必要な入力

必須入力

2 つまたは 3 つの必要なモデル化学的性質が、ONIOM キーワードのオプションとして、高、中、低の順序で指定されます (最後のものは明らかに省略できます)。個別のモデルはコロンで区切られます。たとえば、このルート セクションでは、低層に UFF、中層に PM6、高層に HF を使用する 3 層 ONIOM 計算を指定します。

# ONIOM(HF/6-31G(d):PM6:UFF)

ONIOM 計算の原子層の割り当ては、次の構文に従って各行の追加パラメーターを介して、分子仕様の一部として行われます。

atom [freeze-code] coordinate-spec layer [link-atom [bonded-to [scale-fac1 [scale-fac2 [scale-fac3]]]]]

where atom と coordinate-spec 原子に対する通常の分子仕様入力を表します。の freeze-code 構造の最適化中に原子を凍結するかどうか、またはどのように凍結するかを示します。値が省略された場合、または 0、原子の座標が最適化されます。値が -1、その後、原子は凍結されます。他の負の整数が指定された場合、原子は原子の一部として扱われます。 最適化中の剛体フラグメント。同じ負の値を持つすべての原子は、硬いブロックとして一緒に移動します。ブロックは次のように凍結またはアクティブ化できます。 Opt=ReadOpt.

Layer 原子の層割り当てを示すキーワードで、次のいずれかです。 High, Medium、 そして Low。他のオプションのパラメーターは、層境界にある原子をどのように処理するかを指定します。あなたが使用する link-atom 現在の原子を置き換える原子を指定します (原子の種類、部分電荷、その他のパラメーターを含めることができます)。リンク原子は、異なる層の原子間に共有結合が存在する場合、(そうでない場合) 未結合手を飽和させるために必要です。

Note： 全て リンクアトムはユーザーが指定する必要があります。 Gaussian 16 は、それらを自動的に定義したり、デフォルトを提供したりしません。 GaussView はこれを自動的に実行しますが、ユーザーはこの一般的な懸念事項を考慮し、[ のルールに従う必要があります。 Clemente10 F. Clemente, T. Vreven, and M. J. Frisch, in Quantum Biochemistry, Ed. C. Matta (Wiley VCH, Weinheim, 2010) 61-84. DOI: ].

bonded-to パラメーターは、上位レベルの計算部分で現在の原子がどの原子に結合されるかを指定します。省略した場合、Gaussian は自動的に識別しようとします。

一般に、Gaussian 16 は、プログラムが自動的に決定するスケーリング係数を使用して、元の結合距離 (つまり、実際のシステム) をスケーリングすることによって、原子とそのリンク原子の間の結合距離を決定します。ただし、これらのスケール係数を明示的に指定することもできます。 2 層計算の場合、スケール係数は、低レベルと高レベルで (それぞれ) 計算されるときのモデル システム内のリンク原子の結合距離を指定します。 3 層 ONIOM の場合、最大 3 つのスケール係数を指定できます (低、中、高の順)。これらのスケール係数はすべて、参考文献 [ Dapprich99 S. Dapprich, I. Komáromi, K. S. Byun, K. Morokuma, and M. J. Frisch, “A New ONIOM Implementation in Gaussian 98. 1. The Calculation of Energies, Gradients and Vibrational Frequencies and Electric Field Derivatives,” J. Mol. Struct. (Theochem), 462 (1999) 1-21. DOI: ]、ONIOM 計算レベルごとに個別の値を許可するように拡張されました。

2 層 ONIOM の場合、パラメーターが 1 つだけ指定されている場合、両方のスケール係数でその値が使用されます。 3 層 ONIOM の場合、パラメーターが 1 つだけ指定されている場合、3 つのスケール係数すべてでその値が使用されます。パラメーターが 2 つだけ指定されている場合、3 番目のスケール係数には 2 番目の値が使用されます。

スケール パラメーターが明示的に 0.0 に設定されている場合、プログラムは通常の方法で対応するスケール係数を決定します。したがって、2 番目のスケール係数 (中レベルで計算されたモデル システム) のみを変更する場合は、最初のスケール係数を明示的に 0.0 に設定する必要があります。この場合、3 層 ONIOM の場合、3 番目のスケール係数は、ゼロ以外の値が明示的に割り当てられない限り、2 番目のパラメーターと同じ値になります (つまり、この 2 番目のコンテキストでは、0.0 は省略された値と同じ意味を持ちます)。

各レイヤーの電荷とスピン多重度

層ごとの電荷とスピンの多重度

ONIOM 計算では、複数の電荷多重度とスピン多重度のペアを指定することもできます。 2 層 ONIOM ジョブの場合、この入力行の形式は次のとおりです。

chrg_real-low spin_real-low [chrg_model-high spin_model-high [chrg_model-low spin_model-low [chrg_real-high spin_real-high]]]

ここで、下付き文字は、値が使用される計算を示します。 4 番目のペアは以下にのみ適用されます。 ONIOM=SValue 計算。値のペアが 1 つだけ指定されている場合、すべてのレベルでそれらの値が使用されます。 2 つの値のペアが含まれている場合、3 番目のペアはデフォルトで 2 番目のペアと同じ値になります。 S 値ジョブで最後のペアが省略された場合、デフォルトで実際のシステムの低レベルの値が使用されます。

3 層 ONIOM 計算の値とデフォルトは、同様のパターンに従います (以下の下付き文字では、最初の文字は次のいずれかになります)。 実数、整数=中間システム、および Mod=モデル システム、2 番目の文字は次のいずれかです。 H, M と L 高、中、低レベルの場合):

c_RealL s_RealL [c_IntM s_IntM [c_IntL s_IntL [c_ModH s_ModH [c_ModM s_ModM [c_ModL s_ModL]]]]]

3 層の ONIOM=SValue 計算の場合、最大 3 つの追加ペアを指定できます。

… c_IntH s_IntH [c_RealM s_RealM [c_RealH s_RealH]]

欠落している電荷/スピン多重度ペアのデフォルトは、次に高い計算レベルおよび/またはシステム サイズから取得されます。したがって、6 つまたは 9 つのペアのサブセットのみが指定されている場合、電荷多重度とスピン多重度の項目は次のスキームに従ってデフォルトになります。各セル内の数字は、対応する状況でその計算にどの値のペアが適用されるかを示します。

オプション

EmbedCharge

モデル システムの QM 計算では、実際のシステムからの MM 料金を使用します。 NoEmbedCharge がデフォルトです。

MKUFF

MKUFF では、電子埋め込みの幾何最適化マイクロ反復中に Merz-Kollman-Singh 近似電荷を用い、半径には完全な周期表向けに定義された UFF 半径を使用します。これがデフォルトです。

MK

電子埋め込みにおける構造最適化のマイクロ反復で使用する近似電荷として、Merz-Kollman-Singh 電荷（Population=MK）を指定します。

Mulliken

電子埋め込みを使用した構造最適化マイクロ反復中に Mulliken 近似電荷を使用することを指定します。 （見る Population デフォルトの方法です。）

HLYGAt

Hu、Lu、Yang を指定します (「 Population=HLYGAt) 電荷フィッティング法は、電子埋め込みによる構造最適化のマイクロ反復中に使用されますが、HLY の代わりに Gaussian の標準原子密度が使用されます。

ScaleCharge=ijklmn

QM 計算への電子埋め込み中の MM 料金のスケーリング パラメーターを指定します。実際のスケール係数を取得するには、整数に 0.2 を掛けます。内層に結合した原子はスケール係数 0.2 を使用します。n、離れた 2 つの結合では 0.2 が使用されます。m、 等々。ただし、の値は、 i through n は単調減少する必要があり、それらの最大値がその左側のすべてのパラメーターに使用されます。したがって、555500、123500、および 500 はすべて同等です。デフォルト値は 500 (つまり、555500) で、QM 領域の 2 つのボンド内のチャージをオフにし、残りはスケールしないままにします。 ScaleCharge implies EmbedCharge.

SValue

置換値を生成するためにテストのために完全な平方を実行することを要求します (S 値)、S 値テスト用 [ Morokuma01 K. Morokuma, D. G. Musaev, T. Vreven, H. Basch, M. Torrent, and D. V. Khoroshun, “Model Studies of the Structures, Reactivities, and Reaction Mechanisms of Metalloenzymes,” IBM J. Res. & Dev., 45 (2001) 367-95. DOI: ]。追加の計算のために、追加の電荷とスピン多重度のペアを指定できます (以下を参照)。

Compress

MO:MM 機械的埋め込み二次微分計算中に操作とストレージをアクティブな原子に圧縮します。これがデフォルトです。 NoCompress 圧縮せずに計算を実行します。 Blank は非圧縮の計算を行いますが、不活性な原子からの寄与を破棄します (現在、原子の寄与は核モーメントの摂動、つまりシールドとスピン-スピン結合テンソルの場合のみゼロではありません)。 FullMatrix 完全なヘシアンが保存され、機械的埋め込みに使用されます。 Opt=QuadMac、演算子形式の実システムに分子力学ヘシアンを使用する代わりに。これは中規模のシステムでは高速ですが、大規模なシステムではより多くのディスク領域を使用します。

InputFiles

これらの計算を個別に実行しやすくするために、中間計算ごとに入力ファイルを出力します。 OnlyInputFiles 計算を行わずにファイルを生成するだけです。

適用範囲

利用可能性

エネルギー、勾配、周波数。場合に注意してください。 any 指定されたモデルの数値周波数が必要な場合、数値周波数が計算されます。 all 解析周波数が利用可能な場合でもモデルを作成できます。

ONIOM は、1 つ以上のレイヤーに対して CIS および TD 計算を実行することもできます。の Gen, GenECP と ChkBas 関連するモデルに対してキーワードを指定することもできます。適用可能な場合は、密度フィッティング セットも使用できます。これらは通常の方法で指定されます (例を参照)。 NMR 計算は ONIOM モデルを使用して実行できます。

関連キーワード

Geom=Connect, 分子力学法, Opt=QuadMacro, External

実例

ONIOM ジョブの分子仕様。 簡単な ONIOM 入力ファイルを次に示します。

 # ONIOM(B3LYP/6-31G(d,p):UFF) Opt 
  
 2-layer ONIOM optimization
  
 0 1 0 1 0 1
   F     -1.041506214819     0.000000000000    -2.126109488809 M
   F     -2.033681935634    -1.142892069126    -0.412218766901 M
   F     -2.033681935634     1.142892069126    -0.412218766901 M
   C     -1.299038105677     0.000000000000    -0.750000000000 M H 4
   C      0.000000000000     0.000000000000     0.000000000000 H
   H      0.000000000000     0.000000000000     1.100000000000 H
   O      1.125833024920     0.000000000000    -0.650000000000 H

高層は最後の 3 つの原子で構成されます。他の原子は中層に配置されます。結合原子は最初の炭素原子に対して定義されます。

これは、高層に DFT 法、低層に Amber を使用した 2 層 ONIOM 計算の入力ファイルです。分子仕様には原子タイプが含まれます (UFF ではオプションですが、Amber では必須です)。アトム タイプはメイン アトム仕様とリンク アトムの両方に使用されることに注意してください。

 # ONIOM(B3LYP/6-31G(d):Amber) Geom=Connectivity

 2 layer ONIOM job

 0 1 0 1 0 1   
 分子全体（実系）、モデル系高レベル、モデル系低レベルの電荷/スピン
  
  C-CA--0.25   0   -4.703834   -1.841116   -0.779093 L
  C-CA--0.25   0   -3.331033   -1.841116   -0.779093 L H-HA-0.1  3
  C-CA--0.25   0   -2.609095   -0.615995   -0.779093 H
  C-CA--0.25   0   -3.326965    0.607871   -0.778723 H
  C-CA--0.25   0   -4.748381    0.578498   -0.778569 H
  C-CA--0.25   0   -5.419886   -0.619477   -0.778859 L H-HC-0.1  5
  H-HA-0.1     0   -0.640022   -1.540960   -0.779336 L
  H-HA-0.1     0   -5.264565   -2.787462   -0.779173 L
 …

この入力は、ONIOM ジョブに対する複数のチャージ多重度とスピン多重度の値の使用も示しています。

複雑な ONIOM ルート。 複雑な ONIOM ルート セクションの例を次に示します。

# ONIOM(BLYP/6-31G(d)/Auto TD=(NStates=8):UFF)

この例では、DFT 上位層の時間依存励起状態計算に密度フィッティングを使用します。

ONIOM 最適化中の原子の凍結。 ONIOM 最適化では、分子仕様内のオプションの 2 番目のフィールドを利用できます。このフィールドを省略した場合、デフォルトは 0 になります。 -1 に設定すると、対応する原子は構造の最適化中にフリーズされます。例:

 C -1 0.0 0.0 0.0 
 H  0 0.0 0.0 0.9
…

ONIOM ジョブの場合のみ、フィールドが -1 以外の負の値に設定されている場合、最適化中に剛体フラグメントの一部として扱われます。同じ値 (< -1) を持つすべての原子は剛体ブロックとしてのみ移動します。

1 つのレイヤーに限定された SCF コンバージェンス問題の処理。 初期 SCF を収束させることが難しい場合、または最小解に収束させることが難しい場合には、次の手順が役立ちます。初期の ONIOM 入力ファイルは次のとおりです。

 %Chk=mychk
 # ONIOM(BLYP/3-21G:UFF) Opt Freq

 入力ファイルが続きます…

まず、ジョブを実行し、 OnlyInputFiles ONIOM のオプション。これにより、3 つの個別の計算のそれぞれについて入力ファイルが出力されます。

 # ONIOM(BLYP/3-21G:UFF)=OnlyInputFiles

高レベル モデル計算の入力ファイルを使用して、このシステムの収束した SCF を取得します。必ずそのチェックポイント ファイルを保存してください。 highmod.chk。 SCF 収束を得るために必要なオプションはすべて使用します (例: Stable=Opt ).

次に、次を使用して ONIOM ジョブを実行します。 Guess=Input :

 %Chk=mychk
 # ONIOM(BLYP/3-21G:UFF) Opt Freq Guess=Input

 ONIOM Opt Freq

 molecule specification


 highmod.chk    
 Guess=Input 用チェックポイントファイル

このジョブは、初期推定を計算するときに、何をすべきかを示す行を入力ファイルから読み取ります。 generate , read または、別のチェックポイント ファイルの名前 (ここで使用されるオプション)。

この手順は MO:MO の計算でも同様です。ただし、この場合、(すべての計算が MO 計算であるため) 3 つの初期推定が実行され、次の使用時に推定ごとに 1 つの入力行が読み取られます。 Guess=Input。たとえば、モデル システムの高レベルの計算のみを個別に収束する必要がある場合、入力は次のようになります。

 %chk=mychk
 # ONIOM(BLYP/6-31+G*:HF/STO-3G) Opt Freq Guess=Input

 2 Layer MO:MO ONIOM Opt Freq

 molecule specification


 generate      
 実系の低レベル計算用初期推定を生成。


 highmod.chk   
 モデル系高レベル計算用初期推定をこのファイルから読み込み。


 generate      
 モデル系低レベル計算用初期推定を生成。

S値テスト。 以下はからの出力の一部です ONIOM=SValue オプション:

 S-Values (between gridpoints) と energies:

 high     4      -39.322207     7      -39.305712     9
     -114.479426           -153.801632           -193.107344
  med     2      -39.118688     5      -39.106289     8
     -114.041481           -153.160170           -192.266459
  low     1      -38.588420     3      -38.577651     6
     -112.341899           -150.930320           -189.507971
              model                 mid                  real

整数はグリッドポイントであり、それぞれの下にエネルギー値があります。グリッド点間の水平方向には S 値があります。これらは絶対エネルギーで得られた S 値です。ただし、S 値テストを適用する場合は、相対エネルギーと S 値を使用する必要があることに注意してください (参考文献 [ Morokuma01 K. Morokuma, D. G. Musaev, T. Vreven, H. Basch, M. Torrent, and D. V. Khoroshun, “Model Studies of the Structures, Reactivities, and Reaction Mechanisms of Metalloenzymes,” IBM J. Res. & Dev., 45 (2001) 367-95. DOI: ]).