Na początku przygotujemy plik, następnie postaramy się go omówić oraz podać przepis na przygotowanie pliku w sposób tekstowy, korzystając zapisanej struktury cząsteczki.
W pierwszym etapie konstruujemy cząsteczkę, weźmy na przykład fenol. Możemy go poddać wstępnej optymalizacji, tak jak to zostało opisane w poprzednim rozdziale. Następnie otwieramy ZMAT Editor,
Na dole w oknie Zmatrix Editor wybieramy format z Gamess, Gaussian, Mopac, Cartesian. W naszym przypadku będzie to Gaussian. Wpisujemy nazwę pliku w polu File Name np:. test1.inp. Następnie klikamy w buton Submit Job. W tym momencie pojawia się nowe okno w którym definiujemy pewne informacje:
W opcji Task (czyli zadania) mamy do wyboru:
Geometry Optimisation – optymalizacja struktury cząsteczki
Single Point – obliczenia energii dla zadanej struktury
Transition State – obliczenie stanu przejściowego
Frequency – obliczenie częstości, czyli drgań cząsteczki
W opcji metody (Method) mamy szereg metod zaznaczonych skrótami: HH, UHF, RHF, ROHF, MP2, MP4, QCISD, CASSCF, LSDA, BHandH, BHandLyp, Becke 3 Lyp (popularnie także używany skrót B3LYP), AM1, dreiding, Amber. Gaussian posiada także wiele innych metod obliczeń, które możemy zdefiniować sami w odrazu w pliku tekstowym i które nie są tutaj wymienione.
Następna opcja to ładunek (Charge) układu.
Pod nim znajduje się pole wyboru multipletowości układu (Spin), w którym możemy wybrać opcje singlet, doublet, Triplet, Quartet, Quintet, Sextet, Septet, Octet, czyi kolejno od 1 do 8. (na temat multipletowości wspominaliśmy w innej lekcji).
Po prawej stronie znajdują się dodatkowe opcje (Extra Print keys for molden), z których warto wspomnieć o Molden G94/G98 – jest to opcja która definiuje format pliku wynikowego przystosowanego do czytania przez program Molden ( w linii poleceń # jest definiowana jako IOP(6/7=3)).
Opcja Write XYZ – umozliwia zapisanie pliku w formacie kartezjańskim, standardowy zapis pliku jest w formacie Z-macierzy.
Dodatkowo po prawej stronie znajdują się opcje Job name – tutaj wpisujemy nazwę naszego zadania na przykład Test1, Queue Name – są to opcję dla osób, które mają możliwości na tym samym komputerze dokonywać obliczenia programem Gaussian. Po skonfigurowaniu Moldena, można tak ustawić zmienne, żeby od razu po napisaniu zadania (jobu) wstawiał je do kolejki. My nie będziemy z tego korzystać.
W opcji Title wpisujemy tytuł naszego zadania, będzie on w postaci komentarza. Proszę unikać jak we wszystkich tego typu obliczeniach używania polskich liter.
Na końcu używamy przycisku Submit aby wysłać zadanie do obliczeń, a tym samym zapisać to zadanie w katalogu domowym Moldena. Wysłanie zadania na naszym komputerze nie działa, natomiast uzyskujemy input, który jest prawie gotowy do użycia w centrum komputerowym ICM.
W katalologu domowym Moldena odnajdujemy plik Test1.com, który jest przygotowany do obliczeń i wygląda następująco:
$ RunGauss
#P HF/3-21G Opt
# GFINPUT IOP(6/7=3) 6D 10F
nasze pierwsze zadanie
0 1
c
c 1 cc2
c 2 cc3 1 ccc3
c 3 cc4 2 ccc4 1 dih4
c 4 cc5 3 ccc5 2 dih5
c 5 cc6 4 ccc6 3 dih6
h 2 hc7 1 hcc7 3 dih7
h 3 hc8 2 hcc8 4 dih8
h 4 hc9 3 hcc9 5 dih9
h 5 hc10 4 hcc10 3 dih10
h 6 hc11 5 hcc11 4 dih11
o 1 oc12 2 occ12 3 dih12
h 12 ho13 1 hoc13 2 dih13
cc2 1.400000
cc3 1.400000
ccc3 120.000
cc4 1.400000
ccc4 120.000
dih4 0.000
cc5 1.400000
ccc5 120.000
dih5 0.000
cc6 1.400000
ccc6 120.000
dih6 0.000
hc7 1.089000
hcc7 120.000
dih7 180.000
hc8 1.089000
hcc8 120.000
dih8 180.000
hc9 1.089000
hcc9 120.000
dih9 180.000
hc10 1.089000
hcc10 120.000
dih10 180.000
hc11 1.089000
hcc11 120.000
dih11 180.000
oc12 1.480000
occ12 109.471
dih12 180.000
ho13 0.947000
hoc13 109.471
dih13 180.000
Posiadając juz taki plik musimy jeszcze go zmodyfikować. Otwieramy dowolny prosty edytor tekstowy np: notatnik na naszym komputerze i zamieniamy linię:
$ RunGauss
na:
%mem=1500Mb
%chk=Tests1.chk
Dodatkowo można poprawić linie zadań # z:
#P HF/3-21G Opt
# GFINPUT IOP(6/7=3) 6D 10F
na:
#P HF/3-21G Opt
# GFINPUT IOP(6/7=3)
usunęliśmy dodatkowe funkcję bazy. Dalsze informację o modyfikacji tej lini będą dostępne w następnych częściach. Na początku mamy już jeden własny plik wsadowy do programu Gaussian, który możemy wykorzystać, aby nauczyć się przesyłania pliku oraz wstawiania do kolejki.
Plik wygląda następująco:
%mem=1500Mb
%chk=Test1.chk
#P HF/3-21G Opt
# GFINPUT IOP(6/7=3) 6D 10F
nasze pierwsze zadanie
0 1
c
c 1 cc2
c 2 cc3 1 ccc3
c 3 cc4 2 ccc4 1 dih4
c 4 cc5 3 ccc5 2 dih5
c 5 cc6 4 ccc6 3 dih6
h 2 hc7 1 hcc7 3 dih7
h 3 hc8 2 hcc8 4 dih8
h 4 hc9 3 hcc9 5 dih9
h 5 hc10 4 hcc10 3 dih10
h 6 hc11 5 hcc11 4 dih11
o 1 oc12 2 occ12 3 dih12
h 12 ho13 1 hoc13 2 dih13
cc2 1.400000
cc3 1.400000
ccc3 120.000
cc4 1.400000
ccc4 120.000
dih4 0.000
cc5 1.400000
ccc5 120.000
dih5 0.000
cc6 1.400000
ccc6 120.000
dih6 0.000
hc7 1.089000
hcc7 120.000
dih7 180.000
hc8 1.089000
hcc8 120.000
dih8 180.000
hc9 1.089000
hcc9 120.000
dih9 180.000
hc10 1.089000
hcc10 120.000
dih10 180.000
hc11 1.089000
hcc11 120.000
dih11 180.000
oc12 1.480000
occ12 109.471
dih12 180.000
ho13 0.947000
hoc13 109.471
dih13 180.000
Dodatkowo o strukturze pliku wsadowego do Gaussiana można przeczytać w artykule:
Struktura pliku wsadowego programu Gaussian
Przed przesłaniem do obliczeń proszę zmienić nazwę pliku na test.inp
Praktyczne ćwiczenie
Jako przykład weźmiemy zbudowaną cząsteczkę aldehydu salicylowego i postaramy się przeprowadzić proces optymalizacji.
Okno wyboru pól siłowych uruchamiamy za pomocą przycisku FF 
, który znajduje się w oknie Molden Control. Po wciśnięciu przycisku pojawia się okno pól siłowych, które wygląda następująco:
Przycisk znajdujący się po prawej stronie napisu Force Field (w tym wypadku wybrany został Amber/GAFF) pozwala na wybranie pola siłowego, po jego kliknięciu wyświetla się menu kontekstowe z możliwością wyboru typu pola siłowego:
Do optymalizacji użyjemy zewnętrznego pola siłowego programu Molden, tj. pola Amber/GAFF.
Przycisk znajdujący się po prawej stronie Total Charge określa całkowity ładunek cząsteczki, jest to wartość, którą możemy zmieniać (w naszym przypadku całkowity ładunek cząsteczki wynosi 0).
Przycisk AtomColor pozwala na zmianę wyświetlania koloru zaznaczanego atomu. Po jego prawej stronie znajduje się informacja o typie i numerze atomu, jego ładunku cząstkowym oraz ładunku pozostałych atomów.
Okienko z wyborem typu atomu (Atom Type) określa typ hybrydyzacji atomu, który jest aktualnie zaznaczony.
Pole Charge wyświetla ładunek cząstkowy na zaznaczonym atomie.
Pole Residue wyświetla ładunki pozostałych atomów.
Przycisk E q oblicza energię van der Waalsa i energię elektrostatyczną pomiędzy pozostałymi atomami.
Przycisk OPT służy do właściwej optymalizacji cząsteczki, po jego kliknięciu wyświetla się okienko:
Opcja Archive pozwala na zapisanie struktur pośrednich, krok zapisu ustawiamy obok. Ze struktur tych możliwe jest odtworzenie drogi minimalizacji. Aby zapisać plik ze strukturami pośrednimi zaznaczamy opcję Detach Job i w polu Job name wpisujemy nazwę pliku. Pole Archive Uptade Freq. Określa częstotliwość z jaką zapisywane są poszczególne struktury pośrednie.
Pole RMS Gradient określa gradient wartości pierwiastka średniej kwadratowej błędu (RMS Root Mean Square), czyli im niższy tym więcej potrzeba iteracji, aby zoptymalizować cząsteczkę.
Pole Max. Iteration określa maksymalną ilość powtórzeń, po której zostanie zakończona optymalizacja geometrii, im wartość jest większa, tym optymalizacja trwa dłużej.
Przycisk GO uruchamia procedurę optymalizacji geometrii cząsteczki, po kliknięciu na niego wyświetli się okienko z zapytaniem, czy rozpocząć optymalizację:
Klikamy OK i następuje optymalizacja geometrii cząsteczki, której zmianę możemy obserwować w okienku Molden.
Po wykonaniu optymalizacji geometrii wyświetli się okienko, które informuje nas o wykonaniu procesu.
W przypadku aldehydu salicylowego widać różnicę w geometrii cząsteczki przed i po wykonaniu optymalizacji:
Geometria cząsteczki przed optymalizacją.
Geometria cząsteczki po optymalizacji