前言

　　Gaussian軟件有Windows版和Linux版，兩版在使用上差別不大，其中虛擬機Linux版安裝教程如前文所示（https://www.bilibili.com/read/cv17234114）。從本帖開始，記錄和分享Gaussian軟件的使用。所謂“快速啟動教程”，即以計算目的為導(dǎo)向，快速上手軟件。至于各種參數(shù)的意義和高級設(shè)置，則可以邊用、邊查、邊學(xué)。

1. 基礎(chǔ)概念

　　(1) 何謂“單點能”？

　　分子的一種構(gòu)型構(gòu)象，就是這個分子的一個“點”，該構(gòu)型構(gòu)象對應(yīng)的能量就是它的“單點能”。分子的單點能隨構(gòu)型構(gòu)象發(fā)生變化，據(jù)此可以繪制“勢能面”。換句話說，“單點能”的“點”就是“勢能面”上的一個點。

　　(2) 結(jié)構(gòu)優(yōu)化是做什么的？

　　結(jié)構(gòu)優(yōu)化，就是給定初始結(jié)構(gòu)后，通過迭代計算，使分子優(yōu)化至一個低單點能的“點”（即構(gòu)型構(gòu)象）。計算的初始參數(shù)要根據(jù)目標(biāo)分子和計算機情況設(shè)置。迭代的收斂判據(jù)是對比上一次迭代和下一次迭代的計算結(jié)果，若能量（或分子內(nèi)受力）小于某個值，則認(rèn)為收斂。收斂結(jié)果有可能是整個勢能面上的最低點，也有可能只是一個相對的最低點，因此初始結(jié)構(gòu)的給定十分重要。

2.?繪制初始結(jié)構(gòu)

　　初始結(jié)構(gòu)可以通過GaussView面板手動繪制，也可以從外部導(dǎo)入。前者適合畫簡單分子，后者適合畫復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

　　(1)?通過GaussView面板繪制

　　如圖1，先通過主面板紅框內(nèi)的按鈕選擇要繪制的片段，然后在藍(lán)色面板上繪制。若要改變已繪制結(jié)構(gòu)的鍵長和鍵角等，可通過主面板藍(lán)框內(nèi)的按鈕修改。每個按鈕的具體功能不再贅述，挨個嘗試幾次即可熟悉。

　　(2)?通過外部導(dǎo)入（.mol格式文件）

　　GaussView自帶面板有時不太直觀，繪制復(fù)雜分子時容易出錯。而且若對繪制面板不熟悉，繪制出來的初始結(jié)構(gòu)有可能扭曲太大，不利于后續(xù)優(yōu)化。因此通過第三方軟件或網(wǎng)站繪制，再導(dǎo)入Gaussian是個不錯的選擇。個人推薦如下：

• MolView網(wǎng)站（https://molview.org/）：如圖2，在左側(cè)繪制點線式結(jié)構(gòu)式后，右側(cè)自動給出三維構(gòu)型，通過上方按鈕可以導(dǎo)出.mol格式文件。若分子是常見分子，可以直接在網(wǎng)頁左上方搜索分子名。優(yōu)點是十分直觀，簡單易用；缺點是網(wǎng)站服務(wù)器位于國外，有時打開可能較慢。

• InDraw網(wǎng)站（http://indrawforweb.integle.com/）：可以繪制點線式結(jié)構(gòu)，然后導(dǎo)出.mol格式文件。優(yōu)點是作為國內(nèi)網(wǎng)站響應(yīng)較快；缺點是需要注冊登錄使用，且沒有直觀的三維輸出結(jié)果，沒有分子數(shù)據(jù)庫，遇到手性基團時也要小心繪制。

• Materials?Studio軟件：這是一款強大的計算化學(xué)軟件，收費軟件，具體使用不再贅述，其“Clean”功能有類似優(yōu)化的效果（Gaussian里也有，在右擊“Edit”菜單里）。

• T.E.S.T.軟件（https://www.epa.gov/chemical-research/toxicity-estimation-software-tool-test）：美國環(huán)保署（EPA）開發(fā)的基于構(gòu)效關(guān)系（QSAR）的毒性預(yù)測軟件，可免費使用。右側(cè)可以繪制點線式結(jié)構(gòu)，左上角也可以直接搜索分子名稱，最后導(dǎo)出.mol格式文件。

• 其他類似網(wǎng)站和軟件還有很多，不再贅述。

3.?啟動軟件

　　啟動GaussView后打開初始分子結(jié)構(gòu)的文件，另存為.gjf格式，注意路徑不能有中文（不另存也沒關(guān)系，后續(xù)開始計算也會提示保存）。

　　(1)?提交計算任務(wù)

　　在分子結(jié)構(gòu)面板上右擊 – Calculate – Gaussian Calculate Setup – 新窗口設(shè)置參數(shù)（如下文） – Submit（提交計算任務(wù)） – Save（保存初始文件） – 選擇合適的目錄和命名 – Save – 新窗口點擊Yes。

• Job Type – 任務(wù)類型。優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)選Optimization或Opt+Freq（優(yōu)化結(jié)構(gòu)并計算虛頻，之所以計算虛頻，是因為若虛頻不為零，則并非穩(wěn)態(tài)分子）；計算單點能選Energy。

• Method – 第一行：Method第一項為目標(biāo)分子的態(tài)，一般默認(rèn)選Ground State（基態(tài)）；第二項為計算方法，近年常用DFT（密度泛函理論）；第三項為自旋，若不懂如何設(shè)置則先默認(rèn)不改，計算出問題時再選擇高線態(tài)（N線態(tài)的計算方法是N=2n+1，其中n是分子的孤電子數(shù)）；第四項為所用泛函，近年常用B3LYP（計算方法和泛函的選項越靠下越精確，但相應(yīng)耗時越長）。第二行：Basis set為基組，根據(jù)原子序數(shù)選擇，越重的原子對應(yīng)選項越靠下（具體可查詢Gaussian官方手冊）。

• Title – 設(shè)置計算任務(wù)的名稱。

• Link0 – 設(shè)置計算任務(wù)所占用的計算機資源（不設(shè)置就會溢出報錯）。Options選項卡：Memory Limit為最大占用內(nèi)存，根據(jù)虛擬機系統(tǒng)占用內(nèi)存規(guī)劃，要為虛擬機系統(tǒng)預(yù)留一定內(nèi)存（Windows版Gaussian09最大只能設(shè)為1G）；Shared Processors為計算線程，一般設(shè)為虛擬機占用CPU核數(shù)，虛擬機占用核數(shù)一般設(shè)為計算機CPU核數(shù)；Chkpoint File為檢查點文件，自行設(shè)置其保存位置和名稱。上述設(shè)置對應(yīng)代碼見于Link選項卡。

• 上述內(nèi)容可以寫為默認(rèn)設(shè)置。以Linux版為例，創(chuàng)建“Default.Route”文件，用記事本打開，寫入如下內(nèi)容，保存至“/home/lc/lc/g16/”路徑（這是我的安裝路徑，讀者需自行修改）。其中P和M分別代表調(diào)用CPU核數(shù)和內(nèi)存大小，根據(jù)硬件和虛擬機設(shè)置。Windows版則為“Default.Rou”文件，保存在“C:\G09W\Scratch”路徑。

  -P- 4
  

  -M- 8GB

• Solvent – 選擇溶劑。

• Preview – 預(yù)覽輸入文件內(nèi)容（如圖3）。其大致由三塊組成：第一塊為計算任務(wù)相關(guān)信息，第二塊為初始原子坐標(biāo)，第三塊為初始原子鍵連方式。第三塊內(nèi)容有些人會刪除，因為結(jié)構(gòu)優(yōu)化后會自動給出。

　　(2)?查看計算進(jìn)程（可選操作）

　　Windows版開始計算后會自動彈出Gaussian面板，顯示計算進(jìn)程，且不能關(guān)閉。而Linux版看不到這個面板，若要查看計算進(jìn)程，可通過如下方法：

• 點擊GaussView面板上的Calculate – Current Jobs

• 在新面板上選中任務(wù) – Stream Output File

　　(3)?查看計算結(jié)果

• 計算完成時會自動彈出計算結(jié)果，若要打開其他文件，則點擊File – Open – 選中輸出文件 – 勾選最下方按鈕 – Open

• 查看結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果：新窗口右擊 – Results – Summary

• 查看結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程：新窗口點擊綠色圓點

• 查看單點能優(yōu)化過程：新窗口右擊 – Results – Optimization

（教程結(jié)束）