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