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【分享】HyperChem基本操作

作者 zzgyb
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画原子1. 打开Element Table对话框。这里有两种方法:
? 在Build菜单中选择Default Element,或者双击Drawing工具。Default
   Element对话框允许从周期表中选择缺省元素。
2. 如果单击Properties...按钮,将显示当前选择元素的物理属性。也可以
   按下Shift键同时单击元素按钮,结果是一样的。单击OK键,物理属性框
   消失。
3. 如果Allow Ions或者Explicit Hydrogens打开(用对勾选择),左键单击
   这些选项使其关闭。
4. 在缺省元素列表中选择Carbon,接着关闭元素对话框。缺省元素将设置
   为碳。当然也可以把打开的Default Element对话框移走,这样可以看到
   HyperChem工作区。当画原子非常多的分子时,这是非常有效的。
5. 左键单击Drawing工具,把指针移到工作区。
6. 左键单击工作区左下角,将出现一个小圈,代表未成键的碳原子。
7. 在工作区不同位置画更多的原子。
画价键
1. 把指针移到刚才画的第一个碳上。
2. 按下鼠标左键。这是价键在第一个原子的位置。
3. 保持鼠标按钮按下的同时拖向工作区的顶端。
4. 放开鼠标按钮。这是价键在第二个原子的位置。一条线代表两个碳
   原子之间的价键。
5. 用仍旧停留在价键末端的指针, 用左键拖向工作区右下角。
6. 放开鼠标按钮。这是第三个原子的位置。
7. 在空白工作区画六个价键,形成一个环。
现在你清楚了如何画原子和分子,并且学会了一些基本技巧。
选择原子
在这个练习中,通过选择原子,你可以学到基本的选择技巧。首先必须设置
选择的级别[原子(atoms),基(residues),或分子(molecules)]。
这里设置为原子(atoms)。
1. 左键单击Select菜单。
2. 左键单击选择Atoms。
接下来,关闭Multiple Selections:
1. 左键单击Select菜单。
2. 如果Multiple Selections打开,左键单击来关闭它。
这样当你重新选择一个原子或者一组原子的时候,前面的选择将会取消。
选择原子:
1. 左键单击Selection工具,把指针移到工作区。
2. 左键单击前面创建的原子。这将激活这个原子。可以在Preferences对话
   框中设置激活的样式。Preferences在File菜单中。
3. 左键单击前面创建的价键中部,这个价键就会激活,价键两端的原子就会
   被选择。
4. 右键单击工作区的空白处,撤销对所有的原子和价键的选择。
选择一组原子
1. 在Select菜单,确保Select Sphere没有打开。
2. 在工作区左上方挑选一个点。
3. 同时按下鼠标左右键拖向工作区右下角。HyperChem显示一个代表选择区
   域的矩形。
4. 继续拖左右键,直到想要的原子被包括在矩形里。
5. 释放鼠标按钮。
选择区域所有原子就会被激活。
选择第二组原子:
1. 在Select菜单选择Multiple Selections。打开Multiple Selections
   后,在当前的选择中将添加新的选择。
2. 像选择第一组原子一样,左右键同时拖。
3. 释放鼠标按钮,第二组原子被激活。
如果选择工作区中所有的原子,在选择模式中左键单击工作区的空白区域。
撤销对原子的选择:
1. 右键单击未成键原子。这个原子不再激活。
2. 右键单击选择的价键中部。价键两端的原子不再激活。
3. 右键单击工作区的空白区域,撤销对所有原子的选择。
画二维草图1. 双击Drawing工具,打开Element Table对话框。
2. 打开Allow ions,关闭Explicit Hydrogens。如果关闭Explicit
   Hydrogens,在画分子的时候,不自动添加氢。
3. 选择碳,接着关闭对话框。碳设置为缺省元素。
4. 接着按下面操作。
标记原子
1. 在Display菜单选择Labels。
2. 在Atoms选项框,选择Symbol。靠近Symbol的单选按钮会被填充。
3. 左键单击OK。
Labels对话框消失,所有的原子将标注元素符号。
删除原子:
1. 左键单击Drawing工具进入绘图模式。
2. 右键单击想要删除的原子,或者想要删除的价键中部。原子和价键就
   会消失。
删除多个原子或价键:1. 左键单击Selection工具进入选择模式。
2. 用左右键在工作区拖出选择的目标。
3. 在Edit菜单选择Clear。
4. 在提示框中选择Yes。

[ Last edited by xuefei06 on 2008-12-19 at 23:30 ] 返回小木虫查看更多

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  • 精华评论
  • zzgyb

    一.HyperChem的功能
    1. 构造分子
    2. 优化分子结构
    3. 研究分子反应
    4. 观察轨道和电子图谱
    5. 评估化学反应路径和化工机械装置
    6. 研究分子动力学
        HyperChem的功能是非常多的。限于本人的专业方向,化学反应不是我关
    心的,我只介绍HyperChem在分子光谱学方面的应用,并且其中很多关于红外、
    拉曼光谱以及晶体的内容被我略掉了,感兴趣的自己去摸索吧。
        另外,HyperChem的帮助文件其实就是一本HyperChem入门的傻瓜书。而
    HyperChem自带的几个PDF文件每个都有三五百页,既有HyperChem入门教材,
    又有量子化学的参考书籍。现在国内量化方面的书籍很少,而英文的新书几
    乎就见不到。所以这些东西对学习量子化学肯定会有帮助的。Hyperchem详细
    介绍及更详尽的使用方法,见Referenc.pdf和Getstart.pdf文件。
        还有最重要的一点,我用的HyperChem是6.0版。
    二.可能遇到的量子化学名词术语
    1. RHF 和 UHF:(自旋)限制的(restricted)和非限制(unrestricted)的
                    Hartree-Fock方法
    2. GTO:        Gaussian type orbitals,
                    高斯基组
    3. STO:        Slater型轨道函数
    4. LCAO-MO方法:将分子轨道表达为原子轨道现行组合的方法;
                    分离原子极限法
    5. HOMO:       最高占据分子轨道
    6. LUMO:       最低未占据分子轨道
    7. CI:         Configuration Interaction,
                    组态相互作用
    8. SCF:        Self-consistent field ,自恰场
    9. MCSCF:      多组态自恰场方法
    三.分子电子态的理论及其量子化学计算的实现
        HyperChem用自旋状态描述电子态(也就是多重度,即2S+1),如:单重
    态(S=0,2S+1=1),双重态(S=1/2,2S+1=2),三重态(S=1,2S+1=3),或者
    四重态(S=3/2,2S+1=4)。把这些态看作有0、1、2或者3个未成对电子。偶
    数的电子导致单重态或者三重态,而奇数的电子导致双重态或者四重态。
    HyperChem不考虑更高的多重度,像五重态,等等。分子基态电子态通常不
    应该是四重态,正常情况应该是单重态、双重态或者三重态。其他所有态都
    是激发态。偶数个电子的系统基态正常情况应该是单重态,但是三重态的基
    态也是可能的, 这和分子轨道排列有关。例如,有一个成功的分子轨道理
    论解释了为什么氧分子有三重态的基态(HOMO简并,并且被两个电子占据)。
    有奇数个未成对电子的分子(自由基)基态一般是双重态。
        HyperChem半经验方法计算通常要求一个给定多重度的最低能态或者一
    个给定多重度的次最低能态。由于大多数偶数个电子的分子是没有未成对电
    子的闭壳层单重态,所以只有最低的三重态是可用的,而次最低三重态是不
    可用的。例如,苯有偶数电子并且基态是闭壳层单重态。可以计算基态(最
    低单重态),第一单重激发态(次最低单重态),或者第一三重激发态(最低三
    重态)。简而言之,当HOMO被两个电子占据,或者一个电子占据HOMO而另一
    个在LUMO, 将产生单重或三重激发态。对于双重态和四重态,只有给定多
    重度的最低态是可用的。
        对开壳层RHF半经验计算,half-electron方法相当于一个闭壳层计算。
    例如,如果计算最低双重态,包含未成对电子的轨道实际上被两个自旋相反
    的1/2电子占据。这就是说闭壳层Hartree-Fock计算可以用来决定轨道。对
    闭壳层SCF能量的一个修正是完全描述双重态。对于偶数电子和闭壳层基态
    的分子而言,这意味着第一单重激发态和三重激发态有一样的轨道——都用
    HOMO和LUMO轨道成对的1/2电子计算。然而,这个修正应用于计算1/2-电子
    态的能量将导致三重态比单重态低。
        UHF只允许给定多重度的最低态计算。例如,可以用UHF计算苯的最低三
    重激发态,则不能用来计算单重激发态。这是由于HyperChem中的UHF不允许
    任意的轨道占据,也不执行允许描述多重态的CI计算。
        对RHF来说,可以计算CI波函数。这种计算由一系列计算出来的RHF轨道
    开始,或者从最低单重(双重),或者从半电子的单重和三重(双重和四重)轨
    道。这种初始计算作为参考态使用。从参考态,一套微观态产生了。轨道标
    准(orbital criterion)或者能量标准(energy criterion )可以用来选
    择这些微观态。一套更准确的电子态可以通过这些微观态适当的线性组合构
    成。从CI计算的这些态的结果可以通过log文件察看。
        当使用CI的时候,优化和分子动力学任务不能被执行。当CI计算完成的
    时候,能量梯度(以及几何优化和分子动力学)不能使用。因为在这种情况下,
    做任何几何优化都需要另一个态或程序,而进行的CI计算只能获得光谱信息,
    像紫外—可见光谱。
    四.分子光谱
    1.振动分析和红外光谱
        振动频率的性质随使用的semi-empirical方法而变化。一般来说,AM1和
    PM3比基于CNDO或INDO方法更接近试验结果。如果在拉曼光谱中出现负频率,
    说明这不是分子能量最小的结构。一个有效的最小能量结构只有正频率。这
    些方法中,PM3方法最接近实验值,误差一般在10%。下面的表显示了计算CO2
    基频的准确度(cm -1 ):
    Normal Mode           CNDO   INDO   AM1    PM3   Experiment
    bend                  571    553    525    521   667
    asymmetric stretch    1888   2080   1480   1406  1340
    symmetric stretch     6427   5737   2565   2386  2349
    2.紫外—可见光谱
        用PM3方法,HyperChem计算乙烯最强跃迁吸收波长是207 nm,十分接近
    实验值190-200 nm。在使用HyperChem计算完电子光谱之后,可以使用下表
    标记计算的跃迁和定性地评估计算准确度:
    Substrates                    Absorption maxima (nm)
    Simple alkenes                190-200
    Acyclic dienes       220-250
    Cyclic dienes          250-270
    Styrenes           270-300
    Saturated ketones     270-280
    α,β-Unsaturated ketones       310-330
    Aromatic ketones and aldehydes  280-300
    Aromatic compounds              250-280
    五.电子光谱计算过程
        紫外—可见光谱学的应用包括光化学,光生物学,光物理学以及分析光
    谱等多种学科。在用singly excited CI进行semi-empirical Single Point
    计算之后,使用Electronic Spectrum命令计算UV-visible或者电子光谱。
    除了Extended Hückel不能使用外,可以使用ab initio或者semi-empirical
    方法。要想生成UV-visible光谱,首先必须使用选择的semi-empirical方法
    进行singly excited CI计算。
    计算过程:
    1. 选择semi-empirical或者ab initio方法并为CI选择Singly Excited。
       需要在CI选项对话框中指定至少一个占据轨道和至少一个未占据轨道,
       或者指定一个至少和HOMO-LUMO间隔一样大的能量标准。否则得不到光
       谱。一般来说,当包括更多的轨道或者增加能量标准的时候,计算花费
       的时间更长,而光谱结果反而更准确。
    2. 在Compute菜单中选择Single Point。
       HyperChem完成SCF计算获得与分子单重基态有关的参考电子组态。接下
       来,HyperChem 产生一系列单重激发组态,计算其中的哈密顿矩阵元素,
       接着把矩阵对角化得到电子态光谱。
    3. 计算结束后,选择Compute菜单的Electronic Spectrum。
       这将打开Electronic Spectrum对话框。对话框中出现两套线(跃迁)。顶
       部显示所有的电子激发态(单重态和三重态);底部仅显示光谱活性的电
       子态及其相对强度。
    4. 左键单击不同的线或者使用1,2键得到这些线的信息。
    六.HyperChem的Configuration Interaction(CI)对话框
        CI计算可以用来改善波函数的品质和态能量。SCF能级计算是建立在单
    电子模型基础上的,其中每个电子是在由分子中其他n-1个电子建立的平均
    场中运动的。CI计算可能是超过SCF最广泛使用的计算方法。SCF计算生成一
    个描述电子占据轨道的组态。其他组态可以通过把电子从占据轨道激发到虚
    的(未占据)轨道,由这个参考组态产生。CI计算产生一套改善的态,每个态
    由这些组态的线性组合表示。
        使用CI对话框可以控制CI计算的设置。要访问这个对话框,选择Semi-
    empirical对话框Option选项中的CI。
        CI Method的选项有:None,Singly Excited和Microstate。
          None
          如果不想使用CI选择None。
          Singly Excited
          在CI计算中仅包括单重激发组态。
          Microstate
          包括多重激发态,也包括单重激发态。
        Orbital Criterion
          Occupied
          从HOMO开始到那些激发电子的占据轨道范围。
          Unoccupied
          从LUMO开始到那些激发电子的虚拟轨道范围。
        Energy Criterion
          Maximum Excitation
          CI计算中占据轨道和未占据轨道之间最高轨道能量差(eV)。Maximum
          Energy越高,CI计算中包括的组态数越多。
    七.一个例子:计算双原子分子InCl的电子光谱
    1.  画出InCl分子。
        选择Build菜单中的Default Element对话框,从元素周期表中选择In。
        关闭周期表,选择工具栏中的Draw工具(从左数第一个),在工作区画
        出一个In原子。用同样的方法画出Cl原子,并把In和Cl连接。用Select
        工具(从左数第二个)选中分子之间的连线,使它变成绿色,在Build
        菜单Constrain Bond Length对话框中给定InCl键长。InCl分子就画好
        了。此外,还可以在Display菜单Labels对话框中规定Atoms显示Symbol,
        Bonds显示Bond Length。这样就会显示元素符号和键长了。
    2.  双击工具栏Select图标构造分子模型。
                                       Cl
                                       |
        注意,不要把分子变成           In
                                     H ^ H
        如何做到这一点呢?我的经验是,在进行第一步的时候,先画In原子,
        再把缺省原子定义为Cl,然后用Draw工具从In原子连出一条线,就成了
        In-H。在H原子的位置点一下,In-H就变成了In-Cl,这样在进行第二步
        时就不会出现上面的那种四原子分子结构了。
        另外,虽然没有第二步也可以出结果,但极有可能是错的。
    3.  选择Setup菜单中的Semi-empirical。
    4.  选择PM3,接着左键单击Options。
    5.  在Semi-empirical的Options对话框中,选择RHF(计算电子光谱必须选择
        RHF),设置Total charge,Spin multiplicity,并选择Lowest state。
    6.  选择CI。
    7.  选择Singly Excited作为CI Method。Singly Excited是计算光谱能量最
        有效的方法。
    8.  选择Orbital Criterion,指定Occupied和Unoccupied轨道。也可以使用
        Energy Criterion。
    9.  选择OK按钮依次关闭所有对话框,接着从Compute菜单选择Single Point
        进行计算。
    10. 计算完成后,从Compute菜单选择Electronic Spectrum。
    11. 左键单击右下部的线,这条线会变成紫色,说明被选择了。HyperChem
        在对话框底部就会显示这个跃迁的信息。
        InCl计算结果:
                         计算光谱波长(nm)  实验波长(nm)  偏差
    A3Π态—基态X1Σ态   382                 344              +11%
    B3Π态—基态X1Σ态   354                 334              +6%
    C1Π态—基态X1Σ态   299                 265              +13%
        目前还没有人对InCl电子态进行系统的的计算。作为比较,下面给出近
    几年国外计算的GaCl电子态(与InCl结构近似)结果与实验的偏差:
    A3Π态和B3Π态—基态X1Σ态                 -17%
    C1Π态—基态X1Σ态                          -5%
        可见,用HyperChem算出的结果还是不错的。
    八.总结
        虽然在大学本科学习了量子力学以及原子、分子物理的一些知识,但我
    毕竟没有系统学习过量子化学,所以现在还有很多东西没搞清楚。加上才接
    触这个软件不久,有些问题可能理解的不对,所以上面InCl的结果可能还有
    毛病。但无论如何,HyperChem确实是搞固体物理和分子研究的人有必要了解
    的好东西(我前面说过,HyperChem可以研究包括晶体、红外、拉曼的很多东
    西)。即使是算不出来什么结果,HyperChem对于加深对这方面知识的理解,
    以及阅读涉及到这类内容的科技文献,也是很有帮助的,

  • dongping001

    有关构建分子方面基本操作写的相当的全,还有没有全面的?比“HyperChem程序及其应用“那个更全面最好

  • dongping001

    太快了,我刚把要求发过去就来了

  • dongping001

    都学会抢答了

  • 懵懂

    谢谢,很有用

  • hainanxiaoyao

    辛苦了

  • fyxyz

    呵呵,不错

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