Gaussian 講習会（端末機室）

実習資料

量子化学計算プログラム Gaussian が広く使われるようになった理由の１つに、“使いやすさ”が挙げられます。実際の submit コマンドなどは、別紙「Gaussianの使い方」を参考にしていただきますが、まずは Gaussian を使うのに必要な入力ファイルの作成の練習からスタートします。

実習１ 分子座標の入力
Gaussian では分子座標を、xyz 座標入力、または、Z-matrix 入力で指定する。
ごく一部の分子を除いて、Z-matrix を用いた方が分子座標入力には便利なことが多い。Z-matrix 入力において、分子構造は・結合距離・結合角・二面角で表される。
なお、長さの単位はÅ、結合角の単位は degree が標準となっている。
例１
ホルムアルデヒド（H2CO）の例
分子構造：R(C=O) = 1.22、R(C-H) = 1.1、A(H-C-H) = 120.0
C1O1H1H2C1 1.22
C1 1.1 O1 120.
C1 1.1 H1 120.

O1 180.

（最後の 180.が△H2-C1-H1 と△C1-H1-O1 の二面角である。）

問題１・A(H-C-H) = 110.0 だと、どうなる？
・メタン（CH4）の場合の座標入力は？
R(C-H) = 1.1、A(H-C-H) = 109.5

1

実習２ 入力ファイルの作成
H2O 分子のエネルギーを計算する標準的なファイルを作ってみよう。
（UNIX 上でも、Windows 上でも構わない。）
例２#RHF/6-31G

Pop=FullSingle point energy of H2O（この行はコメント行）
0 1
O1
H1 O1 0.95
H2 O1 0.95

H1 111.2（ここまで。最終行に空行が必要です。）

問題２・１行目の 6-31G は基底関数である。分極関数を加えるときは？
・Pop=Full の意味は？
・コメント行の２行下の「0 1」は、「分子の電荷スピン多重度（2S+1）の計算の仕方は？
閉殻では S=0開殻では？？

2スピン多重度」である。

実習３ 様々なエネルギー計算
別紙「Gaussian の使い方」を見ながら、実際にエネルギーの計算を実行してみよう。
例３
結果の出力ファイルの末尾に“Normal termination of Gaussian 16”が見られるまでは、入力ファイルのエラーを訂正しながら計算を実行する。
出力ファイルの中に、E(RHF) = - 75.985355234 AUなどのエネルギー値を見つけよう。
（出力ファイルの見方は別刷「Gaussian94 を使った ab initio 分子軌道計算入門」
p.95－に詳しい）
問題３
基底関数依存性や、電子相関の効果をみるために、入力ファイルの１行目を変えて計算してみよう。
基底関数依存性：
RHF/6-31G

E(RHF) =RHF/6-31G(d)RHF/6-311G

E(RHF) =E(RHF) =電子相関効果：
RHF/6-31G
MP2/6-31G
B3lyp/6-31G

E(RHF) =EUMP2 =E(UB+HF-LYP) =3

実習４ エネルギーの変数依存性
キーワード scan を使うと、距離や角度を変数として連続的にエネルギー計算を行うことが出来る。入力ファイルの書き方に慣れて実際に計算してみよう。
例４水分子の結合角 a1 を、60°から+10°刻みで変えながら７点について計算する。
#RHF/6-31G scan
Energy scan of H2O（コメント行）
0 1
O1
H1 O1 0.95
H2 O1 0.95
a160.

7

H1 a110.

（ここまで）
出力ファイルの最後に Summary を見つけよう。
Summary of the potential surface scan:
Na1SCF---- --------- ----------160.0000-75.89821
270.0000-75.92992
380.0000-75.95419
490.0000-75.97133
5 100.0000-75.98153
6 110.0000-75.98530
7 120.0000-75.98356
8 130.0000-75.97761---- --------- -----------

問題４水分子の結合距離の scan を使って計算してみよう。

4

実習５ 分子の構造最適化と基準振動計算
分子の構造を計算で最適化することで、平衡構造を調べることが出来る。また、基準振動の計算を行うには、最適化された構造を用いなければならない。
例５
水分子の構造を最適化し、基準振動を計算する。
#RHF/6-31G opt freq
Optimization and frequency calculation of H2O（コメント行）
0 1
O1
H1 O1 r1
H2 O1 r1
Variables:
r1 = 1.0
a1 = 110.0

H1 a1（ここまで）最適化された構造では、結合距離 0.9497Å、結合角 111.5438°となる。
また、以下のような振動数（cm-1）が得られたはずである。
A1 対称性・・・1737.2249、3987.4570
B2 対称性・・・4144.3601

問題５メタンの分子座標を最適化した後、NMR 化学シフトの計算を、キーワード“NMR”を使って計算してみよう。正しい分子座標と、大きな基底関数を使うことが重要である。
結果の例：
RHF/6-31G
C の Isotropic 成分 = 206.1892(ppm)
RHF/6-31+G(d,p)
C
Isotropic = 202.3569
(ppm)

5

実習６ GRRM による反応経路自動探索
Gaussian を利用して反応経路の自動探索を行うプログラム GRRM をテスト利用してみよう。新たにディレクトリ~/grrm/を作成し（mkdir grrm）、そのディレクトリへ移動（cd grrm）。

手順１（構造最適化）
構 造 最 適 化 を 行 う フ ァ イ ル min.com と 、 ジ ョ ブ 投 入 用 シ ェ ス ス ク リ プ ト
example-min.csh を作成●min.com ファイルの内容# MIN/B3lyp/6-31G0 1
H-1.1
C0.0
N
1.3
Options
GauProc=40.0
0.0
0.0

0.0
0.0
0.0

●example-min.csh ファイルの内容#!/bin/csh#PBS -q lx -b 1
#PBS -N grrm-testsource /usr/ap/etc/GRRM17/config.csh
cd $PBS_O_WORKDIR
GRRMp min -p1 -h2（注：p1 は並列ジョブ数１を示す。）
qsub example-min.csh でジョブ投入。
得られた構造は、手順２のファイル grrm.com 内に記入する。

6

手順２（遷移状態計算）
GRRM 計算を行うファイル grrm.com と、ジョブ投入用シェルスクリプト
example-grrm.csh を作成●grrm.com ファイルの内容（注：LADD=1 などのオプションを使って探索の精度を粗くしている。）# ADDF/B3LYP/6-31G
0 1
H-0.925542846402
C
0.139313463373
N
1.306029383031
Options
LADD=1
NLowest=24
NRUN=24
GauProc=2-0.009966162953
0.036241860000
0.086868406955

0.066668872304
0.029013340192-0.012245813674（注：Gaussian の並列度２としている）●example-grrm.csh ファイルの内容#!/bin/csh#PBS -q lx -b 1
#PBS -N grrm-test#PBS -l elapstim_req=03:10:00
source /usr/ap/etc/GRRM17/config.csh
cd $PBS_O_WORKDIR
GRRMp grrm -p4 -h3（注１：GRRM の並列ジョブ数４としている→ Gaussian の並列度×GRRM の並列ジョブ数＝８よって最大並列数 128 で実行可能である。
（注２：計算時間の制限を３時間と設定している）

7

結果
少しの計算時間（２０分程度）の後、HCN→HNC の異性化に対応する２つの構造が得られているだろう。
Global minimum = EQ 1, SYMMETRY = CoohH-0.413812173841
1.067547797749
C-0.058945456391
0.061798201572
N0.329934521480-1.040145515356
Energy= -93.392488187246
Spin(**2) =0.000000000000
ZPVE=
0.014640873177
Second lowest minimum = EQ 0, SYMMETRY = CoohH
-1.538344115186
0.362125764359
C
0.608328955714-0.039969200116
N-0.557626952403
0.178402285344
Energy= -93.368985589855
Spin(**2) =0.000000000000
ZPVE=
0.014773220100

80.000000000000
0.000000000000
0.000000000000

0.000000000000-0.000000000000
0.000000000000