نرم افزار «گاوسین» چیست؟

[P O U R I A]

• نرم افزار «گاوسین» چیست؟
• تاریخچه ی کوتاهی از گاوسین
• بسته ی نرم افزاری شیمی محاسباتی
• توانایی ها و ویژگی های جدید گاوسین
• گاوسین 09: ویژگی های جدید، شیمی نوین
• گرادیان ها و بهینه سازی ساختار فضایی
• فرکانس ها و مشتق های دوم
• ویژگی های مولکولی
• طیف ها و ویژگی های طیف سنجی
• شرایط تناوبی مرزی (Periodic Boundary Conditions)
• مدل های انحلال

جستاری که پیش رو دارید در واقع ترجمه­ای است از متنی که در سال 2009 در کارگاه آموزشی و رونمایی از نسخه­ی G09 در اولم آلمان توسط دیوید تور (David Tur) کارشناس کاربردهای علمی نرم­افزار گاوسین آماده و ارائه شد. در ادامه­، به­طور گام­به­گام، کار با نرم­افزار گاوسین ، چگونگی محاسبه با این نرم­افزار و نیز تحلیل خروجی­های آن را آموزش خواهیم داد.

​

منبع : محاسبات فوق سریع ایرانیان

 

[P O U R I A]

تاریخچه ی کوتاهی از گاوسین

تاریخچه ی کوتاهی از گاوسین

​

​

جان پاپل
​

​

​

گاوسین 70 (Gaussian70) به­وسیله­ی گروه مطالعاتی جان پاپل (John Pople) در دانشگاه کارنگی-ملون (Carnegie-Mellon) در دهه­ی 1970 نوشته شد. جان پاپل در سال 1998 برای گسترش شیوه­های محاسباتی در شیمی­کوانتومی مفتخر به دریافت جایزه­ی نوبل شد. بسیاری از نسخه­های این برنامه و نیز تصحیحات آن به نرم­افزاری تجاری تبدیل، و جزو دارایی شرکت گاوسین شد. گاوسین 09 (Gaussian09) در ژوئن سال 2009 عرضه شد و جدیدترین نسخه در بین سری این برنامه­ها است. این نسخه در جولای همان سال در کارگاه آموزش گاوسین در شهر اولم (Ulm) آلمان رونمایی شد.

 

[P O U R I A]

بسته ی نرم افزاری شیمی محاسباتی

بسته ی نرم افزاری شیمی محاسباتی

​

​

chemistry
​

​

​

با آغاز از قوانین پایه­ی کلاسیک یا مکانیک کوانتوم، برنامه­ی گاوسین، انرژی، ساختارهای مولکولی و فرکانس­های ارتعاشی سیستم­های اتمی یا مولکولی را پیش­بینی می­کند. به­همراه موارد یاد شده، ویژگی­های مولکولی به­دست آمده از انواع محاسبه­های پایه را نیز در اختیار قرار می­دهد. این ویژگی­ها برای شیمیدان­ها، مهندسان شیمی، بیوشیمیدان­ها، فیزیکدان­ها و دیگر دانشمندانی که در زمینه­های پاگرفته و درحال رشد و به­روز پژوهش در بخش­های موردعلاقه در شیمی کار می­کنند، کاربرد دارد. این نرم­افزار امکان انجام پژوهش­های شیمی مجازی (virtual chemistry) با هزینه­ای منطقی و صرفه­جویی زمانی آزمایش در آزمایشگاه را فراهم می­کند.

 

[P O U R I A]

توانایی ها و ویژگی های جدید گاوسین

توانایی ها و ویژگی های جدید گاوسین

1) روش­های کلاسیکی
مکانیک مولکولی (Molecular Mechanics)

2) روش­های کوانتومی

الف- نیمه­تجربی (Semi-empirical)

ب- تابع­موج-پایه (Wavefunction-based) که خود شامل موارد زیر است:
ب 1- روش HF (Hartree-Fock) که شامل
MP2 (Møller–Plesset perturbation)
CC (Coupled Cluster)
FCI (Full Configuration Interaction) است
ب 2- روش MCSCF (Multi-configurational self-consistent field) که شامل
CASPT2 (Complete Active Space with Second-order Perturbation Theory)
MRCI (Multireference configuration interaction) است

پ) DFT (Density Functional Theory) که خود شامل موارد زیر است:
پ 1- LDA (Local Density Approximation) و LSDA (Local Spin-Density Approximation)
پ 2- GGA (Generalized Gradient Approximations) که شامل
hybrid-GGA
meta-GGA
Hybrid-meta-GGA است.

 

[P O U R I A]

گاوسین 09: ویژگی های جدید، شیمی نوین

گاوسین 09: ویژگی های جدید، شیمی نوین

• مدل­کردن واکنش­های سیستم­های بسیار بزرگ با روش ONIOM (Our own N-layered Integrated molecular Orbital + Molecular mechanics)
• بهینه­سازی حالت گذار (Transition state)
• محاسبات IRC (Internal Reaction Coordinate) بسیار سریع­تر
• محاسبات فرکانسی شامل electronic embedding
• محاسبات در محلول
• افزایش کلی کارآیی برنامه
• میدان نیروهای MM (Molecular Mechanics) کاملا قابل تنظیم
• پیاده­سازی جدید روش­های AM1، PM3، PM3MM، PM6 و
• روش­های نیمه­تجربی PDDG (Pairwise Distance Directed Gaussian) همراه با گرادیان­های تحلیلی و فرکانس­های تحلیلی ( در اینجا نیز پارامترها کاملا قابل تنظیم هستند).
• بررسی حالت­های برانگیخته در فاز گازی و در محلول
• گرادیان­های تحلیلی وابسه-به-زمان DFT (TD-DFT)
• روش EOM-CCSD
• برانگیختگی و نابرانگیختگی برای حالت ویژه انحلال
• تحلیل فرانک-کاندون (Franck-Condon) و هرزبرگ تلر (Herzberg-Teller) و نیز FCHT
• پشتیبانی کامل CIS و TD-DFT در محلول ( تعادلی و ناتعادلی )
• ویژگی­های محلول کاملا بهبود یافته
• گرادیان­های نحلیلی برای روش دوتایی­های بروکن (Brueckner Doubles: BD)
• پیش­بینی بیشتر در محاسبات طیف­ها
• گمان اولیه و تحلیل جمعیتی بر اساس قطعه-ولوکولی
• تابعی­های DFT بسیار بیشتر
• بهبود اساسی کارآیی برنامه شامل بهینه­سازی مولکول­های بزرگ، فرکانس­ها، محاسبات بر روی مولکول­های بزرگ ( تا 16 برابر موازی­سازی )، محاسبات IRC ( تا سه­برابر سریع­تر )، و چرخش­های نوری ( تا دوبرابر سریع­تر )
• مکانیک مولکولی (Molecular Mechanics): AMBER، DREIDING، میدان نیروی UFF و ...
• شبه­تجربی (Semi-empirical): CNDO، INDO، MNDO، AM1، PM3، PM3MM، PM6
• هارتری-فاک (Hartree-Fock): RHF، ROHF، UHF ...
• روش­های فرا هارتری-فاک (Post-HF methods): مولر پلست (Møller Plesset) (MP2، MP3 ...)، CI (CIS، CISD)، خوشه­جفتی (Coupled Cluster) (CCS، CCSD، CCSD(T)) ... اکنون شدت­ها نیز قابل ذخیره­کردن هستند...!
• DFT: LDA، GGA، ترکیبی (Hybrid) ... تابعی­های جدید DFT شامل آنهایی که دربردارنده­ی تصحیحات با برد بلند، پراش تجربی و هیبریدهای دوگانه (B2PLYP,، mPW2PLYP ... پراش تجربی D ) هستند.
• روش­شناسی­های خودکار و با دقت بالا مانند G1، G2، G3، CBS ومانند اینها. مدل­های ترکیبی G[SUB]n[/SUB] نیز معرفی شده­اند.

 

[P O U R I A]

گرادیان ها و بهینه سازی ساختار فضایی

گرادیان ها و بهینه سازی ساختار فضایی

محاسبه­های ONIOM دولایه و سه­لایه ( با خروجی کامل ) برای بهینه­سازی ساختارهای فضایی: مدلسازی سیستم­های بسیار بزرگ با تعربف دو یا سه لایه در ساختار نمونه­ای که با آن تحت ترازهای دقت گوناگونی برخورد می­شود.
بهینه­سازی خودکار ساختار فضایی به نقاط مینیما (minima) یا نقاط زینی (saddle points).
جستجوی خودکار حالت گذار (transition state) با استفاده از روش­های شبه­نیوتنی با روش راهگشایی رفت­و­برگشتی همزمان.
دنبال­کردن مسیر واکنش با استفاده از مختصات ذاتی واکنش (IRC). گاوسین 09، IRC جدید و ویژگی­های جدیدی را در مسیرهای واکنش را ارائه می­کند.
بهینه­سازی تقاطعی (Intersection optimization) با استفاده از CASSCF معدل-حالت.
محاسبه­ی مسیر کلاسیکی که در آن معادلات کلاسیکی حرکت با استفاده از مشتق­های تحلیلی دوم یا با استفاده از دینامیک مولکولی بورن-اوپنهایمر (BOMD)
مدل دینامیک مولکولی انتشار ماتریس چگالی با مرکزیت اتم انتگرال­گیری می­شوند.

 

[P O U R I A]

فرکانس ها و مشتق های دوم

فرکانس ها و مشتق های دوم

• محاسبه­ی تحلیلی ثابت­های نیرو، قطبش­پذیری­ها و مشتق­های تحلیلی دوقطبی برای DFT و بیشتر شیوه­های فرا-HF (post-HF) و نیز برای حالت­های برانگیخته با استفاده از CIS و CCSD با کمک EOM-CCSD.
• مشتق­گیری عددی انرژی­ها یا گرادیان­ها برای ایجاد ثابت­های نیرو، قطبش­پذیری­ها و مشتق­های تحلیلی دوقطبی برای روش­های MP3، MP4(SDQ)، CID، CISD، CCD و QCISD.
• فرکانس­ها: تعیین شدت­های IR و RAMAN ( متفاوت با قطبش­پذیری­ها/اناتیومرها) برای گذارهای ارتعاشی
• تحلیل هارمونیک­های ارتعاشی و گرماشیمی با استفاده از ایزوتوپ، دما و فشار موردنظر.

تحلیل گرماشیمی: گاوسین کمیت­های گوناگون مهم گرماشیمی را در دما و فشار موردنظر مانند تصحیح انرژی گرمایی (TE، ZPE و ... ) ظرفیت گرمایی، آنتروپی و دیگر کمیت­ها را پیش­بینی می­کند.

 

[P O U R I A]

ویژگی های مولکولی

ویژگی های مولکولی

• ارزیابی ویژگی­های گوناگون تک­الکترونی مانند تحلیل تجمع مالیکن، ممان­های چندقطبی، تحلیل تجمع طبیعی، پتانسیل­های الکترواستاتیک و بارهای به­دست­آمده از پتانسیل الکترواستاتیک با استفاده از روش­های SCF، DFT، MP2، CI، CCD و QCISD.

• قطبش­پذیری­ها و فراقطبش­پذیری­ها برای روش­های هارتری-فاک و DFT.
• تانسورهای پوشش NMR و مغناطیس­پذیری مولکولی با استفاده از SCF، DFT، MP2.
• الکترون­خواهی و پتانسیل­های یونش

 

[P O U R I A]

طیف ها و ویژگی های طیف سنجی

طیف ها و ویژگی های طیف سنجی

• IR و Raman
• Raman پیش­رزونانسی
• UV-Vis
• NMR
• Vibrational circular dichroism (VCD)
• Electronic circular dichroism (ECD)
• Optical rotary dispersion (ORD)
• جفت­شدگی هارمونیک ارتعاشی-چرخشی
• جفت­شدگی ناهارمونیک ارتعتشی و ارتعاشی-چرخشی
• تانسورهای g و دیگر تانسورهای طیفی فوق­ظریف

 

[P O U R I A]

شرایط تناوبی مرزی (Periodic Boundary Conditions)

شرایط تناوبی مرزی (Periodic Boundary Conditions)

گاوسین بازه­ی سیستم­هایی را که قابل مدل­شدن به سیستم­های تناوبی هستند مانند پولیمرها و بلورها با شرایط تناوبی مرزی (PBC) گسترش داده است:

• ساختارهای فضایی تعادلی و ساختارهای گذار درشت­مولکول­ها
• واکنش­پذیری پولیمرها
• شکاف باندی
• شیمی سطح (Surface Chemistry) که با شرایط تناوبی مرزی دوبعدی (2D PBC) مدل می­شود
• ویژگی­های توده­ای بلورها با استفاده از شرایط تناوبی مرزی سه­بعدی (3D PBC)
• قطبش­پذیری و فراقطبش­پذیری برای روش­های هارتری-فاک و DFT
  

 

[P O U R I A]

مدل های انحلال

مدل های انحلال

با به­کارگیری میدان واکنش خودسازگار (self-consistent reaction field) گاوسین می­تواند سیستم­ها را در محلول مدل کند:

• مدل اُنساجر (Onsager model) (دوقطبی و کروی) شامل مشتق­های تحلیلی مرتبه­اول و مرتبه­دوم در ترازهای HF و DFT و انرژی­های تک­نقطه­ای در ترازهای MP2، MP3، MP4(SDQ)، CI، CCD، , QCSID.

• مدل پیوستار قطبیده (Polarized Continuum) (کره­های همپوشان) (PCM) تومازی و همکاران­اش، انرژی تحلیلی HF، DFT، MP2، MP3، MP4(SDQ)، QCISD، CCD، CCSD، CID و CISD و گرادیان­ها و فرکانس­های DFT.
• بهینه­سازی MM بزرگ در محلول
• تعداد بسیار بیشتر حلال­ها ( بیش از 40 حلال ) ( ترولار و همکاران­اش) (Truhlar)

 

[P O U R I A]

جزوه دست نویس آموزش نرم افزار محاسباتی گوسین :
​

دست نویس گوسین.pdf

آموزش گوسین (Gaussian) ، گوس ویو (Gauss View) ، هایپر کم (Hyper Chem) :
Gaussian- hyperchem.rar

.. البته توی سایت زیر هم اطلاعات خوبی پیدا می کنید.​

http://www.gaussian.com

 

[ghasemianhassan]

نرم افزار

نرم افزار

سلام
الگوریتم ها یا روشهای بهینه سازی استفاده شده در گوسین چیست؟