Przygotowanie pierwszego pliku z obliczeniami

Po narysowaniu cząsteczki (a także czasami po wstępnej optymalizacji) przychodzi taki moment, w którym musimy już przygotować obliczenia. Program Gaussian, tak samo jak inne programy tego typu wymagają pliku tekstowego ze strukturą cząsteczki oraz z zadanymi parametrami. Najprościej plik ten można przygotować używając programów graficznych – na przykład Moldena lub polecany przez autorów Gaussiana program GaussView. W naszej Praktycznej Szkole Modelowania Molekularnego nauczymy się programu Gaussian wraz z wyżej wymienionym programem Molden, który umożliwia budowanie inputów (plików wsadowych) nie tylko do programu Gaussian.

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,

Molden_screen

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:

Molden_screen

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.

Pod spodem znajdują się linie, w których możemy dokonywać modyfikacji naszych obliczeń, tak zwany Keyword – czyli linia (linie) zaczynające się po znaku # w którym definiowane są zadania, oraz parametry takie jak metoda, baza, opcje. Można zauważyć, że zmieniając metodę oraz bazę wyżej także i ta linia się zmienia.

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.

Podczas używania tego przycisku zostanie sprawdzona zgodność multipletowości, ładunku z układem, i jeżeli popełniliśmy błąd zostanie zgłoszony komunikat, że multipletowość została źle dobrana. Następne komunikaty to okna z informacjami: Setup Completed, click OK to optimese, oraz okno z informacją że zadanie zostało wysłane do kolejki Job start.

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

Jest to ustawienie rozmiaru pamięci potrzebnej do przeprowadzenia obliczeń, oraz nazwy pliku tak zwanego check pointa, który program Gaussian tworzy i używa podczas obliczeń.

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

Dalej