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Multiwfn的轨道定域化功能的使用以及与NBO、AdNDP分析的对比(3)

如果要得到LMO的能量,应当在轨道定域化界面里选择-4 If calculating and printing orbital energies将状态切换到Yes,此时Multiwfn就会让你输入一个含有Fock/KS矩阵元数据的文本文件,Multiwfn会从中读取矩阵,并产按照如前所述的方式计算LMO的能量,并且把轨道按照能量由低到高排序储存。输入的文件的格式要求在手册3.21节已经说明了。对于Gaussian用户,最简单的方式是写pop=nboread,然后输入文件末尾空一行写比如$NBO archive file=C:\YOSORO $END,则计算完成后就会产生C:\YOSORO.47文件,这是GENNBO程序的输入文件,里面含有Fock/KS矩阵,把这个文件提供给Multiwfn,程序就会从中读取这个矩阵,并利用它计算LMO的能量。

为了便于展现LMO的分布特征,Multiwfn可以直接计算出所有LMO的中心位置,这样一作图,哪里有LMO出现一目了然。LMO i的中心计算为<LMO_i|r|LMO_i>。

下面我们通过几个实际体系,演示一下Multiwfn轨道定域化的使用,并对结果进行讨论,与此同时还会与NBO或AdNDP轨道进行一些对比。在《使用Multiwfn通过LOBA方法计算氧化态》()这篇文章中使用的LOBA方法是基于定域化轨道的计算氧化态的方法,文中已经利用到了Multiwfn的这个轨道定域化功能,建议大家也看看。

下文涉及的各种文件都可以在此处下载:
本文使用G09 D.01计算。若未注明,NBO分析是用的G09自带的NBO3.1做的。本文用的NBO6是2017年5月买的版本。


3 实例1:1,3-丁二烯

这个例子我们对1,3-丁二烯做分子轨道定域化分析,写以下输入文件
%chk=C:\butadiene.chk
# B3LYP/6-31G*

Generated by Multiwfn

0 1

C      0.60180003    1.75050480    0.00000000
H     -0.32508753    2.31854834    0.00000000
H      1.52387750    2.32224216    0.00000000
C      0.60180003    0.41067144    0.00000000
H      1.55113518   -0.12465745    0.00000000
C     -0.60180003   -0.41067144    0.00000000
H     -1.55113518    0.12465745    0.00000000
C     -0.60180003   -1.75050480    0.00000000
H      0.32508753   -2.31854834    0.00000000
H     -1.52387750   -2.32224216    0.00000000
 
计算之后用formchk把chk文件转换成butadiene.fch。然后启动Multiwfn,输入
butadiene.fch
19  //轨道定域化
1  //只定域化占据轨道
由于体系很小,一瞬间就算完了,经过了几轮迭代就收敛到了要求的阈值了。屏幕上输出了各个定域化轨道的基本特征以便于找到用户感兴趣的轨道,并且当前目录下产生了new.fch,里面记录了占据的LMO和非占据的MO。如屏幕的提示所示,Multiwfn已经又自动载入了此文件,所以当前内存里的占据轨道已经是定域化后的了。我们按0返回主菜单,然后进入选项0观看刚得到的LMO。

把所有占据轨道,即1号到15号轨道挨个看一遍,先会看到各个收得很紧的内核轨道,然后是各种C-C、C-H sigma轨道,最后两个轨道是边缘的C=C键的pi轨道,如下所示:

Multiwfn的轨道定域化功能的使用以及与NBO、AdNDP分析的对比

如果不做定域化,我们会看到占据的pi轨道是离域在分子整体,不好讨论。从定域化后的这两个pi轨道上,我们看出,两边的C-C之间有明显的pi键。但是,这绝不意味着中间的C-C之间没有丝毫pi键特征,如果我们用Multiwfn主功能9来计算Mayer键级(主要体现原子间共享电子对数)和拉普拉斯键级(看JPCA,117,3100的介绍),会看到中间的C-C键的这两种键级分别为1.138和1.313,都大于1,因此两种键级都表明中间的C-C并不仅仅有sigma键,还有一定的pi键特征。但如果计算边缘C-C键的键级,则Mayer键级和拉普拉斯键级分别为1.872和1.917,接近双键的形式键级2.0,说明其pi键特征远强于中间的C-C键。

(责任编辑:admin)
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