atmicas, ordenes de enlace, valencias, ionicidades, etc.

Orbitales moleculares y naturales cannicos y localizados

Momentos multipolares

Potenciales electrostticos

Frecuencias espectrocpicas rotacionales y vibracionales

Polarizabilidades

entre otras.

Para la utilizacin de Gaussian se necesita un archivo de entrada tipo texto que por lo general suele tener extensin .com. En el mismo se describe la configuracin molecular de la molcula en estudio as como la especificacin de los clculos que se quieren realizar (optimizacin de geometra, determinacin de frecuencias, anlisis poblacional, etc).

La estructura bsica de un archivo de entrada incluye diferentes secciones:

1. %Section (Link 0): Especifica que se almacene la informacin acerca de la funcin de onda en un archivo llamado Checkpoint file.

2. Route Seccin: Se especifica el mtodo o tipo de funcin de onda que se quiere utilizar, la base y el tipo de clculo que se quiere realizar (esta seccin comienza con #).

3. Title section: Breve descripcin de los clculos a realizar.

4. Charge & Multipl: Carga total y multiplicidad del estado de espn de la molcula.

5. Molecule specification: Se especifica la geometra de la molcula.Ejemplo:

%Chk=h2-orbitals %Section (Link 0)# HF/STO-3G POP=FULL Route sectionHydrogen molecule Title section0 1 Charge & MultiplH 0.000 0.000 0.000 Molecule specificationH 0.000 0.000 0.712

Los mtodos pueden ser RHF, UHF o ROHF para funciones de onda de calidad Hartree-Fock, MPn para el n-simo orden en teora de perturbaciones, CISD para Configuracin de Interaccin (CI) que involucre determinantes simple y doblemente excitados solamente . Las bases pueden ser STO-3G, 6-31G(d,p), cc-pVDZ.

Adicional Keywords:

GFINPUT: Imprime los detalles del conjunto de base especificado en el clculo. Coeficientes y exponentes de las gaussianas utilizadas en la expansin de cada fundn de base. POP=FULL: POP especifica que un clculo de anlisis poblacin ser llevado a cabo. FULL especifica que todos los orbitales sern impresos en el archivo de salida. Se refiere a la determinacin de los parmetros de la distribucin electrnica mencionados arriba.

FREQ: Especifica que la segunda derivada de la energa con respecto a las coordenadas deber ser calculada, y transformado a frecuencias vibracionales armnicas.

Para ms keywords ir a : www.gaussian.com

Luego de correr Gaussian, se genera un archivo de salida tipo texto con la extensin .log y el mismo nombre del archivo de entrada.

Introduccin sobre GaussView

Este programa permite construir por medio de una interface grfica (o sea dibujar) el sistema molecular de inters y generar su archivo de entrada para Gaussian.

O, adems puede a partir de la lectura el archivo de salida de Gaussian, obtener la informacin de la molcula sin tener que clasificarla del extenso archivo .log.

Lo primero que hay que producir para crear un archivo de entrada Gaussian es la molcula de inters. Para esto ir a Atom List del men Edit. Se abrir una nueva ventana en la cul solo ser necesario especificar, nombre, elemento (Symbol) y coordenadas cartesianas de cada uno de los tomos que intervenga en la molcula. Una vez realizado esto ir Gaussian del men Calculate para abrir la ventana Gaussina Calculation Setup . All se debern completar los campos mencionados anteriormente en la estructura bsica del archivo de entrada Gaussian. Al finalizar se podr correr Gaussian para generar el outfile presionando Submit.

Visualizacin de los Orbitales

Gaussian almacena la informacin de la funcin de onda en un archivo llamado Checkpoint el cual puede ser abierto por el GaussView y generar el ploteo de los orbitales moleculares. Para esto ir a MOs del men Edit y dentro del mismo al campo Visualize. En Add Type seleccione ALL y presione Update. Luego presione Ok y vaya a Surfaces del men Results. El campo Surface Actions le permitir visualizar los orbitales moleculares. Puede tambin observarse la densidad electrnica.

#P TEST OPT STO-3G scf=conventional

Gaussian Test Job 09

STO-3G BERNY OPTIMIZATION OF WATER

0 1

O

H 1 R

H 1 R 2 A

-----------------------------------------------------------------------------------------------

R 0.96#P TEST 3-21G SCFDM

Gaussian Test Job 03

STEEPEST DESCENT SCF 3-21G//3-21G ETHYLENE

0,1

C

C,1,CC

H,1,CH,2,HCC

H,1,CH,2,HCC,3,180.,0

H,2,CH,1,HCC,3,180.,0

H,2,CH,1,HCC,4,180.,0

CC=1.31477

CH=1.07363

HCC=121.8867

A 109.471221

-------------------------------------------------------------------------------------------

#P TEST 6-311G** scf=conventional

Gaussian Test Job 05

6-311G**//6-31G* ACETYLENE

0,1

C

C,1,AA

X,1,1.,2,90.

H,1,AH,3,90.,2,180.,0

X,2,1.,1,90.,3,0.,0

H,2,AH,5,90.,1,180.,0

AA=1.18548

AH=1.05698

#P TEST opt RHF/LP-31G scf=conventional

Gaussian Test Job 11

METHANE, LP-31G PSEUDO-POTENTIAL BASIS

0 1

C

H 1 R

H 1 R 2 T

H 1 R 2 T 3 T 1

H 1 R 2 T 3 T -1

R 1.09

T 109.471221

#P TEST MP4SDTQ/6-31G* scf=conventional

Gaussian Test Job 12

AMMONIA MP4SDTQ/6-31G*//HF/6-31G*

0,1

N

X,1,1.

H,1,R,2,TH

H,1,R,2,TH,3,120.,0

H,1,R,2,TH,3,-120.,0

R=1.00249

TH=111.64892

BE 0.0000000000 0.0000000000 0.0000000000

HYDROGEN 0.0000000000 0.0000000000 1.3269450000

HYDROGEN 0.0000000000 0.0000000000 -1.3269450000

B 0.0000000216 -0.0000000609 -0.1480402128

H -0.5924494065 1.0261524471 -0.1482762867

H -0.5924493893 -1.0261523969 -0.1482762541

H 1.1848987743 0.0000000105 -0.1482762465

#P rhf/3-21g Aim=BO Pop=Full Density=Current IOp(6/35=5)

B2H6 (diborane)

B2H6 //hf/3-21g Analsis Poblacional de 3 centros (Bader y Mulliken)

0 1

B -0.889535 0.000000 0.000000

B 0.889535 0.000000 0.000000

H 1.462702 1.037083 0.000000

H -1.462702 1.037083 0.000000

H -1.462702 -1.037083 0.000000

H 1.462702 -1.037083 0.000000H 0.000000 0.000000 -0.969344

H 0.000000 0.000000 0.969344

#P B3LYP/D95(d,p) Pop=Full AIM=BO Opt

N2O state function for trios analysis

n2o //dft/D95 Bader's atomic regions

0 1

N 0.000 0.000 0.000

N -1.150 0.000 0.000

O 1.200 0.000 0.000

#P rhf/D95(d,p) Pop=Full AIM=BO

LiCH3 state function for trios analysis

LiCH3 //hf/D95(d,p) Bader's atomic regions

0 1C 6.0 0.0000001415 -0.0000000036 -0.3962618201

LI 3.0 -0.0000000025 0.0000000010 1.6036210932

H 1.0 0.5049159400 -0.8745400747 -0.8141632073

H 1.0 0.5049159470 0.8745400805 -0.8141632063

H 1.0 -1.0098319260 -0.0000000031 -0.8141632594

#P TEST OPT STO-3G scf=conventional

Gaussian Test Job 09

STO-3G BERNY OPTIMIZATION OF WATER

0 1

O

H 1 R

H 1 R 2 A

-----------------------------------------------------------------------------------------------

R 0.96#P TEST 3-21G SCFDM

Gaussian Test Job 03

STEEPEST DESCENT SCF 3-21G//3-21G ETHYLENE

0,1

C

C,1,CC

H,1,CH,2,HCC

H,1,CH,2,HCC,3,180.,0

H,2,CH,1,HCC,3,180.,0

H,2,CH,1,HCC,4,180.,0

CC=1.31477

CH=1.07363

HCC=121.8867

A 109.471221

-------------------------------------------------------------------------------------------

#P TEST 6-311G** scf=conventional

Gaussian Test Job 05

6-311G**//6-31G* ACETYLENE

0,1

C

C,1,AA

X,1,1.,2,90.

H,1,AH,3,90.,2,180.,0

X,2,1.,1,90.,3,0.,0

H,2,AH,5,90.,1,180.,0

AA=1.18548

AH=1.05698

#P TEST opt RHF/LP-31G scf=conventional

Gaussian Test Job 11

METHANE, LP-31G PSEUDO-POTENTIAL BASIS

0 1

C

H 1 R

H 1 R 2 T

H 1 R 2 T 3 T 1

H 1 R 2 T 3 T -1

R 1.09

T 109.471221

#P TEST MP4SDTQ/6-31G* scf=conventional

Gaussian Test Job 12

AMMONIA MP4SDTQ/6-31G*//HF/6-31G*

0,1

N

X,1,1.

H,1,R,2,TH

H,1,R,2,TH,3,120.,0

H,1,R,2,TH,3,-120.,0

R=1.00249

TH=111.64892

BE 0.0000000000 0.0000000000 0.0000000000

HYDROGEN 0.0000000000 0.0000000000 1.3269450000

HYDROGEN 0.0000000000 0.0000000000 -1.3269450000

B 0.0000000216 -0.0000000609 -0.1480402128

H -0.5924494065 1.0261524471 -0.1482762867

H -0.5924493893 -1.0261523969 -0.1482762541

H 1.1848987743 0.0000000105 -0.1482762465

#P rhf/3-21g Aim=BO Pop=Full Density=Current IOp(6/35=5)

B2H6 (diborane)

B2H6 //hf/3-21g Analsis Poblacional de 3 centros (Bader y Mulliken)

0 1

B -0.889535 0.000000 0.000000

B 0.889535 0.000000 0.000000

H 1.462702 1.037083 0.000000

H -1.462702 1.037083 0.000000

H -1.462702 -1.037083 0.000000

H 1.462702 -1.037083 0.000000

H 0.000000 0.000000 -0.969344

H 0.000000 0.000000 0.969344

#P B3LYP/D95(d,p) Pop=Full AIM=BO Opt

N2O state function for trios analysis

n2o //dft/D95 Bader's atomic regions

0 1

N 0.000 0.000 0.000

N -1.150 0.000 0.000

O 1.200 0.000 0.000

#P rhf/D95(d,p) Pop=Full AIM=BO

LiCH3 state function for trios analysis

LiCH3 //hf/D95(d,p) Bader's atomic regions

0 1

C 6.0 0.0000001415 -0.0000000036 -0.3962618201

LI 3.0 -0.0000000025 0.0000000010 1.6036210932

H 1.0 0.5049159400 -0.8745400747 -0.8141632073

H 1.0 0.5049159470 0.8745400805 -0.8141632063

H 1.0 -1.0098319260 -0.0000000031 -0.8141632594

%chk=x

%mem=6MW

%nproc=1

# opt=(MaxCycle=500) freq b3lyp/6-31+g(d,p)

Geom Optima Z GAMESS a partir de las coor internas (mantienen los planos)0 1

6 -0.6338049532 0.0585809096 -0.0000045193

6 0.6067407636 -0.8874578086 -0.0000177978

7 1.8150607746 0.0052146029 0.0000367415

8 -0.3031843674 1.2658515718 0.0000152097

8 -1.7105453146 -0.5238585615 0.0000122380

1 0.6410144308 -1.5061622456 -0.8854822158

1 0.6410414936 -1.5061512449 0.8854624680

1 1.7344823014 0.6305186999 0.7939712584

1 1.7345284116 0.6304513746 -0.7939813401

1 2.7009751220 -0.4807434837 -0.0000120430

%chk=ch4-li.chk

%mem=6MW

%nproc=1

#p hf/lanl2mb cisd pop=full aim=bo density=current

propellane0 1

C 0.1179531606 -0.2060098525 0.7687378128

C -0.1179716820 -0.2063418817 -0.7691710777

C -1.1019967341 0.4374395445 0.1686945018

C 0.0001077100 -1.4934761266 0.0000192252

C 1.1018681592 0.4375612102 -0.1693890012

H -0.8970766853 -2.0731512510 0.1377133418

H 0.8974627899 -2.0730531242 -0.1369588354

H -1.1497089437 1.5133508235 0.1755915985

H -2.0467020473 -0.0589040246 0.3139669491

H 1.1493834623 1.5134791566 -0.1767707504

H 2.0466752129 -0.0586692267 -0.3143822121

CH4 --- Li+

C 0.000000 0.000000 0.000000

H 0.000000 0.000000 1.093459

H 1.040002 0.000000 -0.306571

H -0.445180 -0.908192 -0.415512

H -0.445179 0.908194 -0.415510

H -2.119931 0.000001 0.625416

Butano H3C-CH2-CH2-CH3

C 6.0 -0.5629743483 -0.5136092723 0.0000224598

C 6.0 0.5629956399 0.5136454076 0.0000060404

C 6.0 1.9472938563 -0.1206593713 0.0000126134

H 1.0 0.4579150126 1.1586641398 -0.8709654806

H 1.0 0.4578970334 1.1586565655 0.8709839695

C 6.0 -1.9472725253 0.1206956543 -0.0000352161

H 1.0 -0.4578849625 -1.1586121963 -0.8709667604

H 1.0 -0.4578844626 -1.1586365914 0.8709824889

H 1.0 2.7284331597 0.6330018706 0.0000373024

H 1.0 2.0883085153 -0.7459463744 0.8771460404

H 1.0 2.0883134883 -0.7459607143 -0.8771057240H 1.0 -2.7284117883 -0.6329656486 0.0000230440

H 1.0 -2.0882964271 0.7459655502 0.8771155360

H 1.0 -2.0882824502 0.7460141444 -0.8771362170