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[交流]
【求助】如何读取输出文件中的键级
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我计算了葡萄糖的键级，其中相关部分的输出文件如下所示： Wiberg bond index matrix in the NAO basis: Atom 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ---- ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ 1. C 0.0000 0.9717 0.0062 0.0030 0.0118 0.9027 0.0031 0.0176 0.0019 2. C 0.9717 0.0000 0.9653 0.0083 0.0029 0.0281 0.8916 0.9360 0.0003 3. C 0.0062 0.9653 0.0000 0.9684 0.0079 0.0047 0.0014 0.0347 0.0008 4. C 0.0030 0.0083 0.9684 0.0000 0.9615 0.0270 0.0107 0.0020 0.0027 5. C 0.0118 0.0029 0.0079 0.9615 0.0000 0.9012 0.0003 0.0005 0.8658 6. O 0.9027 0.0281 0.0047 0.0270 0.9012 0.0000 0.0116 0.0027 0.0264 7. H 0.0031 0.8916 0.0014 0.0107 0.0003 0.0116 0.0000 0.0281 0.0000 8. O 0.0176 0.9360 0.0347 0.0020 0.0005 0.0027 0.0281 0.0000 0.0001 9. H 0.0019 0.0003 0.0008 0.0027 0.8658 0.0264 0.0000 0.0001 0.0000 Wiberg bond index, Totals by atom: Atom 1 ---- ------ 1. C 3.8471 2. C 3.8674 3. C 3.8475 4. C 3.8805 5. C 3.7877 6. O 2.0193 7. H 0.9533 8. O 1.8029 9. H 0.9734 10. O 1.7920 11. H 0.9605 12. O 1.7896 13. H 0.9532 14. O 1.7966 15. H 0.9287 16. C 3.8038 17. O 1.7841 18. H 0.7638 19. H 0.7567 20. H 0.7554 21. H 0.7573 22. H 0.9674 23. H 0.9416 24. H 0.7817 Atom-atom overlap-weighted NAO bond order: Atom 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ---- ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ 1. C 0.0000 0.8444 0.0051 -0.0130 0.0235 0.7375 0.0074 -0.0167 -0.0135 2. C 0.8444 0.0000 0.8396 -0.0019 -0.0164 -0.0235 0.7568 0.7665 -0.0009 3. C 0.0051 0.8396 0.0000 0.8367 0.0162 -0.0078 -0.0021 -0.0093 -0.0057 4. C -0.0130 -0.0019 0.8367 0.0000 0.8530 -0.0219 0.0061 0.0001 0.0028 5. C 0.0235 -0.0164 0.0162 0.8530 0.0000 0.7563 0.0003 0.0003 0.7667 6. O 0.7375 -0.0235 -0.0078 -0.0219 0.7563 0.0000 0.0030 0.0016 -0.0231 7. H 0.0074 0.7568 -0.0021 0.0061 0.0003 0.0030 0.0000 -0.0203 0.0000 8. O -0.0167 0.7665 -0.0093 0.0001 0.0003 0.0016 -0.0203 0.0000 0.0000 9. H -0.0135 -0.0009 -0.0057 0.0028 0.7667 -0.0231 0.0000 0.0000 0.0000 Atom-atom overlap-weighted NAO bond order, Totals by atom: Atom 1 ---- ------ 1. C 3.2031 2. C 3.1757 3. C 3.1716 4. C 3.1520 5. C 3.1628 6. O 1.3693 7. H 0.7391 8. O 1.3335 9. H 0.8178 10. O 1.3545 11. H 0.7459 12. O 1.3280 13. H 0.7402 14. O 1.3480 15. H 0.7623 16. C 3.0926 17. O 1.3062 18. H 0.6143 19. H 0.6108 20. H 0.6125 21. H 0.6132 22. H 0.8179 23. H 0.8015 24. H 0.6105 MO bond order: Atom 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ---- ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ 1. C 0.0000 0.6904 -0.1161 0.0077 -0.1987 -0.6216 -0.0783 -0.0183 -0.0100 2. C 0.6904 0.0000 -1.2356 -0.1024 -0.0625 -0.0696 -0.5006 0.5577 -0.0040 3. C -0.1161 -1.2356 0.0000 -0.5632 -0.1631 0.0046 -0.0374 -0.0345 -0.0114 4. C 0.0077 -0.1024 -0.5632 0.0000 0.8218 0.0550 -0.0190 0.0487 -0.0108 5. C -0.1987 -0.0625 -0.1631 0.8218 0.0000 -1.2915 0.0055 0.0652 0.6267 6. O -0.6216 -0.0696 0.0046 0.0550 -1.2915 0.0000 -0.0397 0.0394 -0.0140 7. H -0.0783 -0.5006 -0.0374 -0.0190 0.0055 -0.0397 0.0000 0.1958 -0.0001 8. O -0.0183 0.5577 -0.0345 0.0487 0.0652 0.0394 0.1958 0.0000 0.0101 9. H -0.0100 -0.0040 -0.0114 -0.0108 0.6267 -0.0140 -0.0001 0.0101 0.0000 MO atomic valencies: Atom 1 ---- ------ 1. C -0.3667 2. C -0.2960 3. C -0.7154 4. C 2.4239 5. C -0.6228 6. O -1.5804 7. H -0.5259 8. O 1.2181 9. H 1.0336 10. O 0.4048 11. H 2.0692 12. O 2.0280 13. H 0.5370 14. O 2.3698 15. H -0.7852 16. C 1.6176 17. O -0.1466 18. H 0.3665 19. H 0.5530 20. H 1.4933 21. H 1.6378 22. H 1.8044 23. H 0.6395 24. H 0.8442 我的问题是: 1.如何读取这些键级参数,就是说哪些数据对应相应的键级。特别是wiberg bond order，因为我看其他人帖子说wiberg键级和一般意义的键级最接近。 2。其次是Atom-atom overlap-weighted NAO bond order和MO bond order 该如何读取？ 多谢了！ 葡萄糖结输出结构如下：  |
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3楼2010-11-21 15:52:32
★ ★ ★ ★
Hansongtao(金币+1):谢谢参与
小红豆(金币+3): 感谢交流 2011-09-16 20:29:59
Hansongtao(金币+1):谢谢参与
小红豆(金币+3): 感谢交流 2011-09-16 20:29:59
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引用Sobereva姐的文章：谈谈NBO中用bndidx关键词输出的三种键级 希望对你有所帮助！！！ 1. 前言 用了bndidx关键词后，NBO程序会进行键级分析，输出三种键级矩阵，包括： 1 Wiberg bond index matrix in the NAO basis 2 Atom-atom overlap-weighted NAO bond order 3 MO bond order 矩阵中(i,j)元素对应i、j原子间的键级。对这三种不同键级，有些人对应当选取哪个感到疑惑，此文将谈谈这三种键级的含义及其合理性。值得一提的是，经常有人说“NBO键级”，这种说法是很不严格的，在NBO程序中，上面已经看到有三种键级了，NBO还能产生LMO键级、NRT键级，另外，NBO程序搜索出的NBO们的占据数本身也可以用于衡量键级。所以，不应当使用含糊不清的“NBO键级”这个词。 为了简明且便于验证，本文例子使用HF/STO-3G的基态水分子波函数。下面的是用DMNAO关键词输出的密度矩阵，将在后文用到。后文直接将此矩阵称为DMNAO。 NAO 1 2 3 4 5 6 7 ---------- ------- ------- ------- ------- ------- ------- ------- 1. O 1 (S) 2.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 2. O 1 (S) 0.0000 1.7325 0.0000 0.0000 0.3538 0.4113 0.4113 3. O 1 (px) 0.0000 0.0000 2.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 4. O 1 (py) 0.0000 0.0000 0.0000 1.1399 0.0000 0.7001 -0.7001 5. O 1 (pz) 0.0000 0.3538 0.0000 0.0000 1.5321 -0.5439 -0.5439 6. H 2 (S) 0.0000 0.4113 0.0000 0.7001 -0.5439 0.7977 -0.0623 7. H 3 (S) 0.0000 0.4113 0.0000 -0.7001 -0.5439 -0.0623 0.7977 2. 第一种键级(Wiberg bond index matrix in the NAO basis)： 说起第一种键级，先要回顾一下Wiberg键级和Mayer键级的原始定义。Wiberg键级最早来自Tetrahedron 24,1083，键级W_AB=∑[i∈A]∑[j∈B]P(i,j)^2，其中P为密度矩阵，这个定义只适合正交基。Mayer在CPL 97,270里将其扩展到非正交基，A、B间的键级定义为∑[i∈A]∑[j∈B]PS(i,j)*PS(j,i)，这里PS(i,j)是指P和重叠矩阵S做矩阵乘所得矩阵的(i,j)元素。当使用正交基后，变为∑[i∈A]∑[j∈B]P(i,j)*P(j,i)，由于P是对称的，所以又还原到了Wiberg键级。Mayer键级数值比较符合一般化学观念，比如单重键约为1，三重键约为3，苯的C-C键约为1.5。 NBO的各种分析主要基于由原始非正交基函数转化成的自然原子轨道(NAO)，NAO是正交基，所以可以直接使用Wiberg键级进行分析，也就是NBO输出的Wiberg bond index matrix in the NAO basis。这是三种键级中唯一推荐的键级。NBO给出的结果： Atom 1 2 3 ---- ------ ------ ------ 1. O 0.0000 0.9552 0.9552 2. H 0.9552 0.0000 0.0039 3. H 0.9552 0.0039 0.0000 可以很容易地通过NAO的密度矩阵DMNAO来计算此矩阵。此矩阵的(2,3)代表H-H的键级，由于6、7号NAO分别是两个氢上的唯一基函数，键级也就是DMNAO(6,7)^2=(-0.0623)^2=0.00388。再比如(1,3)代表的O-H键级，由于1~5号基函数对应O，也就是∑[i=1,2,3,4,5]DMNAO(i,7)^2=0.95513。 在NBO输出这个矩阵之后还会输出Wiberg bond index, Totals by atom，指的就是每个原子形成键级的总和，也称为原子价。对于第二种、第三种键级也是如此。 3. 第二种键级(Atom-atom overlap-weighted NAO bond order) 这种键级号称是考虑了原子轨道间重叠，引入距离因素，并使得结果能看出成键反键，但实际结果不好，而且其定义我认为没有任何根据。A、B间键级定义为∑[i∈A]∑[j∈B]P(i,j)*S'(i,j)，其中S'是PNAO重叠矩阵（注：PNAO是原始基函数向NAO转换的中间基函数，PNAO在原子内正交而在原子间未必正交）。这种定义很莫名其妙，密度矩阵用NAO的，但重叠矩阵却用PNAO的。从其形式上，可以想起Mulliken键级。Mulliken键级就是Mulliken布居分析得到的两原子间交叉项的总和，∑[imo∈占据]∑[i∈A]∑[j∈B]2*占据数(imo)*C(i,imo)*C(j,imo)*S(i,j)，写成密度矩阵的形式就是∑[i∈A]∑[j∈B]2*P(i,j)*S(i,j)。所以，第二种键级实际上是一种既不完全是NAO、也不完全是PNAO下的不伦不类的Mulliken键级，而且还少乘了2。这种古怪的键级缺乏依据，实际结果又差，所以不要使用。NBO输出的结果为： Atom 1 2 3 ---- ------ ------ ------ 1. O 0.0000 0.5399 0.5399 2. H 0.5399 0.0000 -0.0145 3. H 0.5399 -0.0145 0.0000 这也容易验证，使用SPNAO关键词可以输出PNAO重叠矩阵S' NAO 1 2 3 4 5 6 7 ---------- ------- ------- ------- ------- ------- ------- ------- 1. O 1 (S) 1.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0935 0.0935 2. O 1 (S) 0.0000 1.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.4675 0.4675 3. O 1 (px) 0.0000 0.0000 1.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 4. O 1 (py) 0.0000 0.0000 0.0000 1.0000 0.0000 0.3205 -0.3205 5. O 1 (pz) 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 1.0000 -0.2265 -0.2265 6. H 2 (S) 0.0935 0.4675 0.0000 0.3205 -0.2265 1.0000 0.2328 7. H 3 (S) 0.0935 0.4675 0.0000 -0.3205 -0.2265 0.2328 1.0000 设T(i,j)=DMNAO(i,j)*S'(i,j)，则T为： 1 2 3 4 5 6 7 1 2.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 2 0.00000 1.73250 0.00000 0.00000 0.00000 0.19228 0.19228 3 0.00000 0.00000 2.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 4 0.00000 0.00000 0.00000 1.13990 0.00000 0.22438 0.22438 5 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 1.53210 0.12319 0.12319 6 0.00000 0.19228 0.00000 0.22438 0.12319 0.79770 -0.01450 7 0.00000 0.19228 0.00000 0.22438 0.12319 -0.01450 0.79770 求O-H键的这种键级也就是∑[i=1,2,3,4,5]T(i,7)=0+0.19228+0+0.22438+0.12319=0.53985，和NBO输出的一致。 另外值得一提的是，所谓NPA电荷（无数人谬称为NBO电荷），就是以NAO为基获得的Mulliken电荷。A原子布居数=∑[i∈A]∑[j]P(i,j)S(i,j)=∑[i∈A]∑[j]P(i,j)δ(i,j)=∑[i∈A]P(i,i)，所以氧的布居数∑[i=1,2,3,4,5]DMNAO(i,i)=2.0000+1.7325+2.0000+1.1399+1.5321=8.4045，净电荷为8-8.4045=-0.4045，和NBO程序输出的一致。 4. 第三种键级(MO bond order) 这个键级的名字十分令人疑惑，而且手册上也没说明。实际上它的定义极其简单，A、B间的键级为∑[i∈A]∑[j∈B]P(i,j)。NBO输出为 Atom 1 2 3 ---- ------ ------ ------ 1. O 0.0000 0.5675 -0.8328 2. H 0.5675 0.0000 -0.0623 3. H -0.8328 -0.0623 0.0000 求O-H2键级就是∑[i=1,2,3,4,5]DMNAO(i,7)=0.4113-0.7001-0.5439=-0.8327。结果十分荒诞，明明是典型sigma键，键级却为负。而另一个等价的O-H3键键级却是正值0.4113+0.7001-0.5439=0.5675！可见，这种键级从实际应用上看毫无意义。从理论上同样没有根据，从形式上看和Mulliken键级相仿佛，却少乘了重叠矩阵元，另外NAO又是正交基，不存在交叉项，也不可能求Mulliken键级。而与Wiberg键级相比，又少求了平方。我认为NBO程序中应该去掉这种毫无意义的键级。 5. 用PNAO计算Mayer键级的尝试 原理上，以非正交基PNAO做Mayer键级分析也是可以的，可以代替正交基NAO下的Wiberg键级分析，另外，做Mulliken分析通过交叉项还可以研究成键反键和各分子轨道贡献，但是NBO程序里没有提供。笔者尝试利用PNAO做Mayer键级分析，这首先需要获得PNAO密度矩阵，NBO3.1里不支持输出它的DMPNAO关键词，故通过.47文件在GENNBO5.0下输出，所得矩阵如下： NAO 1 2 3 4 5 6 7 ---------- ------- ------- ------- ------- ------- ------- ------- 1. O 1( 1s ) 2.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.1870 0.1870 2. O 1( 2s ) 0.0000 1.9767 0.0000 0.0000 0.0759 1.0236 1.0236 3. O 1( 2px) 0.0000 0.0000 2.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 4. O 1( 2py) 0.0000 0.0000 0.0000 1.5602 0.0000 0.9391 -0.9391 5. O 1( 2pz) 0.0000 0.0759 0.0000 0.0000 1.7530 -0.7415 -0.7415 6. H 2( 1s ) 0.1870 1.0236 0.0000 0.9391 -0.7415 1.4612 0.3307 7. H 3( 1s ) 0.1870 1.0236 0.0000 -0.9391 -0.7415 0.3307 1.4612 然而，不幸的是，所得Mayer键级矩阵很糟 1 2 3 1 0.00000000 7.23697119 7.23697119 2 7.23697119 0.00000000 1.06885215 3 7.23697119 1.06885215 0.00000000 键级大得出奇。NBO5.0输出的PNAO密度矩阵估计错误的，理论上Tr(PS)应当等于分子总电子数，然而用PNAO的密度矩阵和重叠矩阵竟得到16.22606912。虽然测试这个方法由于NBO程序的bug失败了，但原理上是合理的。 |
4楼2011-09-16 16:18:15
5楼2012-02-05 17:52:41
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boylc7892楼
2010-11-21 15:06
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Hansongtao(金币+1):谢谢参与
