Министерство образования Российской Федерации
Казанский государственный технологический университет
Компьютерная технология квантово-химических расчетов с помощью программного пакета “gaussian” Методическое пособие
Казань 2003
Составители: канд. хим. наук, доц. А.Н.Маслий,
канд. хим. наук, доц. Е.М.Зуева,
канд. хим. наук, доц. С.В.Борисевич,
д-р хим. наук, проф. А.М.Кузнецов,
д-р хим. наук, проф. М.С.Шапник
Компьютерная технология квантово-химических расчетов с помощью рограммного пакета “GAUSSIAN”: Метод. пособие/ Казан. гос. технол. ун-т; Сост.: А.Н.Маслий, Е.М.Зуева, С.В.Борисевич, А.М.Кузнецов, М.С.Шапник. Казань, 2003. 88 с.
Предназначено для ознакомления потенциального пользователя с возможностями современного высокоэффективного квантово-химического программного пакета “GAUSSIAN”, содержит краткое описание расчетных схем квантовой химии и алгоритма составления исходных данных и анализа полученных результатов при решении квантово-химических задач.
Может быть рекомендовано для студентов магистерской формы обучения, изучающих основы квантовой химии, а также аспирантов, сотрудников и преподавателей, интересующихся применением современных вычислительных методов квантовой химии в исследовании структуры и реакционной способности молекул.
Подготовлено на кафедре неорганической химии КГТУ.
Печатается по решению методической комиссии
по циклу химических дисциплин
Под редакцией проф. А.М.Кузнецова
Рецензенты: д-р хим. наук, проф. Г.А.Чмутова,
д-р хим. наук, проф. Г.М.Храпковский
Введение
В настоящее время методы квантовой химии стали довольно мощным инструментом исследований не только в руках химиков-теоретиков, но и экспериментаторов, проявляющих все возрастающий интерес к тому, как же протекают химические процессы на микроскопическом уровне и каким образом электронное строение реагирующих молекул или ионов влияет на механизм и скорость химической реакции. Важно отметить, что с помощью квантово-химических расчетов стало возможным прогнозирование синтеза новых молекулярных систем. В качестве примера достаточно отметить, что синтезу открытых совсем недавно фуллеренов предшествовали квантово-химические расчеты, которые предсказали возможность существования этих необычных соединений. С созданием высокоскоростных и эффективных компьютерных средств стало возможным проведение прецизионных расчетов переходных состояний ряда быстропротекающих реакций, структура которых может быть зафиксирована экспериментально с помощью методов фемтосекундной спектроскопии. По этой причине в данном методическом пособии особое место уделяется описанию технологии поиска переходных состояний и пути реакции, а также полезным рекомендациям по решению этой одной из актуальных и сложных задач прикладной квантовой химии.
Одним из самых распространенных на сегодняшний день квантово-химических программных пакетов является GAUSSIAN (Гауссиан), созданный группой высококвалифицированных специалистов в области квантовой химии, а также профессионалов-программистов, которую возглавляет лауреат Нобелевской премии профессор Дж. Попл (Университет Карнеги, США). Популярность этого программного пакета основана на том, что это один из самых первых программных пакетов в квантовой химии (первая версия вышла в 1970 г.), и, как следствие, его основные алгоритмы хорошо отлажены и надежны; он активно развивается, и в каждой новой версии этого программного пакета отражены многие новейшие достижения в области квантовой химии. Версии Гауссиана выпускаются под большинство ныне существующих операционных систем и компьютерных платформ (от суперкомпьютеров до персональных компьютеров). В пособии описана специфика работы с версией программы Гауссиан-98. Последняя, более эффективная версия Гауссиан-03, которая выходит в 2003 году, принципиально не отличатся по специфике использования от предыдущей, а отличается в основном более совершенными алгоритмами расчетов с точки зрения их быстродействия.
Цель предлагаемого методического пособия состоит в том, чтобы потенциальный пользователь Гауссиана с наименьшими затратами усилий и времени смог ознакомиться с основными расчетными возможностями этого пакета, освоить порядок составления необходимых исходных данных и проведения квантово-химических расчетов. Разумеется, что это пособие не претендует на исчерпывающее описание всего того, что можно получить, работая с Гауссианом. Для более подробного ознакомления со всеми его возможностями (опциями) следует обратиться к прекраснейшим оригинальным руководствам для пользователей Гауссиана [1,2].
Данное пособие предназначено в первую очередь для студентов магистерской формы обучения, изучающих квантовую механику и квантовую химию. Возможно, оно также будет полезным аспирантам, преподавателям и сотрудникам университета, кто в своей научной работе пожелает ближе познакомиться с квантовой химией и сделать первые шаги в ее применении к решению конкретных научных проблем.
Авторы данного пособия имеют довольно значительный опыт проведения квантово-химических расчетов при решении различных химических проблем и поэтому всегда готовы любезно оказать необходимую помощь любому начинающему. Они также с благодарностью воспримут все замечания и пожелания по оформлению и содержанию предлагаемого пособия.