このキーワードは溶質を溶媒の存在下で計算することを要求します。 溶媒内の空洞 反応場。
分極性連続体モデル (PCM) を使用して、 積分方程式形式主義バリアント (IEFPCM) は、デフォルトの SCRF メソッドです。この方法では、一連の重なり合う球体を介して溶質キャビティを作成します。これは当初、Tomasi とその同僚、Pascual-Ahuir とその同僚によって考案されました。 Miertus81 S. Miertuš, E. Scrocco, and J. Tomasi, “Electrostatic Interaction of a Solute with a Continuum. A Direct Utilization of ab initio Molecular Potentials for the Prevision of Solvent Effects,” Chem. Phys., 55 (1981) 117-29. DOI: , Miertus82 S. Miertuš and J. Tomasi, “Approximate Evaluations of the Electrostatic Free Energy and Internal Energy Changes in Solution Processes,” Chem. Phys., 65 (1982) 239-45. DOI: , Pascual-Ahuir94 J. L. Pascual-Ahuir、E. Silla、および I. Tuñón、「GEPOL: 分子表面の改良された記述。3. 溶媒を除く表面を計算するための新しいアルゴリズム」 J.コンプ。化学。, 15 (1994) 1127-38。DOI: ] であり、Tomasi、Barone、Mennucci の各グループ、および Gaussian, Inc. の研究者および共同研究者によって Gaussian でさらに開発されました [ Cossi96 M. Cossi, V. Barone, R. Cammi, and J. Tomasi, “Ab initio study of solvated molecules: A new implementation of the polarizable continuum model,” Chem. Phys. Lett., 255 (1996) 327-35. DOI: , Barone97 V. Barone, M. Cossi, and J. Tomasi, “A new definition of cavities for the computation of solvation free energies by the polarizable continuum model,” J. Chem. Phys., 107 (1997) 3210-21. DOI: , Cances97 E. Cancès, B. Mennucci, and J. Tomasi, “A new integral equation formalism for the polarizable continuum model: Theoretical background and applications to isotropic and anistropic dielectrics,” J. Chem. Phys., 107 (1997) 3032-41. DOI: , Mennucci97 B. Mennucci and J. Tomasi, “Continuum solvation models: A new approach to the problem of solute’s charge distribution and cavity boundaries,” J. Chem. Phys., 106 (1997) 5151-58. DOI: , Mennucci97a B. Mennucci, E. Cancès, and J. Tomasi, “Evaluation of Solvent Effects in Isotropic and Anisotropic Dielectrics, and in Ionic Solutions with a Unified Integral Equation Method: Theoretical Bases, Computational Implementation and Numerical Applications,” J. Phys. Chem. B, 101 (1997) 10506-17. DOI: , Barone98 V. Barone and M. Cossi, “Quantum calculation of molecular energies and energy gradients in solution by a conductor solvent model,” J. Phys. Chem. A, 102 (1998) 1995-2001. DOI: , Cossi98 M. Cossi, V. Barone, B. Mennucci, and J. Tomasi, “Ab initio study of ionic solutions by a polarizable continuum dielectric model,” Chem. Phys. Lett., 286 (1998) 253-60. DOI: , Barone98a V. Barone, M. Cossi, and J. Tomasi, “Geometry optimization of molecular structures in solution by the polarizable continuum model,” J. Comp. Chem., 19 (1998) 404-17. DOI: , Cammi99 R. Cammi, B. Mennucci, and J. Tomasi, “Second-order Møller-Plesset analytical derivatives for the polarizable continuum model using the relaxed density approach,” J. Phys. Chem. A, 103 (1999) 9100-08. DOI: , Cossi99 M. Cossi, V. Barone, and M. A. Robb, “A direct procedure for the evaluation of solvent effects in MC-SCF calculations,” J. Chem. Phys., 111 (1999) 5295-302. DOI: , Tomasi99 J. Tomasi, B. Mennucci, and E. Cancès, “The IEF version of the PCM solvation method: An overview of a new method addressed to study molecular solutes at the QM ab initio level,” J. Mol. Struct. (Theochem), 464 (1999) 211-26. DOI: , Cammi00 R. Cammi, B. Mennucci, and J. Tomasi, “Fast evaluation of geometries and properties of excited molecules in solution: A Tamm-Dancoff model with application to 4-dimethylaminobenzonitrile,” J. Phys. Chem. A, 104 (2000) 5631-37. DOI: , Cossi00 M. Cossi and V. Barone, “Solvent effect on vertical electronic transitions by the polarizable continuum model,” J. Chem. Phys., 112 (2000) 2427-35. DOI: , Cossi01 M. Cossi and V. Barone, “Time-dependent density functional theory for molecules in liquid solutions,” J. Chem. Phys., 115 (2001) 4708-17. DOI: , Cossi01a M. Cossi, N. Rega, G. Scalmani, and V. Barone, “Polarizable dielectric model of solvation with inclusion of charge penetration effects,” J. Chem. Phys., 114 (2001) 5691-701. DOI: , Cossi02 M. Cossi, G. Scalmani, N. Rega, and V. Barone, “New developments in the polarizable continuum model for quantum mechanical and classical calculations on molecules in solution,” J. Chem. Phys., 117 (2002) 43-54. DOI: , Cossi03 M. Cossi, N. Rega, G. Scalmani, and V. Barone, “Energies, structures, and electronic properties of molecules in solution with the C-PCM solvation model,” J. Comp. Chem., 24 (2003) 669-81. DOI: , Cammi09 R. Cammi, “Quantum cluster theory for the polarizable continuum model. I. The CCSD level with analytical first and second derivatives,” J. Chem. Phys. 131, 164104 (2009). DOI: , Cammi10 Cammi, R., “Coupled-cluster theories for the polarizable continuum model. II. Analytical gradients for excited states of molecular solutes by the equation of motion coupled-cluster method,” Int. J. Quant. Chem., 2010, 110, 3040-52. DOI: , Scalmani10 G. Scalmani and M. J. Frisch, “Continuous surface charge polarizable continuum models of solvation. I. General formalism,” J. Chem. Phys., 132 (2010) 114110 DOI: , Lipparini10 Lipparini, F.; Scalmani, G.; Mennucci, B.; Cances, E.; Caricato, M.; Frisch, M. J., “A variational formulation of the polarizable continuum model,” The Journal of Chemical Physics, 2010, 133, 014106. DOI: , Caricato12b M. Caricato, “Absorption and Emission Spectra of Solvated Molecules with the EOM-CCSD-PCM Method,” J. Chem. Theory & Comput., 8 (2012) 4494. DOI: ]。このモデルは以下に対応します SCRF=PCM。見る [ Tomasi05 J. Tomasi, B. Mennucci, and R. Cammi, “Quantum mechanical continuum solvation models,” Chem. Rev., 105 (2005) 2999-3093. DOI: 』のレビューです。チップマンのモデル [ Chipman00 D. M. Chipman, “Reaction field treatment of charge penetration,” J. Chem. Phys., 112 (2000) 5558-65. DOI: ] はこの方法と密接に関連しています [ Cances01 E. Cancès and B. Mennucci, “Comment on ‘Reaction field treatment of charge penetration,$rsquo” J. Chem. Phys., 114 (2001) 4744-45. DOI: ].
Gaussian は、Truhlar およびworkers の IEFPCM の SMD バリエーションも提供しています。 Marenich09 A. V. Marenich, C. J. Cramer, and D. G. Truhlar, “Universal solvation model based on solute electron density and a continuum model of the solvent defined by the bulk dielectric constant and atomic surface tensions,” J. Phys. Chem. B, 113 (2009) 6378-96. DOI: ]を介して SMD オプション。これは、溶媒和の ΔG を計算する場合に推奨される選択です。
その他の利用可能なモデルは、 IPCM、キャビティに静的等密度曲面を使用 [ Foresman96 J. B. Foresman, T. A. Keith, K. B. Wiberg, J. Snoonian, and M. J. Frisch, “Solvent Effects 5. The Influence of Cavity Shape, Truncation of Electrostatics, and Electron Correlation on ab initio Reaction Field Calculations,” J. Phys. Chem., 100 (1996) 16098-104. DOI: ]、自己無撞着等密度 PCM (SCIPCM) モデル [ Foresman96 J. B. Foresman, T. A. Keith, K. B. Wiberg, J. Snoonian, and M. J. Frisch, “Solvent Effects 5. The Influence of Cavity Shape, Truncation of Electrostatics, and Electron Correlation on ab initio Reaction Field Calculations,” J. Phys. Chem., 100 (1996) 16098-104. DOI: 』と、 オンサーガーモデル [ Kirkwood34 J. G. Kirkwood, “Theory of Solutions of Molecules Containing Widely Separated Charges with Special Application to Zwitterions,” J. Chem. Phys., 2 (1934) 351. DOI: , Onsager36 L. Onsager, “Electric Moments of Molecules in Liquids,” J. Am. Chem. Soc., 58 (1936) 1486-93. DOI: , Wong91 M. W. Wong, M. J. Frisch, and K. B. Wiberg, “Solvent Effects 1. The Mediation of Electrostatic Effects by Solvents,” J. Am. Chem. Soc., 113 (1991) 4776-82. DOI: , Wong91a M. W. Wong, K. B. Wiberg, and M. J. Frisch, “Hartree-Fock Second Derivatives and Electric Field Properties in a Solvent Reaction Field – Theory and Application,” J. Chem. Phys., 95 (1991) 8991-98. DOI: , Wong92 M. W. Wong, K. B. Wiberg, and M. J. Frisch, “Solvent Effects 2. Medium Effect on the Structure, Energy, Charge Density, and Vibrational Frequencies of Sulfamic Acid,” J. Am. Chem. Soc., 114 (1992) 523-29. DOI: , Wong92a M. W. Wong, K. B. Wiberg, and M. J. Frisch, “Solvent Effects 3. Tautomeric Equilibria of Formamide and 2-Pyridone in the Gas Phase and Solution: An ab initio SCRF Study,” J. Am. Chem. Soc., 114 (1992) 1645-52. DOI: ]、溶質を球状の空洞に配置します。 溶媒反応場。
Gaussian 16 では、反応場の連続性、滑らかさ、ロバスト性を保証する連続表面電荷形式を使用します。これには、原子の位置と外部摂動場に関する連続導関数も含まれます。 Scalmani10 G. Scalmani and M. J. Frisch, “Continuous surface charge polarizable continuum models of solvation. I. General formalism,” J. Chem. Phys., 132 (2010) 114110 DOI: ]。これは、キャビティ表面が離散化されている各表面要素に位置する球面ガウス関数の観点から、溶質と溶媒の界面に蓄積する見かけの表面電荷を拡張することによって実現されます。球体が交差する領域を効果的に平滑化することにより、表面導関数の不連続性が除去されます。この形式主義は、1999 年に最初にカープラスとヨークによって導体スクリーニング モデルとして提案されました [ York99 D. M. York and M. Karplus, “Smooth solvation potential based on the conductor-like screening model,” J. Phys. Chem. A, 103 (1999) 11060-79. DOI: 』は、それにふさわしい注目を集めることはなかった。私たちはこれを G09 の溶媒和法の PCM ファミリーの枠組み内で開発および一般化しました。これは、溶質の空洞を構築し、反応場を計算するためのデフォルトの方法です。
Gaussian 16 の PCM メソッドには外部反復手順が含まれており、プログラムは溶媒の反応場を溶質の静電ポテンシャルと自己矛盾なくすることによって溶液中のエネルギーを計算します (後者は、指定されたモデル化学を使用して計算された電子密度から生成されます)。 Improta06 R. Improta, V. Barone, G. Scalmani, and M. J. Frisch, “A state-specific polarizable continuum model time dependent density functional method for excited state calculations in solution,” J. Chem. Phys., 125 (2006) 054103: 1-9. DOI: , Improta07 R. Improta, G. Scalmani, M. J. Frisch, and V. Barone, “Toward effective and reliable fluorescence energies in solution by a new State Specific Polarizable Continuum Model Time Dependent Density Functional Theory Approach,” J. Chem. Phys., 127 (2007) 074504: 1-9. DOI: ]。標準的なアプローチ (変分アプローチまたは線形応答理論に基づく) との違いは、MP2 を使用して説明できます。デフォルトの手順では、SCF 密度に対する溶媒効果を計算してから MP2 摂動を適用しますが、外部反復アプローチでは MP2 密度に関して自己矛盾なく溶媒効果を計算します。この手法は、蛍光などの励起状態プロセスを研究するのに主に興味深いものですが、勾配を提供する理論的手法による基底状態の計算にも使用できます。 SCF後のメソッド。を使用します。 ExternalIteration この方法を指定するオプション。
溶媒和と励起状態
溶液中の励起状態をモデル化するために利用できる 2 つの基本的なアプローチがあります。
- 溶媒環境中で最低励起状態を計算する方法です。このアプローチでは、通常の励起状態計算(TD や CIS など)に SCRF を追加します。励起状態法の方程式に必要な項を加える 線形応答形式を用いることで、励起状態に対する溶媒効果を取り込みます [ Cammi00 R. Cammi, B. Mennucci, and J. Tomasi, “Fast evaluation of geometries and properties of excited molecules in solution: A Tamm-Dancoff model with application to 4-dimethylaminobenzonitrile,” J. Phys. Chem. A, 104 (2000) 5631-37. DOI: , Cossi01 M. Cossi and V. Barone, “Time-dependent density functional theory for molecules in liquid solutions,” J. Chem. Phys., 115 (2001) 4708-17. DOI: ]. 特定の励起状態の構造は、CIS または TD を用いて溶液中で最適化できます [ Scalmani06 G. Scalmani, M. J. Frisch, B. Mennucci, J. Tomasi, R. Cammi, and V. Barone, “Geometries and properties of excited states in the gas phase and in solution: Theory and application of a time-dependent density functional theory polarizable continuum model,” J. Chem. Phys., 124 (2006) 094107: 1-15. DOI: ].
- A single excited state can be modeled via a state-specific approach. In this case, the program computes the energy in solution by making the electrostatic potential generated by the excited state density self consistent with the solvent reaction field [ Improta06 R. Improta, V. Barone, G. Scalmani, and M. J. Frisch, “A state-specific polarizable continuum model time dependent density functional method for excited state calculations in solution,” J. Chem. Phys., 125 (2006) 054103: 1-9. DOI: , Improta07 R. Improta, G. Scalmani, M. J. Frisch, and V. Barone, “Toward effective and reliable fluorescence energies in solution by a new State Specific Polarizable Continuum Model Time Dependent Density Functional Theory Approach,” J. Chem. Phys., 127 (2007) 074504: 1-9. DOI: ], using the external iteration technique.
溶液中の励起状態の計算では、平衡計算と非平衡計算が区別されます。溶媒は、溶質の状態の変化に対して 2 つの異なる方法で反応します。1 つは電子分布を分極することであり、これは非常に急速なプロセスであり、もう 1 つは溶媒分子自体が再配向する (回転などによる) という非常に遅いプロセスです。平衡計算は、溶媒が溶質に (両方の方法で) 完全に応答する時間があった状況を表します。たとえば、形状の最適化 (溶媒内の分子運動と同じ時間スケールで行われるプロセス) です。非平衡計算は、溶媒が完全に反応する時間がないほど速すぎるプロセスに適しています。垂直電子励起。
平衡溶媒和は、CIS および TD-DFT 励起状態構造最適化のデフォルトです。非平衡はデフォルトの PCM プロシージャを使用した CIS および TD-DFT エネルギーのデフォルトであり、平衡は外部反復アプローチを使用した計算のデフォルトです (SCRF=ExternalIteration)。非平衡外部反復計算の計算方法については、例を参照してください。
溶液中での EOM-CCSD 計算には、Cammi および Caricato の溶媒和アプローチが利用可能です。 Cammi09 R. Cammi, “Quantum cluster theory for the polarizable continuum model. I. The CCSD level with analytical first and second derivatives,” J. Chem. Phys. 131, 164104 (2009). DOI: , Cammi10 Cammi, R., “Coupled-cluster theories for the polarizable continuum model. II. Analytical gradients for excited states of molecular solutes by the equation of motion coupled-cluster method,” Int. J. Quant. Chem., 2010, 110, 3040-52. DOI: , Caricato12b M. Caricato, “Absorption and Emission Spectra of Solvated Molecules with the EOM-CCSD-PCM Method,” J. Chem. Theory & Comput., 8 (2012) 4494. DOI: ]。PTED 法は PTED オプションで指定します。文献 [ Caricato12b M. Caricato, “Absorption and Emission Spectra of Solvated Molecules with the EOM-CCSD-PCM Method,” J. Chem. Theory & Comput., 8 (2012) 4494. DOI: ] で説明されている他の手法は、IOp(9/116) からも利用できます。
デフォルトでは、文献 [ Cossi99 M. Cossi, V. Barone, and M. A. Robb, “A direct procedure for the evaluation of solvent effects in MC-SCF calculations,” J. Chem. Phys., 111 (1999) 5295-302. DOI: ] で示された CASSCF PCM 計算は、溶媒反応場と溶質電子密度の分極過程に対する平衡計算に相当します。2 つの異なる電子状態(垂直遷移の初期状態と最終状態など)を含む非平衡溶質-溶媒相互作用の計算は、NonEq=type PCM キーワードを用い、2 つの別個のジョブステップで実行します(PCM の Input セクションを参照)。
入力
PCM 計算の詳細を指定するキーワードとオプション (つまり、デフォルト SCRF=PCM または SCRF=CPCM) は、追加の空行終了入力セクションで指定できます。 Read オプションも指定します。このセクション内のキーワードは一般的な Gaussian 入力規則に従います。使用可能なキーワードは例に続く別のサブセクションにリストされています。
Onsager モデルの場合 (SCRF=Dipole)、オングストローム単位の溶質半径と溶媒の誘電率は、入力ストリームから 1 行に 2 つの自由形式の実数として読み取られます。適切な溶質半径は、気相分子体積計算 (別のジョブ ステップで) によって計算されます。の議論を参照してください。 Volume キーワード。
IPCM および SCIPCM モデルの場合、入力は溶媒の誘電率を指定する線とオプションの等密度値 (後者のデフォルトは 0.0004) で構成されます。
オプション
溶媒の指定
Solvent=item
を選択します 計算を実行する溶媒。異なる SCRF メソッドに対してさまざまな方法で、入力ストリームで溶媒を指定することもできることに注意してください。指定しない場合、溶媒はデフォルトで水になります。 Item は、このセクションの最後にあるリストから選択された溶媒名です。
SCRF 手法の選択
PCM
積分方程式形式モデル (IEFPCM) を使用して反応場の計算を実行します。これがデフォルトです。 [ で説明されているように、Gaussian 03 に関して形式主義と実装の詳細の一部が変更されました。 Scalmani10 G. Scalmani and M. J. Frisch, “Continuous surface charge polarizable continuum models of solvation. I. General formalism,” J. Chem. Phys., 132 (2010) 114110 DOI: ]. IEFPCM の同義語です PCM.
異方性溶媒またはイオン性溶媒に PCM を使用する場合、PCM 入力セクションの項目は 必須です これらのタイプの溶媒の異方性誘電体モデルとイオン性誘電体モデルを選択するために使用できます。 Read オプション。このような溶媒では連続表面電荷形式も利用できず、導関数も計算できません。
CPCM
CPCM 分極性導体計算モデルを使用して PCM 計算を実行します [ Barone98 V. Barone and M. Cossi, “Quantum calculation of molecular energies and energy gradients in solution by a conductor solvent model,” J. Phys. Chem. A, 102 (1998) 1995-2001. DOI: , Cossi03 M. Cossi, N. Rega, G. Scalmani, and V. Barone, “Energies, structures, and electronic properties of molecules in solution with the C-PCM solvation model,” J. Comp. Chem., 24 (2003) 669-81. DOI: ].
Dipole
Onsager モデルの反応場の計算を実行します。
IPCM
IPCMモデル反応場計算を実行します。 Isodensity の同義語です IPCM.
SCIPCM
SCIPCM モデルの反応場計算を実行します。つまり、SCRF 計算では等密度曲面から自己矛盾なく決定されたキャビティが使用されます。
SMD モデル
SMD
Truhlar と同僚の半径と非静電項を使用して IEFPCM 計算を実行します。 SMD 溶媒和モデル [ Marenich09 A. V. Marenich, C. J. Cramer, and D. G. Truhlar, “Universal solvation model based on solute electron density and a continuum model of the solvent defined by the bulk dielectric constant and atomic surface tensions,” J. Phys. Chem. B, 113 (2009) 6378-96. DOI: ]。これは次のような場合に推奨される選択肢です のΔGを計算する 溶媒和は、気相および SCRF=SMD 対象となるシステムを計算し、その差分から得られるエネルギーを計算します。 SMD で使用する新しい溶媒を定義するには、 SCRF=Read オプション (詳細については「追加入力」を参照)。
PCM 非平衡溶媒和
NonEquilibrium=action
非平衡溶媒和のデータを保存または取得します。 Action 次のいずれかです。
- Save または Write: 緩和/慣性電荷をチェックポイントファイルに保存します(後続の非平衡溶媒和計算で読み出されます)。
- Read または Load: 現在の非平衡溶媒和計算で使用する緩和/慣性電荷を読み取ります。
- CCSave または CCWrite: 後続の非平衡溶媒和 Coupled Cluster 計算で使用する緩和/慣性相関電荷を保存します。
- CCRead または CCLoad: 現在の非平衡溶媒和 Coupled Cluster 計算で使用する緩和/慣性相関電荷を読み出します。
外部反復 PCM
ExternalIteration
リンク 124 を介して外部反復を実行する自己矛盾のない PCM 計算を実行します。このアプローチでは、溶質の静電ポテンシャルを溶媒の反応場と自己矛盾なくすることにより、溶液内のエネルギーを計算します。 Improta06 R. Improta, V. Barone, G. Scalmani, and M. J. Frisch, “A state-specific polarizable continuum model time dependent density functional method for excited state calculations in solution,” J. Chem. Phys., 125 (2006) 054103: 1-9. DOI: , Improta07 R. Improta, G. Scalmani, M. J. Frisch, and V. Barone, “Toward effective and reliable fluorescence energies in solution by a new State Specific Polarizable Continuum Model Time Dependent Density Functional Theory Approach,” J. Chem. Phys., 127 (2007) 074504: 1-9. DOI: ]. ExternalIteration エネルギー計算のみに使用できます。 SelfConsistent と SC はこのオプションの同義語です。
1stVac
ソリューション内の外部反復 PCM 計算で最初の反復を実行します。 1stVac と同等です DoVacuum、現在は非推奨になっています。
1stPCM
溶液中の外部反復 PCM 計算では最初の反復を実行しません。1stPCM は SkipVacuum および NoVacuum と同等で、これらは現在非推奨です。
Restart
PCM 外部反復を再開します チェックポイントファイルから計算します。
IEFPCM と CPCM その他のオプション
SolventAccessibleSurface
PCM の場合は、溶媒がアクセス可能な表面を表すキャビティを使用します。単一点の計算にのみ適していますが、異常な空洞がある場合、明示的な溶媒を使用した MD からのスナップショットなどに役立ちます。 SCRF=SAS はこのオプションの同義語です。
AsymmetricIEFPCM
デフォルトの対称等方性 IEFPCM ではなく、非対称等方性 IEFPCM を実行します。 AsymmetricIEFPCM Gaussian 09 のデフォルトでした。
SCRF=AIEFPCM はこのオプションの同義語です。以下では無効です CPCM.
PTED
文献 [ Cammi09 R. Cammi, “Quantum cluster theory for the polarizable continuum model. I. The CCSD level with analytical first and second derivatives,” J. Chem. Phys. 131, 164104 (2009). DOI: , Caricato12b M. Caricato, “Absorption and Emission Spectra of Solvated Molecules with the EOM-CCSD-PCM Method,” J. Chem. Theory & Comput., 8 (2012) 4494. DOI: ] に基づく、溶液中での EOM-CCSD 計算向けの PCM-CCSD カップリング(摂動理論と密度アプローチ: PTED)です。他のスキームについては文献 [ Caricato12b M. Caricato, “Absorption and Emission Spectra of Solvated Molecules with the EOM-CCSD-PCM Method,” J. Chem. Theory & Comput., 8 (2012) 4494. DOI: ] を参照してください。これらは IOp(9/116) 経由でも利用できます。
CorrectedLinearResponse
文献 [ Caricato06 M. Caricato, B. Mennucci, J. Tomasi, F. Ingrosso, R. Cammi, S. Corni, and G. Scalmani, “Formation and relaxation of excited states in solution: A new time dependent polarizable continuum model based on time dependent density functional theory,” J. Chem. Phys., 124 (2006) 124520. DOI: ] に従って、CIS/RPA/TD-DFT SCRF 励起状態のエネルギーに対して状態固有の補正を実行します。CorrectedLR はこのオプションの同義語です。
Read
計算パラメーターを提供するキーワードとオプションの別のセクションを入力ストリームから読み取る必要があることを示します。これは、異方性溶媒およびイオン性溶媒に対して指定する必要があります。
Checkpoint
チェックポイント ファイルから SCRF 情報を取得します。
Modify
チェックポイント ファイルから SCRF 情報を取得し、入力ストリームから変更を読み取ります。
ONIOMPCM=k
を実行します 溶液中の ONIOM 計算 [ Vreven01 T. Vreven, B. Mennucci, C. O. da Silva, K. Morokuma, and J. Tomasi, “The ONIOM-PCM method: Combining the hybrid molecular orbital method and the polarizable continuum model for solvation. Application to the geometry and properties of a merocyanine in solution,” J. Chem. Phys., 115 (2001) 62-72. DOI: , Mo04 S. J. Mo, T. Vreven, B. Mennucci, K. Morokuma, and J. Tomasi, “Theoretical study of the SN2 reaction of Cl-(H2O) + CH3Cl using our own N-layered integrated molecular orbital and molecular mechanics polarizable continuum model method (ONIOM-PCM),” Theor. Chem. Acc., 111 (2003) 154-61. DOI: ] コード文字で選択されたスキームに従って k、これらは 有効な値:
| A | 統合 ONIOM 密度を用いて反応場を自己無撞着に計算します(エネルギー計算のみ対応。半経験的方法では利用不可)。 |
| B | 実系の低レベル計算で反応場を求め、対応する分極電荷をモデル系の部分計算で外部電荷として用います(エネルギー計算のみ対応)。 |
| C | 反応場は実系の低レベル計算でのみ求め、モデル系の部分計算は反応場ゼロ(気相)を仮定して実行します。この設定はエネルギー、最適化、周波数計算で利用できます。 |
| X | 各部分計算で反応場を個別に計算し、常に実系のキャビティを使用します。ONIOM と SCRF を同時指定した場合の既定値です(エネルギー、最適化、周波数で利用可能)。 |
G09Defaults
PCM ソルベーションのデフォルトを Gaussian 09 で使用されているデフォルトに戻します。
G03Defaults
Gaussian 03 PCM 計算の結果をできるだけ正確に再現するには、PCM のデフォルトを変更します。プログラムの改良により、完全な一致が常に可能であるとは限らないことに注意してください。
Onsager (SCRF=Dipole) モデルオプション
A0=val
溶質半径の値を設定します a0 ルート セクション内 (入力ストリームから読み取るのではなく) SCRF=Dipole 計算)。このオプションが含まれている場合、 Solvent または Dielectric も含める必要があります。
Dielectric=val
溶媒の誘電率の値を設定します。このオプションはオーバーライドします Solvent 両方が指定されている場合。
IPCM モデルオプション
GradVne
数値積分には Vne 盆地を使用します。
GradRho
数値積分には密度盆地を使用します。非核アトラクターが存在する場合、ジョブは失敗する可能性があります。
SCIPCM モデルオプション
UseDensity
密度を評価する際に密度行列の使用を強制します。
UseMOs
密度の評価に MO の使用を強制します。
GasCavity
表面を自己矛盾なく解決するのではなく、気相等密度曲面を使用してキャビティを定義します。これは主にデバッグ オプションです。
PCM 電荷の保存/再読込
SaveQ
PCM 料金をチェックポイント ファイルに書き込みます。 SaveQ と一緒に指定できます LoadQ. WriteQ はこのオプションの同義語です。
LoadQ
チェックポイント ファイルの PCM 料金を読み取ります。保存された電荷を使用するには、分子の幾何学的形状と空洞が正確に一致する必要があることに注意してください。 SaveQ と一緒に指定できます LoadQ. ReadQ はこのオプションの同義語です。
COSMO/RS 用入力の生成
COSMORS
COSMO/RSなどのプログラムで使用するデータファイルを作成します。
適用範囲
次の表は、さまざまな機能の利用可能性を詳しく示しています。 SCRF=PCM 理論的手法による計算の種類:
| 手法 | エネルギー(外部反復) | エネルギー | 最適化 | 振動解析 | 3次プロパティ a | NMR |
| MM | 不可 | 可 | 可 | 可 | 不可 | 不可 |
| AM1, PM3, PM3MM, PM6, PDDG | 不可 | 可 | 可 | 可 | 不可 | 不可 |
| HF, DFT | 可 | 可 | 可 | 可 | 可 | 可 |
| MP2 | 可 | 可b | 可b | 可b | 可b,c | 可b |
| MP3, MP4(SDQ), CCSD, QCISD | 可 | 可b | 不可 | 不可 | 不可 | 不可 |
| CASSCF | 可 | 可 | 可 | 可e | 不可 | 不可 |
| CIS | 可 | 可d | 可d | 可d | 不可 | 不可 |
| TD | 可 | 可d | 可d | 可d | 不可 | 不可 |
| ZIndo | 不可 | 可 | 不可 | 不可 | 不可 | 不可 |
a例えば、Freq=Raman, ROA または VCD; bSCF MO偏光を介して計算。 cラマン強度は数値的に計算されます(つまり、 Freq=NRaman); d線形応答アプローチを使用します。 e数値的な頻度のみ。
PCM ソルベーションを使用した CASSCF 周波数は、次を使用して数値的に実行する必要があります。 Freq=Numer.
SCRF 計算を再開します。 SCRF=ExternalIteration と SCRF=IPCM ジョブは、読み書き可能なファイルから再開できます。 Restart オプション. SCRF=SCIPCM SCF 反復中に失敗した計算は、 SCF=Restart キーワード。
デフォルト以外のメソッド。 IPCM モデルは、HF、DFT、MP2、MP3、MP4(SDQ)、QCISD、CCD、CCSD、CID、および CISD エネルギーでのみ使用できます。 SCIPCM モデルは、HF および DFT エネルギー、最適化、数値周波数に使用できます。オンセージャー (SCRF=Dipole) モデルは、HF、DFT、MP2、MP3、MP4(SDQ)、QCISD、CCD、CCSD、CID、および CISD エネルギー、および HF および DFT の最適化と周波数計算に利用できます。ただし、 オプト周波数 キーワードの組み合わせは次の場合には使用できません SCRF=Dipole calculations.
実例
PCMエネルギー。一般に、デフォルトの SCRF メソッドからのエネルギー出力は、出力ファイル内で通常の方法で表示されます。たとえば、Hartree-Fock 計算および MP2 PCM 計算からの予測エネルギーを含む出力ファイルのセクションを次に示します。
Hartree-Fock SCRF 計算: SCF Done: E(RHF) = -99.4687828290 A.U. after 8 cycles Convg = 0.2586D-08 -V/T = 2.0015 MP2 SCRF 計算: E2 = -0.1192799427D+00 EUMP2 = -0.99584491345297D+02
溶液中の予測エネルギーには、計算されたすべての補正が含まれます (Gaussian 03 出力とは異なります)。
さまざまな PCM オプションが含まれている場合、追加の出力行が表示される場合があります。たとえば、次の出力は、 HF SCRF=SMD calculation:
SCF Done: E(RHF) = -99.4687828290 A.U. after 8 cycles
Convg = 0.2586D-08 -V/T = 2.0015
SMD-CDS (non-electrostatic) energy (kcal/mol) = 0.54
(included in total energy above)
外部反復 SCRF 計算の場合、最終エネルギーは外部反復を制御するリンク 124 によって計算され、別の出力セクションで報告されます。このセクションは、次の例のように、出力ファイルの終わり近くに表示されます。
-------------------------------------------------------------------- Self-consistent PCM results =========================== <psi(f)| H |psi(f)> (a.u.) = -99.577537 (A) <psi(f)|H+V(f)/2|psi(f)> (a.u.) = -99.584002 (B) (Polarized solute)-Solvent (kcal/mol) = -4.06 (C) -------------------------------------------------------------------- Partition over spheres: Sphere on Atom Surface Charge GEl GCav GDR 1 H1 15.27 -0.157 -2.36 0.00 0.00 2 F2 32.58 0.157 -1.70 0.00 0.00 -------------------------------------------------------------------- 外部反復および状態特異的 SCRF 計算における予測エネルギー値 After PCM corrections, the energy is -99.5840023899 a.u. --------------------------------------------------------------------
線(A)は分極溶質の波動関数と気相ハミルトニアンを使用して計算されたエネルギーを報告し、線(B)は分極溶質の波動関数と溶液中のハミルトニアンを使用して計算されたエネルギーを報告し、線(C)は積分<Ψ(f)|V(f)/2|Ψ(f)> (kcal/mol)に相当する分極溶質と溶媒の間の相互作用エネルギーを報告し、最後の線はすべてを組み込んだ予測エネルギーを報告します。 PCM補正。
蛍光の例: 第一励起状態からの発光(蛍光) (n→π*) アセトアルデヒドの
ここでサイクルを調べます。

Acetaldehyde Excitation と Emission Cycle
重要な主なプロセスは、 ただし、この例では、溶媒の影響を含む完全なサイクルを研究する方法を示します。
ステップ 1: 基底状態の形状最適化と周波数計算(平衡溶媒和)。 これは、PCM 平衡溶媒和を含む基底状態に対する標準的な Opt Freq 計算です。
%chk=01-ac.chk # Opt Freq B3LYP/6-31+G(d,p) SCRF=(Solvent=Ethanol) Geom=Connectivity Acetaldehyde ground state 0 1 C 1.18859424 -0.14489207 0.00000000 C -0.24504511 0.40764331 0.00000000 O -1.24669971 -0.28388776 0.00000000 H 1.17789510 -1.22999932 0.00000000 H 1.72039616 0.20716276 -0.88008651 H 1.72039616 0.20716276 0.88008651 H -0.30638454 1.51026846 0.00000000 1 2 1.0 4 1.0 5 1.0 6 1.0 2 3 2.0 7 1.0 3 4 5 6 7
溶液中の基底状態の最適化された構造のエネルギーは次のとおりです。
SCF Done: E(RB3LYP) = -153.851763001 A.U. after 1 cycles
ステップ 2: 線形応答溶媒和による垂直励起。 これは、基底状態平衡幾何学、つまり線形応答、非平衡における、デフォルトの溶媒和を使用した垂直励起の TD-DFT 計算です。単一点 TD-DFT 計算を実行します。これはデフォルトで非平衡溶媒和になります。このジョブの結果は、関心のある州とその順序を特定するために使用されます。
%oldchk=01-ac %chk=02-ac # B3LYP/6-31+G(d,p) TD=NStates=6 SCRF=(Solvent=Ethanol) Geom=Check Guess=Read Acetaldehyde absorption: linear response vertical excited states 0 1
計算結果は励起状態の溶媒和を合理的に記述しますが、状態固有の溶媒和計算ほど良好ではありません。この系では n→π* 状態が第一励起状態であることが分かります。続いて、状態固有法を用いて垂直励起ステップをより適切に記述します。
非平衡溶媒和の線形応答計算から得られる、基底状態から第一励起状態への垂直励起(吸収)は次のとおりです。
Excited State 1: Singlet-A" 4.3767 eV 283.28 nm f=0.0000 <S**2>=0.000
したがって、基底状態から第一励起状態への吸収は、線形応答アプローチで計算すると 283.28 nm (4.38 eV) になります。
ステップ 3: 垂直励起の状態固有の溶媒和。 この種の計算には、修正線形応答と外部反復という 2 つのアプローチが利用できます。
修正された線形応答アプローチ は、非平衡溶媒和 (デフォルト) を使用した基底状態の平衡幾何学における垂直励起の TD-DFT 計算です。 CorrectedLR オプション:
%oldchk=01-ac %chk=03-ac # B3LYP/6-31+G(d,p) TD=(NStates=6,Root=1) Geom=Check Guess=Read SCRF=(Solvent=Ethanol,CorrectedLR) Acetaldehyde: Compute energy of the first excited state with the Corrected linear-response state-specific method and non-equilibrium solvation 0 1
非平衡溶媒和からの最初の励起状態への予測された垂直励起 (吸収) 補正された線形応答計算は、次のように出力に表示されます。
PCM Corrected Linear-Response - Non-equilibrium solvation: Corrected transition energy = 4.3603 eV Total energy after correction = -153.691525835 a.u.
したがって、基底状態から最初の励起状態への吸収は、補正線形応答アプローチによって計算された 284.35 nm (4.36 eV) になります。
のために 外部反復アプローチ、2 つのジョブ ステップが必要です。まず、基底状態の計算が実行され、 NonEquilibrium=Save 基底状態に基づいた非平衡溶媒和に関する情報を保存するためのオプション。次に、実際の状態固有の計算が実行され、次を使用して非平衡溶媒和に必要な情報が読み込まれます。 NonEquilibrium=Read オプションを使用し、ステップ 1 でチェックポイント ファイルを指定します。
%oldchk=01-ac %chk=03-ac-EI # B3LYP/6-31+G(d,p) SCRF=(Solvent=Ethanol,NonEquilibrium=Save) Geom=Check Guess=Read Acetaldehyde: prepare for state-specific non-eq solvation by saving the solvent reaction field from the ground state 0 1 --link1-- %chk=03-ac-EI # B3LYP/6-31+G(d,p) TD(NStates=6,Root=1) Geom=Check Guess=Read SCRF=(Solvent=Ethanol,ExternalIteration,NonEquilibrium=Read) Acetaldehyde: read non-eq solvation from ground state and compute energy of the first excited with the External Iteration state-specific method 0 1
以下は、非平衡溶媒和状態固有の計算から得られた、基底状態の最適化された形状における最初の励起状態のエネルギーです。
After PCM corrections, the energy is -153.687686675 a.u.
このエネルギーを基底状態エネルギー (ステップ 1 から) から減算すると、状態固有の溶媒和補正を含む基底状態から最初の励起状態への吸収が得られます: 277.70 nm (4.47 eV)。
ステップ 4: 励起状態構造の緩和。 次に、励起状態のポテンシャルエネルギー面上で最小エネルギー点を求めるため、平衡線形応答溶媒和を用いた TD-DFT 構造最適化を実行します。TD-DFT 最適化では平衡溶媒和が既定です。この種の計算では、分子が基底状態では対称面を持っていても、励起状態では対称性が破れることがあります。そのため、初期構造で励起状態の力定数を計算し(CalcFC)、対称性を無効化(NoSymm)してから、ステップ 2 のチェックポイントファイルに保存された構造と関連データを読み込んで最適化を開始します。
%oldchk=02-ac %chk=04-ac # B3LYP/6-31+G(d,p) TD=(NStates=6,Root=1) SCRF=(Solvent=Ethanol) Geom=Check Guess=Read Opt=CalcFC Freq NoSymm Acetaldehyde: excited state opt + freq Since first excited state is A", the minimum will break Cs symmetry. 0 1
以下は、溶液中の最初の励起状態の幾何学最適化後の最初の励起状態 (平衡幾何学) の結果です。
Excited State 1: Singlet-?Sym 3.2075 eV 386.54 nm f=0.0014...
12 -> 13 0.70615
This state for optimization and/or second-order correction.
Total Energy, E(TD-HF/TD-DFT) = -153.705917055
励起状態の振動周波数の計算も含めていることに注意してください。 (オプト周波数)。このようにして、励起状態最適化ジョブ ステップにある構造が最小であることを確認しました。必要に応じて、結果をフランク・コンドン計算の一部として使用することもできます。
ステップ 5: 発光状態固有の溶媒和 線形応答アプローチを修正しました。 上記のステップ 3 と同様、この種の計算には 2 つのアプローチ (修正線形応答と外部反復) が使用できます。まずは、 線形応答アプローチを修正しました。 平衡幾何学における励起状態の状態固有の平衡溶媒和を計算し、次のステップの溶媒和データを書き出します。 NonEquilibrium=Save オプション。入力ファイルは次のとおりです。
%oldchk=04-ac %chk=05-ac # B3LYP/6-31+G(d,p) TD=(Read,NStates=6,Root=1) Geom=Check Guess=Read SCRF=(Solvent=Ethanol,CorrectedLR,NonEquilibrium=Save) NoSymm Acetaldehyde emission Corrected linear-response state-specific solvation at first excited state optimized geometry 0 1
以下は、平衡溶媒和の修正された線形応答状態固有の計算から得られた、最適化された形状における最初の励起状態のエネルギーです。
PCM Corrected Linear-Response - Equilibrium solvation: Corrected transition energy = 3.1411 eV Total energy after correction = -153.708357658 a.u.
の入力ファイルは次のとおりです。 外部反復アプローチ:
%oldchk=04-ac %chk=05-ac-EI # B3LYP/6-31+G(d,p) TD=(Read,NStates=6,Root=1) Geom=Check Guess=Read SCRF=(Solvent=Ethanol,ExternalIteration,NonEquilibrium=Save) NoSymm Acetaldehyde emission External Iteration state-specific solvation at first excited state optimized geometry 0 1
以下は、平衡溶媒和外部反復状態固有の計算から得られた、最適化された形状における最初の励起状態のエネルギーです。
After PCM corrections, the energy is -153.707149257 a.u.
ステップ 6: 最終基底状態への放出。 最後に、励起状態幾何学における非平衡溶媒和と励起状態からの静的溶媒和を使用して基底状態エネルギーを計算します。の使用 修正された線形応答アプローチでは、最初の励起状態の最適化された構造と、最初の励起状態密度と平衡状態にある溶媒反応場を使用して、溶液中の非平衡溶媒和計算によって基底状態のエネルギーを計算します。どちらも、以前の補正された線形応答励起状態計算の結果から読み取られます。入力ファイルは次のとおりです。
%oldchk=05-ac %chk=06-ac # B3LYP/6-31+G(d,p) SCRF=(Solvent=Ethanol,NonEquilibrium=Read) Geom=Check Guess=Read NoSymm Acetaldehyde: ground state non-equilibrium at excited state geometry. 0 1
SCF Done: E(RB3LYP) = -153.822040461 A.U. after 10 cycles
ステップ 5 と 6 のエネルギーの差により、垂直方向の放射エネルギーが求められます。この場合、補正済み線形応答状態固有の溶媒和補正を含む、最初の励起状態から基底状態への発光は 400.79 nm (3.09 eV) です。
の入力ファイルは次のとおりです。 外部反復アプローチ、同様に前の計算の結果を読み取ります。
%oldchk=05-ac-EI %chk=06-ac-EI # B3LYP/6-31+G(d,p) SCRF=(Solvent=Ethanol,NonEquilibrium=Read) Geom=Check Guess=Read NoSymm Acetaldehyde: ground state non-equilibrium at excited state geometry. 0 1
外部反復アプローチを使用して予測されたエネルギーは次のとおりです。
SCF Done: E(RB3LYP) = -153.822031895 A.U. after 10 cycles
ステップ 5 と 6 のエネルギーの差により、垂直方向の放射エネルギーが求められます。この場合、外部反復状態固有の溶媒和補正を含む、最初の励起状態から基底状態への発光は 396.61 nm (3.13 eV) です。
気相における励起エネルギーと発光エネルギーを計算するには、ステップ 1、2、および 4 で十分です。ステップ 4 で計算されたエネルギーは基底状態の溶媒の反応場に対応する一方、発光は励起状態の電荷分布に応じて作成された反応場で発生するため、溶媒の効果が含まれる場合には十分ではありません。これは、ステップ 5 と 6 で適切に説明されています。
バンドの形状を計算する場合、気相では次のように単純に計算を実行します。 Freq=(ReadFC,FC,Emission)、ステップ 1 のチェックポイント ファイルをジョブのメイン チェックポイント ファイルとして指定し、入力ストリームでステップ 5 のチェックポイント ファイルの名前を指定して他の状態を指定します。溶媒和されたバンド形状については、次のことを行う必要があります。 周波数=(ReadFC,FC,エミッション,ReadFCHT) ステップ 1 と 5 でチェックポイント ファイルを使用しますが、フランク コンドン計算の入力セクションで州固有の放出エネルギーも提供します。
追加入力
PCM 計算の追加入力
追加入力 キーワードを指定できるのは、 PCM SCRF 計算 (SMD モデルを使用した計算を含む)。利用可能なパラメーターの多くは専門ユーザー向けに設計されていることに注意してください。本番環境の計算では、標準設定を変更して実験することは強くお勧めできません。
これらのキーワードは別の入力セクションに配置され、通常どおり空行で終了します。この例では、PCM 分極電荷の反復計算の収束しきい値を厳しくし、キャビティ球半径の静電スケーリング係数を設定します。
| # B3LYP/6-31G(d) 5D SCRF(Solvent=Ethanol,Read) | |
| PCM 追加入力の例。 | |
| 0 1 | |
| 分子仕様 | |
| QConv=10 | PCM キーワードの入力セクション |
| Alpha=1.1 | |
| 空行で PCM 入力を終了 | |
PCM 入力セクションは通常どおり空行で終わります。
PCM 計算の制御に使用できるキーワードを、関連項目のグループにまとめて以下に示します。
溶媒パラメーターの定義
PCM 計算の溶媒は通常、通常の Solvent SCRF キーワードのオプション。次のキーワードを使用して、既知の溶媒の一部のデフォルト値をオーバーライドできます。
| Eps= x | 溶媒の静的(ゼロ周波数)誘電率を指定します。 | |
| EpsInf= x | 溶媒の動的(光学)誘電率を指定します。SMD 計算では、293 K における溶媒の屈折率の二乗を設定します。 | |
| RSolv= x | 溶媒半径(オングストローム)を指定します。次を使用する場合にのみ有効です。 AddSph または Surface=SAS . |
指定されていないパラメーターは、デフォルトで指定された溶媒の値になります。 Solvent オプション(このオプションが省略された場合は水に)。
SMD 計算用の溶媒の定義
SMD 法では、溶媒を定義するために必要な項目が異なります。以下は、PCM 入力セクションを介して手動でエタノールを定義した SMD 計算の例です。最後の 5 つの項目は SMD 固有のキーワードであることに注意してください。 7 つの項目はすべて必須であり、すべての値を実数として指定する必要があることに注意してください。これらのパラメーターの詳細については、「」を参照してください。 Marenich09
A. V. Marenich, C. J. Cramer, and D. G. Truhlar, “Universal solvation model based on solute electron density and a continuum model of the solvent defined by the bulk dielectric constant and atomic surface tensions,” J. Phys. Chem. B, 113 (2009) 6378-96. DOI:
]。この記事の執筆時点では、溶媒の大部分は ミネソタ州溶媒記述子データベース 溶媒キーワードが定義されています (「溶媒」を参照)。
| # B3LYP/6-31G(d) 5D SCRF(SMD,Solvent=Generic,Read) | |
| エタノール中の水(汎用 SMD 溶媒として定義)。 | |
| 0 1 | |
| O | |
| H,1,0.94 | |
| H,1,0.94,2,104.5 | |
| PCM キーワードの入力セクション | |
| Eps=24.852 | ε |
| EpsInf=1.852593 | n 2 |
| HbondAcidity=0.37 | α |
| HbondBasicity=0.48 | β |
| SurfaceTensionAtInterface=31.62 | γ |
| CarbonAromaticity=0. | φ |
| ElectronegativeHalogenicity=0. | ψ |
| 空行で PCM 入力を終了 | |
計算法のバリエーション
| NonEq= item | SCRF(Read) を使用した HF, DFT、または CASSCF 計算が完了した後、あるいは SCRF(ExternalIteration,Read) 計算の終了後に、非平衡応答場を計算して保存します。チェックポイント ファイルにデータを保存するには NonEq=Write を指定し、後続計算で読み出すには NonEq=Read を使用してください。 | |
| Dis | Floris と Tomasi のモデル [ Floris89 F. Florsi and J. Tomasi, “Evaluation of the dispersion contribution to the solvation energy. A simple computational model in the continuum approximation,” J. Comp. Chem., 10 (1989) 616. DOI: , Floris91 F. Florsi, J. Tomasi, and J. L. Pascual-Ahuir, “Dispersion and repulsion contributions to the solvation energy: Refinements to a simple computational model in the continuum approximation,” J. Comp. Chem., 12 (1991) 784. DOI: ] に従って、溶質–溶媒分散相互作用エネルギーを全エネルギーに含めて計算します。デフォルトは NoDis です。このオプションは SCRF=SMD 計算では使用できません。 | |
| Rep | Floris と Tomasi のモデル [ Floris89 F. Florsi and J. Tomasi, “Evaluation of the dispersion contribution to the solvation energy. A simple computational model in the continuum approximation,” J. Comp. Chem., 10 (1989) 616. DOI: , Floris91 F. Florsi, J. Tomasi, and J. L. Pascual-Ahuir, “Dispersion and repulsion contributions to the solvation energy: Refinements to a simple computational model in the continuum approximation,” J. Comp. Chem., 12 (1991) 784. DOI: ] に従って、溶質–溶媒排斥相互作用エネルギーを全エネルギーに含めます。デフォルトは NoRep です。このオプションは SCRF=SMD 計算では使用できません。 | |
| Cav | Pierotti のモデル [ Pierotti76 R. A. Pierotti, “A scaled particle theory of aqueous and nonaqueous solutions,” Chem. Rev., 76 (1976) 717. DOI: ] に従って、溶質のキャビテーションエネルギーを全エネルギーに含めます。デフォルトは NoCav です。このオプションは SCRF=SMD 計算では使用できません。 | |
| CavityFieldEffects | Cammi らのモデル [ Cammi00a R. Cammi, C. Cappelli, S. Corni, and J. Tomasi, “On the calculation of infrared intensities in solution within the polarizable continuum model,” J. Phys. Chem. A, 104 (2000) 9874-79. DOI: ] に従って、キャビティ場相互作用エネルギー(局所場効果とも呼ばれる)の影響を全エネルギーに含めます。デフォルトではこの効果は含めません。 | |
| CF=Eps= x | キャビティ場エネルギー寄与で使用する静的誘電率に別の値を指定します。キャビティ場効果の大きさを調整する際に有用です。 | |
| CF=EpsInf= x | キャビティ場エネルギー寄与で使用する動的(光学)誘電率に別の値を指定します。キャビティ場効果の大きさを調整する際に有用です。 | |
| FitPot | 溶質-溶媒相互作用エネルギーを、原子または原子団の加法的寄与として解析します。この解析では、溶液中の分子静電ポテンシャルに対して原子電荷をフィッティングします。 | |
| Iterative | 反復法により PCM の静電問題を解き、分極電荷を計算します。 | |
| MxIter= N | 静電問題の反復解法で許容する最大反復回数を指定します。デフォルトは 400 です。 | |
| QConv= type | N | PCM 分極電荷の反復計算の収束しきい値を 10 -N に設定するか、または次のいずれかの事前定義型に設定します: VeryTight (10 -12 ), Tight (10 -9 ) および Sleazy (10 -6 )。デフォルトは QConv=Tight です。 | |
| SC=QConv= x | 外部反復手順における PCM 分極電荷の収束条件を指定します。 | |
| MaxExtIt= x | 外部反復手順で許容する最大反復回数を指定します。 |
異方性およびイオン性溶媒
分子キャビティの指定
デフォルトでは、プログラムは UFF 半径を使用してキャビティを作成します。これにより、各溶質原子の周囲に球が配置され、半径は 1.1 倍に拡大されます。 United Atom (UA) モデルも 3 種類あります。
キャビティは、PCM 入力セクションで広範囲に変更できます。球パラメーターや一般的なキャビティ トポロジの変更、デフォルトで構築されたキャビティへの追加の球の追加などです。分子キャビティ全体は、ユーザーが入力セクションで提供することもできます。
Radii= model : 使用するトポロジーモデルおよび/または原子半径セットを指定します。利用可能なモデル/セットは次のとおりです。
- UFF : UFF 力場の半径を使用します。水素は個別球(明示的水素)として扱います。これがデフォルトです。
- UA0 : United Atom Topological Model を使用し、重原子には UFF 力場の原子半径を適用します。水素は結合先の重原子の球に内包されます。Gaussian 03 ではこれがデフォルトでした。
- UAHF : HF/6-31G(d) レベルで最適化された半径に United Atom Topological Model を適用します。
- UAKS : PBE1PBE/6-31G(d) レベルで最適化された半径に United Atom Topological Model を適用します。
- Pauling : Pauling(実際には Merz-Kollman)原子半径を使用します(明示的水素)。
- Bondi : Bondi 原子半径を使用します(明示的水素)。
Surface= type : 溶質-溶媒境界を表す分子表面の種類を指定します。利用可能なオプションは次のとおりです。
- VDW : Van der Waals 表面。原子半径(スケーリング済み)を用い、表面平滑化のための「追加球」は生成しません。これがデフォルトです。
- SES : Solvent Excluding Surface。表面は原子/基球と、表面平滑化のために自動生成される球(「追加球」)で構成されます。Gaussian 03 ではこれがデフォルトでした。
- SAS : Solvent Accessible Surface。溶媒半径を原子および/または原子団の未スケーリング半径に加算します。
ModifySph : Alters parameters for one または more spheres. The modified spheres can be indicated in the PCM input in lines following this keyword having the following format:
atom radius [ alpha ]
where atom 原子番号または元素の種類です。
ExtraSph= N : Adds N user-defined spheres to the cavity. Parameters of the spheres can be specified in lines following this keyword using the following format:
X Y Z radius [ alpha ]
where X , Y , Z は、標準方向のデカルト座標です。
NSph= N : The cavity is built just from the N spheres provided by the user, specified on lines of the following format:
atom_number radius [ alpha ] —or— X Y Z radius [ alpha ]
where X , Y , Z は、標準方向のデカルト座標です。原子番号で球を指定すると、標準的なキャビティの動作が模倣されますが、デカルトを指定すると、構造とともに移動しない固定キャビティが生成されます。
| PDens= x | Sets the average density of integration points on the surface, in units of Angstrom -2 . 5.0 is the default. Increasing this value results in a finer surface discretization. | |
| Alpha= scale | 球半径に乗じる静電スケーリング係数を指定します。デフォルト値は 1.1 です。 | |
| SphereOnH= N | United Atom Topological モデルを使用する場合、原子リストの N 番目にある水素原子に個別の球を配置します。 | |
| SphereOnAcidicHydrogens | United Atom Topological モデルを使用する場合、酸性水素(N, O, S, P, Cl, F 原子に結合した水素)に個別の球を配置します。 | |
| OFac= x | 2 つのかみ合う球の重なり指数を指定します [ Pascual-Ahuir94 J. L. Pascual-Ahuir, E. Silla, と I. Tuñón, “GEPOL: An improved description of molecular-surfaces. 3. A new algorithm for the computation of a solvent-excluding surface,” J. Comp. Chem., 15 (1994) 1127-38. DOI: ]。これは SES 追加球に適用されます。この指数を小さくすると、追加される球の数は少なくなります。デフォルト値は 0.89 です。 | |
| RMin= x | SES 追加球に対する最小半径(オングストローム)を設定します。 SES この値を大きくすると、追加される球の数は少なくなります。デフォルト値は 0.2 です。 | |
| PrintSpheres | 後で GaussView で可視化できるよう、溶媒和キャビティデータをチェックポイントファイルに含めます。 | |
| GeomView | キャビティを記述するファイル points.off を作成します。このファイルには GeomView プログラム(参照 www.geomview.org )向け入力が含まれ、分子キャビティの可視化に使用できます。 |
溶媒
次の 溶剤キーワードは SCRF=Solvent オプション。便宜上、ε 値をここにリストしますが、これは溶媒を定義するために使用される多くの内部パラメーターの 1 つにすぎないことに注意してください。したがって、ε 値を変更するだけでは、新しい溶媒を適切に定義できません。
- Water : ε=78.3553
- Acetonitrile : ε=35.688
- Methanol : ε=32.613
- Ethanol : ε=24.852
- IsoQuinoline : ε=11.00
- Quinoline : ε=9.16
- Chloroform : ε=4.7113
- DiethylEther : ε=4.2400
- Dichloromethane : ε=8.93
- DiChloroEthane : ε=10.125
- CarbonTetraChloride : ε=2.2280
- Benzene : ε=2.2706
- Toluene : ε=2.3741
- ChloroBenzene : ε=5.6968
- NitroMethane : ε=36.562
- Heptane : ε=1.9113
- CycloHexane : ε=2.0165
- Aniline : ε=6.8882
- Acetone : ε=20.493
- TetraHydroFuran : ε=7.4257
- DiMethylSulfoxide : ε=46.826
- Argon : ε=1.430
- Krypton : ε=1.519
- Xenon : ε=1.706
- n-Octanol : ε=9.8629
- 1,1,1-TriChloroEthane : ε=7.0826
- 1,1,2-TriChloroEthane : ε=7.1937
- 1,2,4-TriMethylBenzene : ε=2.3653
- 1,2-DiBromoEthane : ε=4.9313
- 1,2-EthaneDiol : ε=40.245
- 1,4-Dioxane : ε=2.2099
- 1-Bromo-2-MethylPropane : ε=7.7792
- 1-BromoOctane : ε=5.0244
- 1-BromoPentane : ε=6.269
- 1-BromoPropane : ε=8.0496
- 1-Butanol : ε=17.332
- 1-ChloroHexane : ε=5.9491
- 1-ChloroPentane : ε=6.5022
- 1-ChloroPropane : ε=8.3548
- 1-Decanol : ε=7.5305
- 1-FluoroOctane : ε=3.89
- 1-Heptanol : ε=11.321
- 1-Hexanol : ε=12.51
- 1-Hexene : ε=2.0717
- 1-Hexyne : ε=2.615
- 1-IodoButane : ε=6.173
- 1-IodoHexaDecane : ε=3.5338
- 1-IodoPentane : ε=5.6973
- 1-IodoPropane : ε=6.9626
- 1-NitroPropane : ε=23.73
- 1-Nonanol : ε=8.5991
- 1-Pentanol : ε=15.13
- 1-Pentene : ε=1.9905
- 1-Propanol : ε=20.524
- 2,2,2-TriFluoroEthanol : ε=26.726
- 2,2,4-TriMethylPentane : ε=1.9358
- 2,4-DiMethylPentane : ε=1.8939
- 2,4-DiMethylPyridine : ε=9.4176
- 2,6-DiMethylPyridine : ε=7.1735
- 2-BromoPropane : ε=9.3610
- 2-Butanol : ε=15.944
- 2-ChloroButane : ε=8.3930
- 2-Heptanone : ε=11.658
- 2-Hexanone : ε=14.136
- 2-MethoxyEthanol : ε=17.2
- 2-Methyl-1-Propanol : ε=16.777
- 2-Methyl-2-Propanol : ε=12.47
- 2-MethylPentane : ε=1.89
- 2-MethylPyridine : ε=9.9533
- 2-NitroPropane : ε=25.654
- 2-Octanone : ε=9.4678
- 2-Pentanone : ε=15.200
- 2-Propanol : ε=19.264
- 2-Propen-1-ol : ε=19.011
- 3-MethylPyridine : ε=11.645
- 3-Pentanone : ε=16.78
- 4-Heptanone : ε=12.257
- 4-Methyl-2-Pentanone : ε=12.887
- 4-MethylPyridine : ε=11.957
- 5-Nonanone : ε=10.6
- AceticAcid : ε=6.2528
- AcetoPhenone : ε=17.44
- a-ChloroToluene : ε=6.7175
- Anisole : ε=4.2247
- Benzaldehyde : ε=18.220
- BenzoNitrile : ε=25.592
- BenzylAlcohol : ε=12.457
- BromoBenzene : ε=5.3954
- BromoEthane : ε=9.01
- Bromoform : ε=4.2488
- Butanal : ε=13.45
- ButanoicAcid : ε=2.9931
- Butanone : ε=18.246
- ButanoNitrile : ε=24.291
- ButylAmine : ε=4.6178
- ButylEthanoate : ε=4.9941
- CarbonDiSulfide : ε=2.6105
- Cis-1,2-DiMethylCycloHexane : ε=2.06
- Cis-Decalin : ε=2.2139
- CycloHexanone : ε=15.619
- CycloPentane : ε=1.9608
- CycloPentanol : ε=16.989
- CycloPentanone : ε=13.58
- Decalin-mixture : ε=2.196
- DiBromomEthane : ε=7.2273
- DiButylEther : ε=3.0473
- DiEthylAmine : ε=3.5766
- DiEthylSulfide : ε=5.723
- DiIodoMethane : ε=5.32
- DiIsoPropylEther : ε=3.38
- DiMethylDiSulfide : ε=9.6
- DiPhenylEther : ε=3.73
- DiPropylAmine : ε=2.9112
- e-1,2-DiChloroEthene : ε=2.14
- e-2-Pentene : ε=2.051
- EthaneThiol : ε=6.667
- EthylBenzene : ε=2.4339
- EthylEthanoate : ε=5.9867
- EthylMethanoate : ε=8.3310
- EthylPhenylEther : ε=4.1797
- FluoroBenzene : ε=5.42
- Formamide : ε=108.94
- FormicAcid : ε=51.1
- HexanoicAcid : ε=2.6
- IodoBenzene : ε=4.5470
- IodoEthane : ε=7.6177
- IodoMethane : ε=6.8650
- IsoPropylBenzene : ε=2.3712
- m-Cresol : ε=12.44
- Mesitylene : ε=2.2650
- MethylBenzoate : ε=6.7367
- MethylButanoate : ε=5.5607
- MethylCycloHexane : ε=2.024
- MethylEthanoate : ε=6.8615
- MethylMethanoate : ε=8.8377
- MethylPropanoate : ε=6.0777
- m-Xylene : ε=2.3478
- n-ButylBenzene : ε=2.36
- n-Decane : ε=1.9846
- n-Dodecane : ε=2.0060
- n-Hexadecane : ε=2.0402
- n-Hexane : ε=1.8819
- NitroBenzene : ε=34.809
- NitroEthane : ε=28.29
- n-MethylAniline : ε=5.9600
- n-MethylFormamide-mixture : ε=181.56
- n,n-DiMethylAcetamide : ε=37.781
- n,n-DiMethylFormamide : ε=37.219
- n-Nonane : ε=1.9605
- n-Octane : ε=1.9406
- n-Pentadecane : ε=2.0333
- n-Pentane : ε=1.8371
- n-Undecane : ε=1.9910
- o-ChloroToluene : ε=4.6331
- o-Cresol : ε=6.76
- o-DiChloroBenzene : ε=9.9949
- o-NitroToluene : ε=25.669
- o-Xylene : ε=2.5454
- Pentanal : ε=10.0
- PentanoicAcid : ε=2.6924
- PentylAmine : ε=4.2010
- PentylEthanoate : ε=4.7297
- PerFluoroBenzene : ε=2.029
- p-IsoPropylToluene : ε=2.2322
- Propanal : ε=18.5
- PropanoicAcid : ε=3.44
- PropanoNitrile : ε=29.324
- PropylAmine : ε=4.9912
- PropylEthanoate : ε=5.5205
- p-Xylene : ε=2.2705
- Pyridine : ε=12.978
- sec-ButylBenzene : ε=2.3446
- tert-ButylBenzene : ε=2.3447
- TetraChloroEthene : ε=2.268
- TetraHydroThiophene-s,s-dioxide : ε=43.962
- Tetralin : ε=2.771
- Thiophene : ε=2.7270
- Thiophenol : ε=4.2728
- trans-Decalin : ε=2.1781
- TriButylPhosphate : ε=8.1781
- TriChloroEthene : ε=3.422
- TriEthylAmine : ε=2.3832
- Xylene-mixture : ε=2.3879
- z-1,2-DiChloroEthene : ε=9.2