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説明
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Dummy Atoms
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Model Builder
このセクションでは、従来の 分子システムの Z マトリックス記述。 Z 行列のサイズには制限があります。つまり、計算内の変数の最大数と原子の最大数です。これらは、最大 250,000 個の実際の原子 (ゴーストを含むがダミー原子は含まない) と最大 250,000 個の Z マトリックス中心 (原子、ゴースト原子、ダミー原子) に対して一貫して設定されます。
Z 行列の各行は、 分子内の原子の 1 つの内部座標。最もよく使用される Z マトリックス形式では、次の構文が使用されます。
Element-label , atom 1, bond-length , atom 2, bond-angle , atom 3, dihedral-angle [ format-code ]
これらの例では、行内の項目を区切るためにカンマを使用していますが、任意の有効な区切り文字を使用できます。 Element-label 原子の元素記号または原子番号からなる文字列です。元素記号を使用する場合、オプションでその原子の識別ラベルを作成するために他の英数字を後に続けることができます。一般的な方法は、要素名の後に 2 番目の識別整数 (C1、C2 など) を付けることです。
Atom 1, atom 2, atom 3 は、以前に指定された原子のラベルであり、現在の原子の位置を定義するために使用されます。あるいは、分子指定セクション内の他の原子の行番号を変数の値に使用することもできます。この場合、電荷多重度とスピン多重度の行は行 0 になります。
次に、現在の原子の位置は、原子を結合している結合の長さを指定することによって指定されます。 atom 1、この結合と結合する結合によって形成される角度 atom 1と atom 2、そして 上反角 を含む平面によって形成される atom 1, atom 2と atom 3 現在の原子を含む平面の場合、 atom 1と atom 2. 結合角は 0° < の範囲内でなければならないことに注意してください。 angle < 180°。二面角は任意の値を取ることができます。
オプションの format-code パラメーターは、Z 行列入力の形式を指定します。ここで説明する構文の場合、このコードは常に次のようになります。 0。このコードは、追加のパラメーターが通常の Z マトリックス仕様データに続く場合にのみ必要です。 ONIOM calculation.
最初の例として、過酸化水素を考えてみましょう。この構造の Z 行列は次のようになります。
H
O 1 0.9
O 2 1.4 1 105.0
H 3 0.9 2 105.0 1 120.0
Z マトリックスの最初の行は、単純に水素を指定します。次の行は酸素原子をリストし、酸素原子と水素の間の核間距離を 0.9 オングストロームとして指定します。 3 行目は、O-O 距離が 1.4 オングストローム (つまり、原子 2 からもう一方の酸素) で、O-O-H 角度 (原子 2 と 1 との) が 105 度の別の酸素を定義します。最後の 4 行目は、3 つの内部座標をすべて指定する必要がある唯一の行です。これは、他の水素が 0.9 オングストロームの H-O 距離、105 度の H-O-O 角度、120 度の H-O-O-H 二面角で 2 番目の酸素に結合していると定義します。
変数を使用して、Z マトリックス内の値の一部またはすべてを指定できます。以前の Z マトリックスの別のバージョンを次に示します。
H
O 1
R1
O 2
R2
1
A
H 3
R1
2
A
1
D
Variables:
R1 0.9
R2 1.4
A 105.0
D 120.0
分子の対称制約は内部座標に反映されます。 2 つの H-O 距離は、2 つの H-O-O 結合角と同様に、同じ変数によって指定されます。このような Z マトリックスが内部座標での構造の最適化に使用される場合 ( Opt=Z-matrix )、変数の値は、最も低いエネルギー構造を見つけるために最適化されます。完全な最適化の場合 ( FOpt )、変数は線形独立である必要があり、分子内にすべての自由度が含まれている必要があります。部分的な最適化の場合 ( POpt )、2 番目のセクションの変数 (ラベルが付けられることが多い) Constants: ) は値が固定されていますが、最初のセクションの値は最適化されています。
Variables:
R1 0.9
R2 1.4
A 105.0
Constants:
D 120.0
のディスカッションの例を参照してください。 Opt 内部座標の最適化の詳細については、キーワードを参照してください。
内部座標とデカルト座標の混在
この例のように、デカルト座標は実際には Z 行列の特殊なケースです。
C 0.00 0.00 0.00
C 0.00 0.00 1.52
H 1.02 0.00 -0.39
H -0.51 -0.88 -0.39
H -0.51 0.88 -0.39
H -1.02 0.00 1.92
H 0.51 -0.88 1.92
H 0.51 0.88 1.92
内部とデカルトの両方を使用することも可能です この例のように、同じ Z 行列内の座標:
O 0 xo 0. zo
C 0 0. yc 0.
C 0 0. -yc 0.
N 0 xn 0. 0.
H 2 r1 3 a1 1 b1
H 2 r2 3 a2 1 b2
H 3 r1 2 a1 1 -b1
H 3 r2 2 a2 1 -b2
H 4 r3 2 a3 3 d3
Variables:
xo -1.
zo 0.
yc 1.
xn 1.
r1 1.08
r2 1.08
r3 1.02
a1 125.
a2 125.
d3 160.
b1 90.
b2 -90.
この Z マトリックスには注目に値するいくつかの特徴があります。
- デカルト座標の変数名は、内部座標変数と同様に記号的に与えられます。
- The integer 0 after the atomic symbol indicates symbolic Cartesian coordinates to follow.
- デカルト座標も、二面角と同様に符号反転で関係付けることができます。
Alternate Z-matrix Format
代替の Z マトリックス形式では、結合角と二面角ではなく 2 つの結合角を使用して核の位置を指定できます。これは、 1 2 番目の角度に続く追加フィールド (このフィールドのデフォルトは 0、3 番目の成分として二面角を示します):
C4 O1 0.9 C2 120.3 O2 180.0 0
C5 O1 1.0 C2 110.4 C4 105.4 1
C6 O1 R C2 A1 C3 A2 1
最初の線は二面角を使用し、後の 2 つは 2 番目の結合角を使用します。
ダミー原子
このセクションでは、 Z 行列内のダミー原子。擬似原子記号で表されます。 X。次の例は、ダミー アトムを使用して C で 3 分割軸を固定する方法を示しています。 3v ammonia:
N
X 1 1.
H 1 nh 2 hnx
H 1 nh 2 hnx 3 120.0
H 1 nh 2 hnx 3 -120.0
nh 1.0
hnx 70.0
軸上のダミーの位置は無関係で、使用される距離 1.0 は他の正の数に置き換えることもできます。 hnx は、NH 結合と三重軸の間の角度です。
以下はオキシランの Z マトリックスです。
X
C1 X halfcc
O X ox C1 90.
C2 X halfcc O 90. C1 180.0
H1 C1 ch X hcc O hcco
H2 C1 ch X hcc O -hcco
H3 C2 ch X hcc O hcco
H4 C2 ch X hcc O -hcco
halfcc 0.75
ox 1.0
ch 1.08
hcc 130.0
hcco 130.0
この例では 2 つの点を説明します。まず、C-C 結合の中心にダミー原子を配置して、C-C 結合を拘束します。 cco 三角形が二等辺になります。 ox は O から C-C 結合までの垂直距離、角度は oxc 90度に保たれます。第 2 に、Z マトリックスのエントリの一部は、二面角変数の負の数で表されます。 hcco .
次の例は、ダミー原子を使用して指定する方法を示しています。 直線的な結合。内部座標での幾何学最適化では、アセチレンや C などの線状分子フラグメントで発生する 180 度の結合角を処理できません。 4 ブタトリエンのチェーン。非対称分子のエチニル基など、直線に近い状況でも問題が発生する可能性があります。これらの状況は、角の二等分線に沿ってダミー原子を導入し、半角を変数または定数として使用することで回避できます。
N
C 1 cn
X 2 1. 1 90.
H 2 ch 3 90. 1 180.
cn 1.20
ch 1.06
同様に、構造の最適化を目的としたこの Z マトリックスでは、 half は、線形に近いと予想される N-C-O 角度の半分を表します。の値に注意してください。 half 90 度未満はシス配置に相当します。
N
C 1 cn
X 2 1. 1 half
O 2 co 3 half 1 180.0
H 4 oh 2 coh 3 0.0
cn 1.20
co 1.3
oh 1.0
half 80.0
coh 105.
モデルビルダー
モデル ビルダーは、特定の種類の分子システムを迅速に指定するための Gaussian 内のもう 1 つの機能です [ Pople67a ]。でリクエストされます ModelA または ModelB オプションがあり、ジョブ ファイル内の別のセクションに追加の入力が必要です。
モデルビルダーへの基本的な入力は、 短い数式マトリックス、行のコレクション。各行は、さらに最大 6 つのエントリによって原子 (原子記号によって) とその接続性を定義します。これらのそれぞれは、現在の原子が結合している別の明示的に指定された原子を定義する線の番号である整数、または現在の原子が末端結合によって接続されている原子記号 (H、F など)、または現在の原子に結合している末端官能基の記号のいずれかになります。現在利用可能な官能基は、OH、NH2、Me、Et、NPr、IPr、NBu、IBu、TBu です。
短い式マトリックスは、次の方法で各結合の周りの回転構造も暗黙的に定義します。原子 X と Y が明示的に指定されているとします。次に、X が Y 行に表示され、Y が X 行に表示されます。 I 行 Y の X の右側の原子であり、 J 行 X の Y の右側の原子になります。その後、原子になります。 I と J X-Y結合に関してトランス配向になります。短い式マトリックスの後には、生成された構造を変更するオプションの行が続く場合があります。次の各行は 0 個以上あり、ここで指定された順序でグループ化する必要があります。
AtomGeom, I , Geom
通常、原子の局所的な幾何学形状は、その原子の結合の数と種類によって定義されます (たとえば、メタンの炭素は四面体、エチレンの炭素は三方晶など)。 1 つの中心の結合角はすべて等しくなければなりません。の AtomGeom 線は中心の債券の価値を変化させます I . Geom 浮動小数点数としての角度、または文字列の 1 つです。 Tetr , Pyra , Trig , Bent、 または Line .
BondRot, I , J , K , L , Geom
これにより、 I – J と K – L ～についての絆 J – K bond. Geom は上反角または文字列のいずれかです Cis (≥0), Trans (≥180), Gaup (≥+60)、または Gaum (≥–60).
BondLen, I , J , NewLen
これにより、 I – J 絆を結ぶ NewLen (浮動小数点値)。
モデルビルダーは、通常の原子価の原子を含む構造のみを構築できます。ラジカルが必要な場合は、原子記号の前にマイナス記号 (-H など) を付けて指定するダミー原子を使用して、その余分な原子価を効果的に「固定」できます。ダミー原子にできるのは末端原子のみです。
利用可能な 2 つのモデル (A と B) の違いは、モデル A では結合長の割り当てに結合の種類 (一重、二重、三重など) が考慮されるのに対し、モデル B の結合長は関係する原子の種類のみに依存するという点です。モデル B は、He と Ne を除く、H から Cl までのすべての原子に使用できます。モデル A が要求され、モデル A の結合長が定義されていない原子が使用された場合、代わりに適切なモデル B の結合長が使用されます。
最終更新日: 2017年1月5日。[G16 Rev. C.01]
