Allgemeine Hinweise zum theoretischen Versuch

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1 Allgemeine Hinweise zum theoretischen Versuch Vorbemerkungen Nach Anmelden mit Benutzername und Passwort am Rechner kann man unter der graphischen Benutzeroberfläche KDE ähnlich wie unter Windows arbeiten. Programme können durch - Anklicken von Icons oder - Befehlseingabe in einem Terminalfenster (öffnen durch Klick auf das Fenstersymbol mit der Muschel in der unteren Leiste) bzw. - Befehlseingabe in der Befehlsmaske (startet mit ALT-F2) ausgeführt werden. Zum einfachen Erstellen von Inputs für das Gaussian Programm empfiehlt sich das Programm Gaussview. (Alternativ stehen Molden und Molekel zur Verfügung.) Die Input-Datei wird anschließend von Gaussian98 gelesen und eine entsprechende Rechnung durchgeführt. Die Ergebnisse erscheinen in einer Output-Datei gleichen Namens mit der zusätzlichen Endung.out. Der Inhalt kann mit einem Texteditor gelesen werden, und mit Gaussview visualisiert werden. (Zum Einlesen den File Type.log wählen.) Durchführen der Rechnungen: Erstellen eines Inputs Am einfachsten erzeugt man die Startgeometrie des zu berechnenden Moleküls mit Gaussview. Am Bildschirm gezeichnete Moleküle können gegebenenfalls mit clean durch eine simple Kraftfeldrechung bereinigt werden. Die wichtigsten Input-Optionen sind in Gaussview über das Menue Calculate/Gaussian einstellbar. Zu kontrollieren und anzupassen sind v.a. die Einstellungen Charge, Spin, Job Type und Method. Die Rechung soll aber nicht aus Gaussview heraus gestartet werden, sondern über eine Warteschlange von Gaussian98 abgearbeitet werden. Daher folgende Prozedur: - Abspeichern der Input-Datei erfolgt via Edit und Save. Das Abspeichern erfolgt in das eigene Verzeichnis (/home/benutzer) bzw. ein selbst angelegtes Unterverzeichnis davon. - Das erscheinende vi -Fenster wird geschlossen (z.b. wegklicken ). - Die Submit File to Gaussian Aufforderung wird mit Cancel abgebrochen! Danach kann die Datei gegebenenfalls noch mit einem Texteditor modifiziert werden, die meisten Optionen sind allerdings über das Calculate -Menue zugänglich.

2 Abschicken der Rechnung In einem Terminalfenster wird der Input mit dem Befehl subg98 [inputfilename] in eine Rechenschlange gestellt, bekommt eine Jobnummer, und wird umgehend von Gaussian98 bearbeitet. Der Status der Schlange ist mit qstat einsehbar (R = running, Q = queued). Solange die Rechnung in der Schlange verweilt, gibt es eine Datei, die auf.s endet (diese bitte nicht ändern und nicht anklicken!). Während die Rechnung läuft, gibt es zusätzlich die.out -Datei, die nach und nach geschrieben wird. Nach dem Ende der Rechnung gibt es keine.s -Datei mehr, der Job wird nicht mehr in der Schlange angezeigt und es existieren zusätzliche Dateien, die auf.e[jobnummer] und.o[jobnummer] enden. Kontrolle und Auswertung der Rechnung Die Output-Datei kann mit einem Editor angesehen werden, bzw. bequemer mit Gaussview analysiert werden (File Open, Verzeichnis und Datei auswählen, dabei evtl. den Filter auf *.out setzen, den File Type aber auf.log belassen). Wichtig zu kontrollieren ist, ob die gewünschte Struktur erhalten wurde und ob diese tatsächlich einem Minimum bzw. Übergangszustand entspricht (Zahl der imaginären Frequenzen!). Zu Frequenzrechnungen können die Schwingungen über Results Vibrations animiert werden. Meist sind mehrere Rechnungen zu einem Molekül nacheinander durchzuführen. Eine typische Reihenfolge ist: a) Geometrieoptimierung (Job Type = Optimization) Wurde stationärer Punkt gefunden? Ergebnis mit Gaussview anschauen und überprüfen, ob dieser der Erwartung entspricht. Elektronische Energie der optimierten Geometrie. b) Frequenzrechung (Job Type = Frequency) Gibt es imaginäre Schwingungen mit negativen Wellenzahlen ( Minimum?, Übergangszustand?) Wie groß ist die Nullpunktsschwingungsenergie ( zero point vibrational energy )? c) Energierechnung (Job Type = Energy) Welche relativen Energien ergeben sich mit einer besserer Methode und/oder Basisatz.?

3 Analysieren der Ergebnisse mit Gaussview WAS? WIE? Geometrieparameter Über >Inquire< und Anklicken von 2 (Abstand), 3 (Winkel) oder 4 (Diederwinkel) Atomen Energie Menuepunkt >Results< und >Summary< Frequenzen Menuepunkt >Results< und >Vibrations< Erzeugen von Bildern der Strukturen Die Out-Files können auch mit dem Programm molden analysiert werden. Hinweis: Nach Öffnen der Datei (via read Knopf und Auswählen der Datei) wird die erste Struktur einer Optimierung angezeigt! Über den Knopf mit dem Kamera-Symbol können bequem Bilder im gif-format der aktuellen Darstellung erzeugt werden (automatisch abgespeichert im Home- Verzeichnis als molxxx.gif, wobei xxx eine Nummer beginnend mit 001 darstellt). Nützliche Befehle unter Linux Diese sind auf der Kommanduzeile in einem Terminalfenster auszuführen. Ein Terminalfenster ist über die Menü-Leiste verfügbar (Fenstersymbol), ebenso ein Fenster, das das Home-Verzeichnis auflistet (Haussymbol). ls Liste Dateien und Verzeichnisse im aktuellen Verzeichnis auf rm file Lösche cp file1 file2 Kopiere mkdir mydir Lege Verzeichnis mit Namen mydir an cd mydir Wechsle in Verzeichnis mit dem Namen mydir less file Zeige Inhalt einer Datei mit dem Namen file an (Blättern mit space und Pfeiltasten, Suchen mit /Begriff q zum Verlassen) Wichtig: Nach Ende der Arbeiten vom Rechner abmelden aber nicht runterfahren und nicht ausschalten! Shortcuts: * Wild card, kann in Dateinamen od. Pfad beliebige Zeichen ersetzen ~ Abkürzung für den Pfad des eigenen Home-Verzeichnises.. Bedeutet in der Verzeichnishierarchie eine Ebene nach oben

4 Spezielle Hinweise zum Umgang mit Gaussian Format des Gaussian-Inputs %chk=blubb Name des Checkpoint-Files (optional) 1) %Mem=64MB Speicherplatz, den Gaussian belegen darf 2) # opt b3lyp 3-21G Keyword-Zeile(n) Some job Kommentarzeile (ohne Einfluss auf die Rechnung) 0, 1 Ladung, Multiplizität O Geometrie H... Gegebenenfalls weiterer Input 1) In Checkpoint-Files werden aktuelle (Zwischen)Ergebnisse abgespeichert, aber nur wenn ein Name angegeben wird. 2) Nie mehr als 128MB Hauptspeicher anfordern, da sonst das System sehr langsam werden kann.

5 Wichtige «Keywords» und Optionen Keyword/Option Bedeutung Opt 1) Geometrieoptimierung, d.h. Suche nach einem stationären Punkt Opt=(TS,calcfc) 2) Suche nach einem Übergangszustand (TS = transition state) und rechne zu Beginn die Kraftkonstanten (fc = forces) aus. Freq=noraman (Schwingungs)Frequenzrechnung ohne Raman-Intensitäten Geom=check Verwende die im Checkpoint-File gespeicherte Geometrie (folglich darf dann im Input keine Startgeometrie stehen) Guess=read Lese die Start-Koeffizienten für die SCF-Rechnung aus dem Checkpoint-File. Scf=(intrep, novaracc,tight) B3LYP HF MP2 3) Hilft Symmetriebruch der Dichtematrix in DFT-Rechnungen zu vermeiden (empfohlener Zusatz) Dichtefunktionalrechnung mit dem B3LYP Funktional (entsprechend: BLYP, BP86 etc.) Hartree-Fock Rechnung Störungstheorie 2. Ordnung nach Møller-Plesset 3-21G Verwenden des 3-21G Basissatzes (analog dazu: 6-31G(d), G(d,p), Lanl2DZ, etc.) Optcyc=50 Setze Zahl der Optimierungszyklen auf 50 Scfcyc=250 Setze Zahl der SCF-Zyklen auf 250 (ratsam, bei Übergangsmetallverbindungen) Symm=loose Lockere Kriterien zur Beurteilung der Symmetrie (empfohlen) 1) Groß/Kleinschreibung wird im Gaussian-Input nicht unterschieden. 2) Optionen werden über ein = -Zeichen dem entsprechenden Keyword zugeordnet. 3) Mehrere Optionen werden durch Komma getrennt in Klammern zusammengefasst.