HCN异构化反应

本教程包括研究HCN异构化反应的几个步骤:

  • 几何优化
  • 线性运输
  • 快速频率计算
  • 过渡状态搜索
  • 精确的频率计算
  • IRC

步骤1:准备HCN分子

开始adfjobs.
点击on the Tutorial folder icon
使用adfinput开始使用 SCM→新输入 menu command
绘制HCN分子(首先,下一个C,最后是H原子)
选择C-N键并使其成为三键
预先优化几何形状

你应该得到一个线性分子:

../_images/tut5fig1.png.
选择 几何优化 task
选择DZP基础集
选择 文件→运行,给它名字hcn_go

这geometry will be optimized, using a DZP basis set.

点击“Yes”当被要求从HCN_GO.T21文件中阅读新坐标时
检查C-N and C-H distances

它们应分别为115和108 pm(1.15和1.08埃)​​。

写下印刷的粘合能量的值
在adftail窗口中的计算结束时

步骤2:为转换状态几何构建粗略近似

HCN分子具有CNH异构体。这两个州之间存在能量屏障。我们将找到过渡状态并计算其高度。

为了找到转换状态搜索的更好的起点,我们将执行线性传输计算作为反应路径的粗略近似。我们将在40至140度之间的步骤之间改变H-C-N角,并让ADF优化每个角度的键合长度。

设置线性传输计算:

选择 线性运输 task
点击on the  更多 任务旁边的按钮去‘几何约束和扫描’ panel
选择所有原子

你应该看到‘+ N(1)C(2)H(3)(角)’现在在右侧面板中注意:

../_images/t4-5-n-c-h.png
点击the ‘+’按钮添加角度约束

现在‘- N(1) C(2) H(3)’和两个字段显示为度参数的限制。

进入‘140’ and ‘40’ in the ‘degrees’ fields
../_images/t4-5-n-c-h_2.png

adf. 运行当前设置的问题将无法运行,因为HCN分子是完全线性的。因此,我们将通过将角度更改为140度,与LT扫描的第一点相同,帮助ADF。

使用滑块将HCN角度更改为140度
../_images/t4-nch140.png

设置完成。现在我们将运行LT计算,但我们将以新名称保存,我们希望保持HCN_GO计算结果:

文件→另存为 to save the file as ‘HCN_LT’
运行计算

跑步可能需要几分钟。运行完成后:

点击“Yes”当被要求阅读新坐标时

您将看到最后几何图形,靠近CNH。要查看LT运行期间几何在LT期间如何更改,请使用ADFMovie:

选择 SCM→电影 command
选择所有原子(使用Shift-Drag以在原子周围制作矩形)
选择 图→距离,角度,二相 命令(为了获得角度图,仍然选择三个原子)
使用 查看→仅融合几何形状 command
放大以获得更好的分子视图
按播放按钮(在Adfmovie窗口左下方的控件中右侧三角形)

您将看到从C转移到N的氢原子。您还将看到能量的图表作为LT步骤的功能。当电影正在播放时,点显示图表中的相应位置。

在路径的某个地方,我们正在寻找过渡状态。请记住,您需要使用‘仅优化几何形状’命令以过滤掉所有中间几何步骤,以便仅获得每个LT步骤的融合几何形状。

graph, click (without moving!) on the top of the energy graph
或者,使用箭头键(光标键)在不同的步骤之间移动或使用滑块
检查哪些几何体具有最大能量

您应该发现在围绕60-75度的角度达到最大能量。这是框架6(第7步):

../_images/t4-5-frame6.png.

您还可以在输出文件中找到此信息:

选择 SCM→输出 menu command
adf. output window select the 其他属性→‘LT Path command
../_images/t5-lt-out.png.

您将看到实际上,几何号7(对应于Adfmovie中的帧6)的能量最高。在这个特殊的示例中,角度的选择不是很重要,但通常你总是希望获得可用转换状态的最佳近似。

我们现在将从此几何中编写搜索过渡状态:

点击in the ADFmovie window
确保选择框架6
使用 文件→更新输入中的几何 command

将更新ADFInput窗口中HCN的几何形状以匹配当前在Adfmovie窗口中选择的几何图形:

../_images/tut5fig2.png

第3步:寻找过渡状态:准备近似黑森州

一般来说,在执行TS搜索时具有一个虚频率的良好启动Hessian非常重要。我们将通过执行快速频率计算来创建这样一个粗糟:

选择 频率 任务(来自主面板)
确保数值质量设置为正常状态
将分子保存为‘HCN_Freq1’ (Save As)
运行计算

频率计算现在正在进行中,并将非常快地运行。完成后:

选择 SCM→光谱 command
../_images/tut5fig21.png.

如果一切顺利,您应该看到具有两个峰值的频谱,在2000-3000 1 / cm的范围内。 表您可以看到三个频率,两个在频谱中显示,一个负频率(约-1000 1 / cm)。 负频率值实际上意味着它是虚线。

在与虚频率对应的峰值上单击鼠标

对应于该频率的正常模式将在左侧显示。检查频率是否确实对应于平行于C-N键的H原子。

第4步:搜索转换状态

结果文件hcn_freq1.t21,具有我们的转换状态搜索的初始几何体。它还包含一个可以用于启动TS过程的Hessian矩阵(产生的频率计算)。

将ADFInput与HCN_FREQ1计算到前景
选择 过渡状态 task
ctrl / cmd-f并搜索‘restart’, select the ‘Files (Restart)’ panel
单击空中的文件选择按钮(看起来像一个文件夹)‘Restart file:’ field
选择hcn_freq1.t21文件,然后单击‘Open’:
../_images/t4-5-restart.png
将设置保存为HCN_TS(另存为)
运行计算

计算完成后(再次非常快),将要求您从结果文件读取新几何hcn_ts.t21:

回答“Yes”导入最新的几何形状
记下转换状态的键合能量(在logfile中可见)

adf. Input现在将显示转换状态几何图形。

如果将粘合能量与优化HCN分子的键能量与第一计算进行比较,则差异应为约1.9eV。另外检查几何形状有意义:C-H和C-N距离应约为1.20,1.19埃,H-C-N角应为约70度。

步骤5:计算过渡状态的频率

在每个过渡状态搜索后,验证您是否只有一个且只有一个虚频,它是个性的做法。为此,我们将在TS几何中重复频率计算:

确保在ADFInput中打开HCN_TS
选择 频率 任务 (from the ‘Main’ panel)
保存名称hcn_freq2
跑步

计算正在运行,不应该花费很多时间。计算完成后:

选择 SCM→光谱 command

您将呈现有两个正常模式的分子的IR光谱。 表您还应该看到一个负频率(对应于虚频)。

../_images/tut5-freqs.png.
点击on the mode with negative frequency

对应于该频率的正常模式的可视化应该明确表示,这确实是我们正在研究的反应坐标。

步骤6:在反应坐标之后

adf. 可以遵循从过渡状态到一个或另一个产品的最小能量路径。在ADF中使用的方法称为内部反应坐标(IRC)。您可能希望跳过本部分,因为计算可能需要一些时间才能完成。

将hcn_freq2带到前面的adfinput中
选择 IRC task
去吧‘内在反应坐标(IRC)’面板(模型,或通过搜索,或点击  更多 button)

此面板允许您为IRC方法指定各种参数。最重要的参数是遵循的方向。选择或多或少任意。通过选择“Forward path” or “Backward path”将带您到一个或另一个产品’很难判断什么案件中的哪两个。我们将立即计算两个路径,因此我们无需更改默认值。

另一种选择是‘Rerun IRC points’。选中后,在IRC计算完成后,将为每个融合点执行额外的单点计算,结果将保存。这将允许您更详细地观察沿IRC路径发生的事情,例如轨道如何变化。在本教程中,让我们展示这项工作方式,因此转换为:

检查‘Rerun IRC points’ checkbox

小费

这‘Rerun IRC points’选项还适用于片段分析:
- 检查Fragment Analysis tutorial
- 通过区域定义片段(参见片段教程)
- 检查‘Use fragments’复选框在MultiLevel碎片面板上

我们还希望确保所有优化都会收敛,因此允许允许将最大迭代次数增加到50。 随着IRC需要一个好的黑森州,从TS中计算的黑森州的计算重新开始:

点击on the  更多 收敛细节后
Number of geometry iterations field specify 50
转到“详细信息”部分中的文件(重新启动)面板,然后选择HCN_FREQ2.T21结果文件作为重新启动文件
另存为HCN_IRC.
跑步

几分钟后,计算将完成。您可以使用ADFMovie查看IRC路径。当然,您再次需要确保仅显示融合的几何形状:

选择 SCM→电影 command
选择 查看→仅融合几何形状 command
出现警告消息时单击“确定”(关于更改的步骤顺序)
选择所有原子
选择 图→距离,角度,二相 command
../_images/tut5-ircpath.png.

从这部电影中,您可以看到IRC路径,以及最有趣的点处的能量。正如我们在一次运行中计算前向和后向路径一样,需要颠倒前向路径的顺序以获得适当的能量图。

您还可以通过研究输出文件来检查沿IRC路径的某些属性:

选择 SCM→输出
使用 其他属性→IRC路径 menu command

您将在前向路径上看到一个具有属性的表。要获得向后路径:

点击on the blue header ‘Dist from TS ...’

输出浏览器应使用该标头跳转到下一节,这是后向IRC路径的表。

第7步:沿IRC轨道轨道:从.t21文件报告

以前的IRC计算您已激活RERUN IRC点选项。结果,所有融合IRC点的数据也可用。

将adfjobs带到前景
点击on the triangle for the HCN_IRC job to see the job files
../_images/t6-irc-results.png

如果您希望您可以选择感兴趣的.t21文件,并使用GUI工具(ADFView,Adflevels,Kfbrowser)详细检查该特定IRC点的结果。您还可以使用“报告”工具生成概述:

Job→打开.results 在Adfjobs中打开.results
选择All SP _...作业(点击第一个,班次点击最后)
工具→构建标准报告
使用名称保存作业‘HCN IRC results’
等到报告代已准备好,
顶部的ADFJOBS状态行将指示进度

现在,您应该有一个很好的概述详细结果,如报告选项所设置的所有IRC点:

../_images/t6-report.png.

可以找到使用报告工具的另一个例子 NH3基础集 tutorial.

步骤8:之后轨道轨道以下:为许多几何形状生成作业

对于线性传输运行,您也可能需要遵循轨道,或检查融合点的其他属性。您可以以与IRC运行的方式完全相同的方式执行此操作(因此,通过激活RERUN LT点选项)。但是,此选项未激活。

之后还有一种简单的方法可以为融合点生成信息。请注意,这也将在IRC计算之后工作而不是LT计算。

激活AdfJobs.
选择hcn_lt作业
工具→准备
Prepare window that appears:
“Use coordinates from” section, press the “+” and select “ADF结果文件()s(.t21)”
选择HCN_LT.T21结果文件,然后单击“打开”
“使用输入选项部分”, press the “+” and select “run类型→单点”
../_images/t6-prepare-tool.png.
点击OK
选择已生成的所有sp.hcn作业
工作→运行
等待计算完成

现在我们可以使用报表工具来生成概述,就像我们刚才为IRC计算一样:

选择所有sp.hcn_lt ...作业(点击第一个,班次点击最后)
工具→构建标准报告
使用名称保存作业‘HCN LT results’

等到报告代已准备好,
顶部的ADFJOBS状态行将指示进度

现在,您应该有一个很好的概述详细结果,如报告选项所设置的所有LT点:

../_images/t6-lt-report.png.

最后,在本教程结束时,您将有许多开窗。要立即关闭所有ADF-GUI相关的窗口,您可以使用 SCM→退出所有 command.