BAGIAN A: OVERVIEW GAUSSIAN 03

Download Panduan Software Gaussian

Penghitungan Single point dan Visualisasi

Gaussian03W adalah program kimia komputasi yang dapat menghitung energi, berbagai sifat molekuler, optimasi geometri molekuler dan memprediksi sifat spektroskopis suatu sistem (misalnya UV-Vis, NMR, IR, EPR, Mossbauer, CD dan lain-lain). Menggunakana kombinasi berbagai metode komputasi, termasuk Density Functional Theory (DFT), Hartree-Fock (HF), juga post-HF, Semi-empirik dan pendekatan Mekanika Molekuler.

Secara lengkap dideskripsikan kemampuan tehnis sistem Gaussian 03 sebagai berikut:

Algoritma Fundamental

  • Hitungan integral satu dan dua elektron untuk suatu fungsi gaussian. Fungsi basis dapat berupa gaussian cartesian atau fungsi momentum angular murni, dan berbagai basis set  tersimpan dalam program dan dapat diambil dengan namanya. Integral dapat disimpan dalam memori, disimpan di luar, atau dihitung lagi jika dibutuhkan.
  • Transformasi integral orbital atom menjadi orbital molekuler dengan dasar "in-core" artinya (menyimpan integral AO dalam memori), "direct" berarti  (tidak integral tersimpan), "semi-direct" berarti (menggunakan integral yang tersimpan dalam penyimpan disk), atau "conventional" berarti (dengan semua integral AO dalam disket).
  • Menggunakan pencocokan densitas untuk mempercepat bagian Coulomb dari hitungan DFT murni.
  • Menggunakan quadratur Numerik untuk menghitung energi dan turunannya dengan DFT XC Numerical quadrature untuk menghitung DFT XC.

Energi:

  • Hitungan Molecular mechanics menggunakan medan gaya AMBER, DREIDING  dan UFF.
  • Hitungan Semi-empirical menggunakan CNDO, INDO, MINDO/3, MNDO, AM1, dan PM3 model Hamiltonians.
  • Hitungan Self-consistent field menggunakan fungsi gelombang closed-shell (RHF), unrestricted open-shell (UHF), dan restricted open-shell (ROHF) Hartree-Fock.
  • Hitungan Correlation energy menggunakan teori Perturbasi Møller-Plesset dari tingkat 2 sampai 5. Hitungan MP2 menggunakan metode direct  dan semi-direct
  • Hitungan Correlation energy menggunakan configuration interaction (CI), semua  double excitations (CID) atau semua single dan double excitations (CISD).
  • Hitungan Coupled cluster theory dengan double substitutions (CCD), coupled cluster theory dengan single dan double substitutions (CCSD), Quadratic Configuration Interaction menggunakan single dan double substitutions (QCISD), dan Brueckner Doubles Theory (BD). Kontribusi tripel non-iteratif juga dihitung (seperti quadruples untuk QCISD dan BD).
  • Hitungan Density functional theory, termasuk yang umum, metode hibrid yang dapat dikonfigurasi dari  Hartree-Fock dan DFT.
  • Metode energi akurasi tinggi otomatis, teori G1, G2, G2(MP2), G3, G3(MP2), dan varian lain; metode Complete Basis Set (CBS): CBS-4, CBS-q, CBS-Q, CBS-Q//B3, dan CBS-QCI/APNO, seperti ekstrapolasi CBS; metode W1 Martin (dengan sedikit modifikasi).
  • General MCSCF, termasuk complete active space SCF (CASSCF), dan membolehkan tambahan didalamnya untuk korelasi MP2. Perbaikan algoritma sampai 14 orbital aktif dalam Gaussian 03. Variasi RASSCF juga didukung.
  • Metode SCF The Generalized Valence Bond-Perfect Pairing (GVB-PP).
  • Testing fungsi gelombang SCF untuk stabilitas di bawah batasan tertentu, untuk metode Hartree-Fock dan DFT.
  • Energi Excited state menggunakan metode single-excitation Configuration Interaction (CI-Singles), metode time-dependent untuk HF dan DFT, metode ZINDO untuk semi-empirical, dan method Nakatsuji dkk untuk Symmetry Adapted Cluster/Configuration Interaction (SAC-CI)

Optimasi Gradien dan Geometri

  • Komputasi analitik untuk gradien koordinat inti dari RHF, UHF, ROHF, GVB-PP, CASSCF , MP2, MP3, MP4(SDQ), CID, CISD, CCD, CCSD, QCISD, Density Functional, dan energi CIS excited state.
  • Optimasi geometri otomatis untuk minima atau saddle points, menggunakan koordinat internal atau cartesian  atau campuran koordinat. Optimasi dikerjakan secara standar dengan menggunakan koordinat internal, mengabaikan input sistem koordinat yang digunakan.
  • Pencarian keadaan transisi otomatis menggunakan metode quasi Newton synchronous transit-guided
  • Jalan reaksi yang mengikuti menggunakan koordinat reaksi instrinsik (IRC) .
  • Penghitungan dua atau 3 lapis ONIOM untuk energi dan optimasi geometri.
  • Optimasi simultan suatu keadaan transisi dan suatu jalan reaksi.
  • Optimasi interseksi konikal (bentuk kerucut) menggunakan state-averaged CASSCF.
  • Penghitungan IRCMax yang menemukan titik energi maksimal untuk suatu struktur transisi sepanjang suatu jalan reaksi.
  • Penghitungan lintasan klasik yang mana persamaan gerakan klasik diintegrasikan menggunakan turunan kedua analitik berikut:

o    Dinamika molekuler Born Oppenheimer (BOMD). Dapat dilakukan menggunakan suatu metode dimana gradien analitik tersedia dan secara bebas menggunakan informasi Hessian.

o    Propagasi derajat kebebasan elektronik menggunakan model dinamika molekuler Propagasi Densitas Matriks Berpusat Atom. Metode ini memiliki kemiripan dan perbedaan dengan pendekatan Car-Parrinello. Secara detail lihat pada bagian diskusi tentang ADMP. Dapat dilakukan menggunakan metode AM1, HF, dan DFT.

Frekuensi dan turunan kedua

  • Komputasi analitik untuk konstanta gaya (turunan kedua koordinat inti), keterkutuban, hiperpolarizabilitas, dan turunan dipol secara analitik menggunakan metode RHF, UHF, DFT, RMP2, UMP2, dan CASSCF, dan keadaan tereksitasi menggunakan CIS.
  • Diferensiasi numerik untuk energi atau gradien untuk menghasilkan konstanta gaya, keterkutuban dan turunan dipol untuk metode MP3, MP4(SDQ), CID, CISD, CCD, dan QCISD.
  • Analisis vibrasi harmonik dan analisis termokimia menggunakan sebarang isotop, temperatur dan tekanan.
  • Analisis mode normal dalam koordinat internal.
  • Penentuan intensitas IR dan Raman untuk transisi vibrasi. Tersedia intensitas Raman Pre-resonance.
  • Penggabungan rotasi-vibrasi harmonik.
  • Penggabungan rotasi-vibrasi dan vibrasi Anharmonic. Vibrasi Anharmonic tersedia untuk metode dimana turunan kedua analitik tersedia.

Sifat-Sifat Molekuler

  • Evaluasi berbagai sifat satu-elektron menggunakan metode SCF, DFT, MP2, CI, CCD dan QCISD, termasuk analisis populasi Mulliken,  multipole moments, analisis populasi natural, potensial elektrostatik dan muatan turunan potensial elektrostatik menggunakan skema Merz-Kollman-Singh, CHelp, atau ChelpG.
  • Polarisabilitas dan hiperpolarisabilitas statik dan tergantung frekuensi untuk metode HF dan DFT.
  • Tensor shielding NMR dan kerentanan molekular menggunakan metode SCF, DFT dan MP2. Kerentanan dapat dihitung menggunakan GIAOs. Konstanta Spin-spin coupling dapat dihitung pada level Hartree-Fock dan DFT.
  • Intensitas Vibrational circular dichroism (VCD).
  • Metode propagator untuk afinitas elektron dan potensial ionisasi.
  • Memperkirakan  spin orbit coupling antara dua keadaan spin dapat dihitung selama penghitungan CASSCF.
  • Electronic circular dichroism.
  • Rotasi Optik dan dispersi optical rotary via GIAOs.
  • Hyperfine spectra: g tensors, nuclear electric quadrupole constants, rotational constants, quartic centrifugal distortion , electronic spin rotation, nuclear spin rotation, dipolar hyperfine, dan Fermi contact.

Model-model Pelarutan

Semua model ini menerapkan metodologi self-consistent reaction field (SCRF) untuk memodelkan sistem dalam larutan.

  • Model Onsager (dipole dan sphere), termasuk turunan pertama dan kedua pada level HF dan DFT, dan energi single-point pada level MP2, MP3, MP4(SDQ), CI, CCD, dan QCISD.
  • Model Polarized Continuum (overlapping spheres) (PCM) Tomasi dan koleganya untuk energi analitik MP3, MP4(SDQ), QCISD, CCD, CCSD, CID, dan ISD dan gradien dan frekuensi HF dan  DFT.

o    Efek pelarut dapat dihitung untuk keadaan tereksitasi.

o    Berbagai sifat dapat dihitung dalam pelarut.

o    Model IPCM (static isodensity surface) untuk energi pada level HF dan DFT.

o    Model MSCI-PCM (self-consistent isodensity surface) untuk energi dan gradien analitik dan frekuensi numerik pada level HF dan DFT.

 


BAGIAN B: MENYUSUN FILE INPUT

Menyusun file input menggunakan GaussView

Dalam praktek ini pertama akan dilakukan hitungan Gaussian03W  untuk suatu kompleks kecil logam transisi.  Untuk ini dapat digunakan interface gambar yang dikembangkan yang disebut GaussView. Kita juga dapat menurunkan file koordinat awal menggunakan Hyperchem, ChemOffice, ChemSketch, Arguslab daln lain-lain dengan menyimpannya dalam format Brookhaven PDB, MDL, Sybyl Mol2 atau CIF.

Mulailah program GaussView dengan meng-kliknya pada ikon GaussView dari menu awal. Tampilan GaussView berikut akan muncul

G03-1

Kompleks Logam Transisi Diamagnetik, [CrOCl4]2-

1)      Klik pada button unsur pada toolbar yang terletak persis di atas gambar awal, bertuliskan [Carbon Tetrahedral], sehingga muncul Tabel Periodik

2)      Klik pada simbol Chrom dalam Tabel Periodik  sehingga akan muncul polihedron koordinasi lain yang tersedia untuk atom chrom dalam GaussView pada bagian bawah Tabel Periodik. Sayangnya belum ada cara langsung untuk memilih koordinasi piramidal tetragonal untuk logam dalam GaussView  karena itu pilih dulu koordinasi oktahedral.

3)      Klik pada jendela Molgroup (jendela biru kosong) dan polihedron koordinasi yang telah dipilih akan muncul di sana sepanjang atom hidrogen yang menempel:

G03-3

G03-4

4)      Tahap selanjutnya, tambahkan atom-atom Chlor equatorial ke pusat Chrom (jika jendela Periodik Tabel tidak tampak, klik lagi button fragmen unsur pada toolbar). Pilih Chlor dari Tabel Periodik. Dari pilihan yang mungkin pada bagian bawah tabel periodik, pilih atom Chlor dengan ikatan tunggal. Klik pada atom-atom hidrogen equatorial dalam jendela Molgroup, ubah menjadi atom-atom Chlor. Model sekarang mestinya tampak seperti gambar di bawah ini:

G03-5

5)      Sekarang tambahkan atom oksigen aksial ke pusat Chrom (jika jendela Periodik Tabel tidak tampak, klik lagi button fragmen unsur pada toolbar). Pilih oksigen dari tabel periodik. Dari pilihan yang ada di bagian bawah tabel periodik, pilih atom oksigen dengan ikatan ganda. Gunakan mouse untuk membuat rotasi gambar (klik mouse dan gerakkan ke kiri dan ke kanan), besarkan dan kecilkan (tekan “Ctrl”, klik mouse dan gerakkan ke atas dan ke bawah) molekulnya. Klik pada hidrogen aksial dalam jendela Molgroup dan ubah menjadi atom oksigen. Model tersebut seharusnya terlihat seperti pada gambar berikut:

G03-6

6)      Akhirnya, kita perlu menghapus atom hidrogen aksial sisanya dalam model. Pilih fungsi menghapus atom dari menu toolbar seperti terlihat pada gambar kiri. Klik pada hidrogen aksial dari jendela Molgroup. Model seharusnya seperti gambar berikut:


G03-7

7)      Dengan memutar molekul akan dapat dilihat dengan mudah bahwa sudut O=Cr-Cl sama dengan 900, berbeda dengan struktur sesungguhnya dimana sudutnya seharusnya mendekati 1070. Jadi tahap selanjutnya, kita harus mengubah sudut O=Cr-Cl.

8)      Pilih fungsi mengubah sudut dari menu toolbar seperti yang terlihat pada gambar bawah kiri. Klik oksigen, chrom, dan atom chlor. Sebagai hasilnya jendela modifikasi sudut akan muncul seperti terlihat pada gambar  bawah kanan. Untuk atom 1 (oksigen) dan atom 2 (chrom), pilih perintah "Fixed" dari menu pop-up dan perintah "Rotate group" untuk atom 3 (chlor) seperti yang terlihat pada gambar bawah. Dalam jendela harga sudut, ubah  90.000 menjadi 107.0000 dan klik OK button. Ulangi langkah ini untuk semua empat sudut O=Cr-Cl. Model akan tampak seperti pada gambar kanan bawah ini. Putarlah molekul untuk meyakinkan bahwa semua sudut sudah diubah.

G03-10

G03-11

9)      Pilih menu "File" dan simpan file input. Lakukan lagi dan cek kotak "Write Cartesians" untuk menyimpan koordinat cartesin dalam file terpisah. Kita akan melihat perbedaan dengan file input sebelumnya.

G03-9

10)  Sekarang kita hampir siap memulai penghitungan, kita perlu memberi perintah  Gaussian03W, hitungan yang ingin dilakukan.

11)  Untuk melakukan hal ini, pertama klik pada menu "Calculate" dan pilih perintah "Gaussian". Jendela Setup Penghitungan Gaussian akan muncul seperti pada gambar berikut. Dari menu pop-up dalam pilihan “Job type” pilih "Energy". Kemudian, ketik kata "pop=full" dan "test" dalam menu baris "Additional keywords". Gambarnya akan muncul seperti berikut.


G03-13

12)  Pilih harga berikut dari pilihan "Method": Method: "Ground State" "DFT" "Restricted", "B3LYP"; Basis Set: "6-31G" dan "d"; Charge "-2"; Spin "Singlet". Gambarnya akan muncul sebagai berikut:

G03-14

13)  Dalam "Title" ketik nama job atau perintah, misalnya “Kompleks Diamagnetik [CrOCl4]2-". Sekarang pindah ke "Link 0" dan beri nama file checkpoint dalam baris pertama, misalnya “FirstJob.chk”. Kita akan mendapatkan informasi berikutnya pada perintah %mem dan %proc di bawahnya, ketika kita akan menyusun file input dari awal. Gambar akan muncul seperti berikut:

G03-16

14)  Akhirnya, cek kotak "Additional Print" dalam "General".

Melalui menu Calculate (Gaussian Calculation Setup) dalam program GaussView ini sebenarnya kita bisa mempelajari berbagai hal terkait dengan penyusunan file input Gaussian, terutama dalam menyusun Route Section, bagian yang mungkin sangat penting untuk menghasilkan data yang kita inginkan. Cobalah berbagai pilihan sehingga mendapatkan pemahaman yang benar sesuai format Gaussian.

Sekarang kita siap memulai penghitungan pertama, tetapi sebaiknya kita belajar dulu bagaimana menyusun file input dengan cara lain, tanpa menggunakan GaussView dan program-program lain.

 


Menyusun file input menggunakan Gaussian 03W atau editor text

G03-1a

1)      Pertama buka program Gaussian03W dari menu Windows. Perhatikan dengan seksama jendela menunya.

a)      Di dalam menu baris pertama semua perintah bersifat jelas nyata dan sebaiknya dicoba meng-klik masing-masing tombol-tombol menu (File, Process, Utilities, View, dan Help) untuk melihat apa yang terdapat di dalamnya.

b)      Baris kedua berisi ikon kontrol dan arti dari tombol-tombol itu adalah: "Open file", "Run current job", "Pause current job", "Pause current job after next link", "Resume calculations", dan "Stop current job".

c)      Baris keempat ("Active Job" line) akan menandai nama file input dan alur tempat menyimpan nama file output.

d)     Baris kelima ("Run Progress" line) akan menampilkan link yang sedang bekerja dari program Gaussian03W. Area yang lebar dari output Gaussian akan memudahkan kita memonitor status informasi output yang sedang berjalan.

e)      Akhirnya, baris status yang  terletak pada bagian bawah akan memberi informasi apa yang sedang dilakukan link Gaussian03W.

G03-2a

2)      Sekarang buka menu "File" dan pilih perintah "New". Seperti tampak pada gambar akan muncul jendela Gaussian03W.

a)      Bagian "%Section" menetapkan alur untuk beberap file penting, jumlah memori yang akan digunakan dan perintah lain.

b)      Bagian "Route Section" menetapkan model teoritis, basis set, tipe job, dan informasi tambahan yang akan dicetak dalam file output.

c)      Bagian "Title Section" menguraikan job dengan ringkas

d)     Bagian "Charge & Multipl." Mendefinisikan muatan dan multiplisitas molekul.

e)      Akhirnya, Bagian "Molecular Specification" berisi informasi koordinat atomik dan lain-lain yang akan didiskusikan dalam bagian lain.

G03-3a

3)      Sebelum memulai meletakkan informasi ke baris kosong harus diingat bahwa program Gaussian03W dapat membaca Input Single-line (valid untuk baris "%Section" dan "Charge & Multipl.") dan Input Multiple-line (valid untuk semua baris lain). Perintah Input Multiple-line harus dipisahkan dengan baris kosong. Dalam job pertama, kita tidak perlu kuatir, tetapi hal ini akan menjadi suatu yang penting manakala akan menyusun input file.

a)      Isilah baris perintah %Section, analog dengan bagian "Link 0" pada menu GaussView. Setiap baris tunggal dalam bagian ini memulai dengan tanda %. Untuk kebanyakan job, kita tidak akan menggunakan baris ini, tetapi sebaiknya dipahami untuk apa baris itu. Pertama, ketik perintah %Chk=FirstJob.chk (atau NamaFile.chk), yang akan mengatakan kepada Gaussian03W bahwa file checkpoint biner akan disimpan dalam direktori program Gaussian03W. File ini memiliki banyak informasi yang berguna. Perintah kedua, ketik %mem=6MW, yang menjelaskan kepada Gaussian03W ukuran memori maksimum yang dapat digunakan dalam penghitungan. Mungkin akan lebih baik menggunakan megabyte (Mb) dari pada megawords (MW) jadi tidak akan melebihi kapasitas memori fisik (RAM) yang tersedia. Untuk sekarang, kita dapat mengabaikan perintah %proc=1 sebab semua penghitungan akan dihubungkan dengan komputer satu prosesor. Tetapi harus diingat bahwa ada juga versi paralel program Gaussian dan dapat mempercepat penghitungan secara signifikan.

b)      Baris "Route Section" menerangkan kepada Gaussian03W apa yang harus dilakukan, mungkin hal yang paling penting. Tidak seperti program Gaussian  versi lama sekarang bagian ini “NOT case sensitive” (tidak sensitif) dan harus dimulai dengan tanda #.  Huruf "p" setelah tanda # menandai bahwa diperlukan output tambahan dalam file output, tidak selalu penting, untuk sekarang dapat ditinggalkan. Perintah berikutnya memerintahkan Gaussian03W untuk melakukan penghitungan Density Functional Theory pada level B3LYP menggunakan basis set standar 6-31G(d) untuk semua atom. Perintah “Pop=full” menetapkan bahwa semua orbital molekul akan dicetak dalam file output. Akhirnya perintah "test" menyuruh program Gaussian03W tidak membuat kopi file arsip pada penghitungan ( dan dalam banyak kasus kita tidak memerlukannya).

Deskripsi “Route Card”:

 tentukan  (kata kunci) kata kunci dan pilihan (options)

 selalu dimulai dengan karakter #

 kata kunci dapat ditentukan dengan suatu cara

 pilihan dikumpulkan dalam kurang, ()

 kata kunci tidak boleh diulang

 panjang bagian route dapat mencapai 6 baris

 diakhiri dengan baris kosong

 

Syntax:

#[p] method/basis [keyword=(opt1,opt2)][keyword2=(opt1[,opt2])]

Contoh Routes:

# hf/6-31g*

#p B3LYP/cc-pvdz opt

#MP2/cc-pvtz maxdisk=12gb

# HF/6-311g(d,p) freq scf=direct nosymm opt

#CCSD=(T,maxcyc=200)/6-31G* opt=ts

Level Teori:

 molecular mechanics: mm2, uff

 semi-empirical: AM1, PM3, MNDO, …

 density functional theory: B3LYP, mPWPW91, custom …

 ab initio: HF, MP2, CCSD, QCISD, 

 hybrid: G2, G3, oniom, 

 

Bagian Input Gaussian03W:

Section

Kata kunci

Final blank line?

Link 0 commands

% commands

no

Route Section (# lines)

all

yes

Extra Overlays

ExtraOverlays

yes

Title section

all

yes

Molecule specification

all

yes

Modifications to coordinates

Opt=ModRedundant

yes

Connectivity specifications

Geom=Connect atau ModConnect

yes

2nd title dan molecule specification

Opt=QST2 atau QST3

yes

Modifications to 2nd set of coordinates

Opt=ModRedundant atau QST2 atauQST3

yes

Connectivity specifications for 2nd set

Geom=Connect atau ModConnect

 

of coordinates

Opt=ModRedundant atau QST2 atauQST3

yes

3rd title dan initial TS structure

Opt=QST3

yes for both

Modifications to 3rd set of coordinates

Opt=(ModRedundant, QST3)

yes

Connectivity specifications for 3rd set

Geom=Connect atau ModConnect

 

of coordinates

Opt=(ModRedundant, QST3)

yes

Atomic masses

IRC=ReadIsotopes

yes

Frequency of interest

CPHF=RdFreq

yes

Initial force constants (Cartesian)

Opt=FCCards

yes

Accuracy of energy & forces

Opt=ReadError

no

BOMD/ADMP input (1 atau more sections)

ADMP dan BOMD

yes

Basis set specification

Gen, GenECP, ExtraBasis

yes

Basis set alterations

Massage

yes

ECP specification

ExtraBasis, Pseudo=Cards, GenECP

yes

Background charge distribution

Charge

yes

Finite field coefficients

Field=Read

yes

Symmetry types to combine

Guess=LowSymm

no

Orbital specifications (separate α & β)

Guess=Cards

yes

Orbital alterations (separate α & β)

Guess=Alter

yes

Orbital reordering (separate α & β)

Guess=Permute

no

PCM solvation model input

SCRF=Read

yes

Filename for COSMO/RS

SCRF=COSMORS

no

Weights for CAS state averaging

CASSCF=StateAverage

no

States of interest for spin orbit coupling

CASSCF=Spin

no

# Orbitals/GVB pair

GVB

no

Alternate atomic radii

Pop=ReadRadii atau ReadAtRadii

yes

Data for electrostatic properties

Prop=Read atau Opt

yes

Cube filename (& Cards input)

Cube

yes

NBO input

Pop=NBORead

no

Orbital freezing information

ReadWindow options

yes

OVGF orbitals to refine

OVGF=ReadOrbitals

yes

Temperature, pressure, atomic masses

Freq=ReadIsotopes

no

PROAIMS/Pickett output filename

Output=WFN atau Pickett

no

 

Berikut ini tipe job yang ada dalam Gaussian 03:

  • SP     Energi Single point
  • Opt     Optimasi Geometry
  • Freq     Analisis Frekuensi  dan termokimia.
  • IRC     Alur reaksi
  • IRCMax     Menemukan energi maksimum sepanjang alur reaksi tertentu.
  • Scan     Scan Permukaan energi potensial
  • Polar     Polarisabilitas dan hiperpolarisabilitas
  • ADMP dan BOMD     Hitungan lintasan dinamika langsung
  • Force     Menghitung gaya-gaya dalam inti.
  • Stable     Uji kestabilan fungsi gelombang.
  • Volume     Menghitung volume molekuler.
  • Density=Checkpoint     Recompute population analysis only.
  • Guess=Only     Hanya mencetak tebakan awal; recompute population analysis.
  • ReArchive     Mengekstrak catatan arsip hanya dari file checkpoint

Prediksi Sifat Molekuler

Berikut ini kata kunci yang ada di Gaussian03W untuk memprediski sifat molekuler:

  • Atomic charges: Pop
  • Dipole moment: Pop
  • Electron affinities via propagator methods: OVGF
  • Electron density: cubegen
  • Electronic circular dichroism: TD
  • Electrostatic potential: cubegen, Prop
  • Electrostatic-potential derived charges: Pop=Chelp, ChelpG atau MK
  • Frequency-dependent polarizabilities/hyperpolarizabilities: Polar CPHF=RdFreq
  • High accuracy energies: CBS-QB3, G2, G3, W1U
  • Hyperfine coupling constants (anisotropic): Prop
  • Hyperfine spectra tensors (incl. g tensors): NMR dan Freq=(VibRot, Anharmonic)
  • Hyperpolarizabilities: Freq, Polar
  • Ionization potentials via propagator methods: OVGF
  • IR dan Raman spectra: Freq
  • Pre-resonance Raman spectra: Freq CPHF=RdFreq
  • Molecular orbitals: Pop=Regular
  • Multipole moments: Pop
  • NMR shielding dan chemical shifts: NMR
  • NMR spin-spin coupling constants: NMR=SpinSpin
  • Optical rotations: Polar=OptRot CPHF=RdFreq
  • Polarizabilities: Freq, Polar
  • Thermochemical analysis: Freq
  • UV/Visible spectra: CIS, Zindo, TD
  • Vibration-rotation coupling: Freq=VibRot
  • Vibrational circular dichroism: Freq=VCD

Daftar metode yang tersedia dalam Gaussian03W :

methods03

 

Pemilihan Basis Set

Kebanyakan metode memerlukan basis set spesifik, jika tidak ada keyword basis set dalam bagian ‘route’, maka basis STO-3G akan digunakan sebagai basis set standar. Perkecualian beberapa metode dimana basis set didefinisikan sebagai bagian integral metode tersebut.  Metode tersebut adalah:

·   Semua metode semi-empirik, termasuk ZINDO untuk keadaan tereksitasi.

·   Semua metode mekanika molekuler.

·   Senyawa kimia model: semua metode Gn, CBS dan W1.

Berikut ini Basis set yang tersimpan didalam program Gaussian 03 (kecuali 2 buah):

 

  • STO-3G 
  • 3-21G 

·         6-21G 

·         4-31G 

·         6-31G

·         6-31G†: Gaussian 03 juga memasukkan basis set 6-31G† dan 6-31G†† dari George Petersson dkk.,  didefinisikan sebagai bagian metode Complete Basis Set. Metode ini diambil melalui keyword 6-31G(d') dan 6-31G(d',p'), dimana fungsi single atau doble difusi dapat juga ditambahkan; fungsi f dapat juga ditambahkan: misalnya 6-31G(d'f), dan sebagainya.

·         6-311G: Menentukan basis 6-311G untuk atom baris pertama dan basis set McLean-Chandler (12s,9p) (621111,52111) untuk atom baris kedua (catatan bahwa basis set untuk P, S, dan Cl disebut basis set "negative ion" oleh McLean dan Chandler; metode ini dipertimbangkan untuk memberi hasil yang lebih baik untuk molekul netral juga), basis set dari Blaudeau dkk untuk Ca dan K, Wachters-Hay basis set semua elektron untuk baris transisi pertama, menggunakan faktor skala Raghavachari dan Trucks, dan basis set 6-311G dari McGrath, Curtiss dkk untuk unsur-unsur lain dalam baris ketiga  dimana Raghavachari dan Trucks merekomendasikan fungsi skala dan difusi  ketika menggunakan basis set Wachters-Hay untuk unsur-unsur baris pertama transisi; bentuk 6-311+G harus ditentukan untuk memasukkan fungsi difusi. MC-311G adalah sinonim 6-311G.

·         D95V: Dunning/Huzinaga valence double-zeta

·         D95: Dunning/Huzinaga full double zeta

·         SHC: D95V pada baris pertama, Goddard/Smedley ECP pada baris kedua juga disebut SEC.

·         CEP-4G: Stevens/Basch/Krauss ECP minimal basis

·         CEP-31G: Stevens/Basch/Krauss ECP split valance

·         CEP-121G: Stevens/Basch/Krauss ECP triple-split basis

·         Catatan: Hanya ada satu basis set  CEP yang didefinisikan di luar baris kedua, dan semua ketiga keyword adalah ekuivalen untuk atom-atom ini.

·         LanL2MB: STO-3G pada baris pertama, Los Alamos ECP plus MBS pada Na-La, Hf-Bi

·         LanL2DZ: D95V pada baris pertama,  Los Alamos ECP plus DZ pada Na-La, Hf-Bi

·         SDD: D95V sampai Ar dan Stuttgart/Dresden ECPs pada sisa unsurpada tabel periodik. Bentuk SDD, SHF, SDF, MHF, MDF, MWB dapat digunakan untuk menentukan potensial/basis set ini dengan input basis Gen. Catat bahwa jumlah elektron tengah harus ditentukan mengikuti bentuknya (misalnya, MDF28 untuk potensial MDF menggantikan 28 elektron tengah).

·         SDDAll: Memilih potensial Stuttgart untuk Z > 2.

·         cc-pVDZ, cc-pVTZ, cc-pVQZ, cc-pV5Z, cc-pV6Z: Dunning's correlation consistent basis sets (double, triple, quadruple, quintuple-zeta dan sextuple-zeta). Basis set ini memiliki fungsi  berlebihan yang telah dibuang dan telah diputar untuk meningkatkan efisiensi komputasi.

·         Basis set ini memasukkan fungsi polarisasi secara definisi. Tabel berikut berisi fungsi polarisasi valensi yang ada untuk berbagai atom yang termasuk dalam basis set ini:

Atom

cc-pVDZ

cc-pVTZ

cc-pVQZ

cc-pV5Z

cc-pV6Z

H

2s,1p

3s,2p,1d

4s,3p,2d,1f

5s,4p,3d,2f,1g

6s,5p,4d,3f,2g,1h

He

2s,1p

3s,2p,1d

4s,3p,2d,1f

5s,4p,3d,2f,1g

Tidak tersedia

B-Ne

3s,2p,1d

4s,3p,2d,1f

5s,4p,3d,2f,1g

6s,5p,4d,3f,2g,1h

7s,6p,5d,4f,3g,2h,1i

Al-Ar

4s,3p,1d

5s,4p,2d,1f

6s,5p,3d,2f,1g

7s,6p,4d,3f,2g,1h

Tidak tersedia

Ga-Kr

5s,4p,1d

6s,5p,3d,1f

Tidak tersedia

Tidak tersedia

Tidak tersedia

 

  • Basis set ini dapat ditambahkan dengan fungsi difusi dengan menambahkan prefiks- AUG- ke keyword basis set (dibanding menggunakan tanda + dan ++ - lihat di bawah). Tetapi, unsur-unsur He, Mg, Li, Be, dan Na tidak memiliki fungsi difusi yang terdefinisikan dalam basis set ini.
  • SV, SVP, TZV dan TZVP dari Ahlrichs dkk
  • MIDI! dari Truhlar dkk. Keyword MidiX biasanya perlu basis set ini.
  • EPR-II dan EPR-III: Basis sets dari Barone yang dioptimasi untuk komputasi konstanta coupling hyperfine dengan metode DFT (khususnya B3LYP). EPR-II adalah double zeta basis set dengan set tunggal fungsi polarisasi dan suatu bagian s yang dinaikkan: (6,1)/[4,1] untuk H dan (10,5,1)/[6,2,1] untuk B sampai F. EPR-III adalah suatu triple-zeta basis set yang memasukkan fungsi difusi, double d-polarisasi dan  single set  fungsi f-polarisasi. Juga dalam kasus ini bagian s diperbaiki untuk penggambaran yang lebih baik daerah inti: (6,2)/[4,2] untuk H dan (11,7,2,1)/[7,4,2,1] untuk B sampai F.
  • UGBS, UGBS1P, UGBS2P dan UGBS3P: Universal Gaussian basis set dari de Castro, Jorge dkk. Tiga bentuk terakhir memiliki tambahan 1, 2 atau 3 fungsi polarisasi untuk setiap fungsinya dalam UGBS basis set normal (yaitu, UGBS1P menambah fungsi p untuk setiap s, fungsi d untuk setiap p dan seterusnya; UGBS2P menambah fungsi p dan d untuk setiap s, dan fungsi d dan f untuk setiap p, dan UGBS3P menambah fungsi p, d dan f untuk setiap s, dan seterusnya).
  • MTSmall dari Martin dan de Oliveira, didefiniskan sebagai bagian dari metode W1 mereka (lihat keyword W1U).
  • Basis set DGDZVP, DGDZVP2 dan DGTZVP digunakan dalam DGauss.

Menambah Fungsi Difusi dan Polarisasi

Fungsi polarisasi pertama tunggal dapat juga diajukan meggunakan notasi umum * atau **. Catat bahwa (d,p) dan ** adalah sinonim6-31G** adalah ekuivalen dengan 6-31G(d,p), untuk contoh—dan bahwa basis set 3-21G* hanya memiliki fungsi polarisasi pada atom-atom baris kedua. Fungsi difusi + dan ++ tersedia dengan beberapa basis set, sebagaimana fungsi polarisasi multiple. Sintak kata kunci paling baik digambarkan dengan contoh: 6-31+G(3df,2p) menandai basis set 6-31G ditambahi dengan fungsi difusi, 3 set fungsi d dan satu set fungsi f pada atom berat, dan ditambahi dengan 2 set fungsi p pada hidrogen.

Ketika prefiks AUG digunakan untuk menambah fungsi difusi ke basis set cc-pV*Z, satu fungsi difusi dari setiap tipe fungsi ditambahkan pada atom. Untuk contoh, Basis set AUG-cc-pVTZ menempatkan satu fungsi difusi s, satu d, dan satu p pada atom hidrogen, dan satu fungsi difusi d, dan satu p, satu f pada B sampai Ne dan Al sampai Ar.

Menambah suatu fungsi polarisasi tunggal pada 6-311G (yaitu 6-311G(d)) akan menghasilkan satu fungsi d untuk atom baris pertama dan kedua dan satu fungsi f untuk atom transisi baris pertama, karena fungsi telah ada untuk elektron valensi pada baris berikutnya.. Demikian pula, menambah suatu fungsi difusi pada Basis set 6-311Gakan menghasilkan satu fungsi difusi s, satu p, dan satu d untuk atom baris ketiga.

Ketika kalkulasi inti beku (frozen-core) dilakukan menggunakan basis set D95,  kedua orbital inti yang tercakup dan orbital virtual yang bersesuaian dibekukan. Jadi selagi penghitungan D95** pada air memiliki 26 fungsi basis, dan penghitungan 6-31G** pada sistem yang sama memiliki 25 fungsi, akan ada 24 orbital digunakan dalam penghitungan post-SCF inti beku yang melibatkan basis set tersebut.

Tabel berikut mendaftar ketersediaan fungsi difusi dan polarisasi dan rentang aplikabilitas untuk setiap basis set yang terpasang dalam Gaussian 03:

 Basis Set

 Aplikasi untuk

Fungsi polarisasi

Fungsi difusi

STO-3G

H-Xe

*

 

3-21G

H-Xe

* atau **

+

6-21G

H-Cl

(d)

 

4-31G

H-Ne

(d) atau (d,p)

 

6-31G

H-Kr

(3df,3pd)

++

6-311G

H-Kr

(3df,3pd)

++

D95

H-Cl kecuali Na dan Mg

(3df,3pd)

++

D95V

H-Ne

(d) atau (d,p)

++

SHC

H-Cl

*

 

CEP-4G

H-Rn

* (hanya Li-Ar)

 

CEP-31G

H-Rn

* (hanya Li-Ar)

 

CEP-121G

H-Rn

* (hanya Li-Ar)

 

LanL2MB

H-La, Hf-Bi

 

 

LanL2DZ

H, Li-La, Hf-Bi

 

 

SDD, SDDAll

Semua kecuali  Fr dan Ra

 

 

cc-pV(DTQ5)Z

H-He, B-Ne, Al-Ar, Ga-Kr

Tercakup dalam definisi

Ditambahkan via prefiks AUG

cc-pV6Z

H, B-Ne

Tercakup dalam definisi

Ditambahkan via prefiks AUG

SV

H-Kr

 

 

SVP

H-Kr

Tercakup dalam definisi

 

TZV dan TZVP

H-Kr

Tercakup dalam definisi

 

MidiX

H, C-F, S-Cl, I, Br

Tercakup dalam definisi

 

EPR-II, EPR-III

H, B, C, N, O, F

Tercakup dalam definisi

 

UGBS

H-Lr

UGBS(1,2,3)P

 

MTSmall

H-Ar

 

 

DGDZVP

H-Xe

 

 

DGDZVP2

H-F, Al-Ar, Sc-Zn

 

 

DGTZVP

H, C-F, Al-Ar

 

 

Kata kunci yang terkait dengan basis set tambahan

Kata kunci tambahan berikut berguna sebagai kata hubung dengan kata kunci basis set:

  • 5D dan 6D: Menggunakan fungsi 5 atau 6 (fungsi d murni vs Cartesian), berturut-turut.
  • 7F dan 10F: Menggunakan fungsi 7 atau 10 (fungsi f murni vs Cartesian), berturut-turut. Kata kunci ini juga dapat diterapkan untuk semua fungsi yang lebih tinggi (g dan selebihnya).

Basis set lain dapat  juga menjadi input untuk program yang menggunakan kata kunci ExtraBasis dan Gen. Kata kunci ChkBasis menandai bahwa basis set membaca dari file checkpoint (didefinisikan via perintah %Chk).

Isu yang muncul dari Fungsi Basis Murni vs. Cartesian

Para pemakai Gaussian harus sadar akan point-point berikut mengenai fungsi basis murni vs Cartesian:

  • Semua basis set terpasang menggunakan fungsi f murni. Kebanyakan juga menggunakan fungsi d murni; perkecualian adalah 3-21G, 6-21G, 4-31G, 6-31G, 6-31G†, 6-31G††, CEP-31G, D95 dan D95V. Kata kunci terdahulu dapat juga digunakan untuk menolak setting asli pure/Cartesian setting. Catat bahwa fungsi basis dikonversi secara umum menjadi tipe lain secara otomatis bila perlu, sebagai contoh, ketika suatu fungsi gelombang terbaca dari file checkpoint untuk kegunaan dalam penghitungan menggunakan suatu basis yang mengandung tipe lain.
  • Dalam suatu job, semua fungsi d harus menjadi 5D atau 6D, dan semua f dan fungsi yang lebih tinggi harus menjadi murni atau Cartesian.
  • Ketika menggunakan kata kunci ExtraBasis, Gen dan GenECP, basis set ditentukan secara eksplisit dalam bagian route section selalu  menentukan bentuk asumsi fungsi basis (untuk  Gen, 5D dan 7F). sebagai contoh, jika kita menggunakan suatu basis set umum yang mengambil  beberapa fungsi dari basis set 3-21G dan 6-31G, fungsi mueni akan digunakan kecuali kalau kita menentukan secara eksplisit 6D dalam bagian dalam tambahan ke Gen. Begitu juga jika kita menambah fungsi basis untuk logam transisi dari basis set 6-311G(d) via ExtraBasis pada suatu job yang menentukan basis set 6-31G(d) dalam bagian route, fungsi d Cartesian akan digunakan. Demikian juga, jika kita ingin menambah fungsi basis untuk Xe dari basis set 3-21G sampai 6-311 via kata kunci ExtraBasis,  fungsi basis Xe akan menjadi fungsi murni.

Basis set Pencocokan Densitas

Gaussian 03 memberi perkiraan pencocokan densitas untuk penghitungan DFT murni. Pendekatan ini memperluas densitas dalam suatu set fungsi berpusat atom ketika menghitung interaksi Coulomb interaction sebagai ganti menghitung semua integral dua electron. Hak ini memberi tambahan kinerja penting untuk penghitungan DFT murni pada sistem yang berukuran medium yang terlalu kecil mengambil keuntungan dari algoritma penskalaan linear tanpa degradasi penting dalam akurasi struktur terprediksi, energi relatif dan sifat-sifat molekuler. Gaussian 03 dapat menurunkan suatu pemcocokan yang tepat secara otomatis dari basis AO, atau kita dapat memilih  satu dari set pencocokan yang sudah terpasang.

Basis set pencocokan yang diinginkan ditentukan sebagai komponen ketiga kimia model, seperti contoh berikut:

 # BLYP/6-31G(d)/Auto 

Catat bahwa tanda garis miring diperlukan ketika basis set pencocokan densitas ditentukan.

Set pencocokan DGA1 dan DGA2 tersedia dalam Gaussian. DGA1 tersedia untuk H sampai Xe, dan DGA2 tersedia H, He dan B sampai Ne.

Sebagai tambahan, set pencocokan densitas dapat diturunkan secara otomatis dari AO primitif menggunakan Auto, Auto=All, atau Auto=N. Dalam kasus terakhir, N adalah  momentum angular maksimum yang  tersimpan dalam fungsi pencocokan. Asumsinya adalah Max(MaxTyp+1,2*MaxVal), dimana MaxTyp adalah momentum angular tertinggi dalam basis Ao dan MaxVal adalah momentum angular valensi tertinggi. PAuto menurunkan semua hasil fungsi AO pada satu pusat sebagai ganti luas primitif AO, tetapi secara umum lebih banyak lagi fungsi daripada yang dibutuhkan.

Asumsinya, tidak ada set pencocokan yang digunakan. Basis set pencocokan densitas dapat ditambahkan dengan kata kunci ExtraDensityBasis, Didefinisikan secara penuh dengan kata kunci Gen, dan secara bebas diambil dari file checkpoint file (menggunakan ChkBasis).

Berbagai informasi tentang basis set banyak terdapat sumbernya di internet, salah satuny adalah di: http://www.emsl.pnl.gov/forms/basisform.html.

c)      Bagian “Title” adalah bagian paling mudah dari file input. Kita dapat mengetik apapun yang diinginkan.

d)     Bagian "Charge & Multipl."  berisi muatan molekul kompleks (-2) dan multiplisitasnya (2*s+1, dimana s = x * 1/2 dan x adalah jumlah elektron yang tidak berpasangan, singkatnya multiplisitas = x + 1).

G03-4a

4)      Bagian Spesifikasi Molekuler, mungkin bagian yang paling susah dan sebaiknya menggunakan program yang menggunakan grafis (misal HyperChem, Chem3D, ChemSketch, dan lain-lain) untuk mengurangi kompleksitas penyusunan. Bagian ini adalah Input Multiple-line, sehingga untuk mengisinya perlu diikuti baris kosong. Ada 2 cara utama untuk menetapkan geometri molekuler: Koordinat Cartesian dan koordinat internal (atau Z-matriks). Untuk sekarang kita akan menggunakan koordinat cartesian yang diturunkan dengan GaussView dan disimpan dalam file input:

Cr 0.000000 0.000000 0.000000
Cl 0.000000 0.000000 2.120000
Cl 2.112240 0.000000 0.181220
Cl 0.332676 1.137854 -1.757560
Cl -1.779564 1.137854 0.181220
O -0.480367 -1.643002 -0.523345

Penjelasan lebih detail Spesifikasi Molekuler:

Posisi suatu atom ditetapkan dengan memberi panjang ikatan dengan atom1, sudut dibentuk dengan ikatan ini dan ikatan gabungan atom1 dan atom2,  dan sudut (torsi) dihedral dibentuk oleh ikatan gabungan atom2 dan atom3 dengan bidang yang mengandung atom tersebut, atom1 dan atom2

Contoh 2 bagian spesifikasi molekul untuk etana:

0   1                      0,1 
C   0.00   0.00   0.00     C1 
C   0.00   0.00   1.52     C2,C1,1.5 
H   1.02   0.00  -0.39     H3,C1,1.1,C2,111.2 
H  -0.51  -0.88  -0.39     H4,C1,1.1,C2,111.2,H3,120. 
H  -0.51   0.88  -0.39     H5,C1,1.1,C2,111.2,H3,-120. 
H  -1.02   0.00   1.92     H6,C2,1.1,C1,111.2,H3,180. 
H   0.51  -0.88   1.92     H7,C2,1.1,C1,111.2,H6,120. 
H   0.51   0.88   1.92     H8,C2,1.1,C1,111.2,H6,-120. 

Sebelah kiri adalah versi koordinat Cartesian sedangkan yang kanan adalah versi Z-matriks (menggambarkan label unsur). Perhatikan bahwa 3 atom pertama dengan Z-matriks tidak menggunakan jumlah parameter penuh; hanya pada atom ke-4 yang cukup mengggambarkan semua parameter yang ditetapkan.

Contoh bentuk lain Z-matriks untuk molekul yang sama:

0   1 
C1 
C2   C1   RCC 
H3   C1   RCH   C2   ACCH 
H4   C1   RCH   C2   ACCH   H3   120. 
H5   C1   RCH   C2   ACCH   H3  -120. 
H6   C2   RCH   C1   ACCH   H3   180. 
H7   C2   RCH   C1   ACCH   H6   120. 
H8   C2   RCH   C1   ACCH   H6  -120. 
    Variables: 
RCH = 1.5 
RCC = 1.1 
ACCH = 111.2 

Dalam Z-matriks ini, panjang ikatan dan harga sudut diganti dengan variabel. Harga variabelnya diberikan di bagian terpisah setelah spesifikasi atom terakhir. Definisi variabel dipisahkan dari definisi posisi dengan menggunakan baris kosong atau baris seperti ini:

Variables: 

Sebagai suatu contoh perhatikan hydrogen peroxide. Z-matriks untuk struktur ini akan menjadi:

H