[C.Chem] Gaussian에서 Orbital swap하기

1. Orbital 확인하기

계산을 하다 보면 전자가 원하는 오비탈에 있지 않은 경우가 있습니다.

컴퓨터는 그저 Multiplicity와 Charge에 기반하여 계산을 하기 때문에, 어느 오비탈에 전자가 있어야 하는지까지는 생각하지 않기 때문인데, 이 때문에 때때로 직접 오비탈을 변경해줘야 하는 경우가 생깁니다.

Molden에서 원하는 Compound를 열어 보면

Molden

 

Miscellaneous 칸에 있는 Dens. Mode가 있습니다. 이 Density mode를 통하여 오비탈의 모양을 직접 볼 수 있습니다. 그러나, 일반적인 계산에서는 이 Density mode가 나오지 않습니다. 이 때문에 키워드를 조금 입력해 주어야 합니다.

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%cpu=
%mem=
%chk=
~~ pop=full gfinput gfoldprint

input file에 이렇게 세 가지 키워드를 추가해주면 됩니다. gfinput만 넣으면 안나오는 경우도 있더라구요. gfoldprint 넣어주세요.

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그렇게 하고 Dens. Mode를 열면

요따우 이상한 물건이 나옵니다.

이곳에선 여러가지를 볼 수 있는데, 우리는 지금 오비탈에만 관심이 있습니다.
Plot Function에 있는 Orbital을 클릭하시면

Alpha Beta electron

알파 베타 전자 오비탈을 선택할 수 있습니다. 현재 저는 beta-electron을 보고 싶으니 beta를 선택했습니다. 보고 싶은 오비탈과 전자의 종류에 따라 다르게 눌러야겠죠.

이상

눌러주면 요렇게 뜹니다. 보기 편하도록 하기 위해 Plot Mode에 있는 Space를 눌러주세요.

0.10을 0.05로

그러면 이렇게 보기 좋게 커집니다. 이제 Molden Orbital Select 창을 한번 볼게요.

저 창에는 모든 Orbital이 나와있습니다. 여기서 중요한 것은 Occupation 인데, Occupation이 1.00이면 그 오비탈에 전자가 차 있다는 말이고, 0.00 이면 오비탈에 전자가 비어 있다는 말이 됩니다.

보시면 117번은 1.00이고 118번은 0.00으로 전환됩니다. 이것이 의미하는 바는 무엇일까요?
바로 HOMO와 LUMO가 되겠습니다. 전자가 차 있는 가장 마지막 오비탈인 117번은 HOMO, 전자가 비어 있는 가장 처음 오비탈인 118번은 LUMO가 되겠습니다.

물론 이건 beta electron에 대한 HOMO LUMO일 뿐, alpha에 대해서는 다를 수도 있겠죠?

 

2. Orbital swap 하기

자 그럼 오비탈을 보는데 성공했습니다. 제 목표는 117번에 전자가 차있으면 안되고, 118번에 전자가 있었어야 하는 상황으로 가정하겠습니다.

하지만 컴퓨터는 자기 편한 대로 계산한거죠 ㅋ

그래서 HOMO와 LUMO를 서로 바꿔서 계산을 하라고 지시하는 방법을 알아보겠습니다.

우선 이전 계산에 사용한 Checkpoint file이 필요합니다. 이 파일을 사용해서 오비탈을 바꾸게 될 거에요.

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%cpu=
%mem=
%chk=
~~ guess=(read,alter)

reaction name

charge multiplicity
coordinations

(공백)
117 118

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자 여기서 몇가지 중요한 점이 있습니다. 이야기를 잠깐 할게요
guess=(read,alter)는 이전 chk file에서 guess 를 읽되, 내가 지정한 대로 alter 즉 변경하라는 의미입니다. 이는 오비탈을 바꾸자는 말과 같겠죠.

다음으로 바꾸고 싶은 오비탈 두개를 coordinations 아래에다 적어줍니다. 여기서 중요한 점은, 저 오비탈이 alpha 인지 beta인지 컴퓨터는 모른다는 점입니다. 따라서 그냥 번호를 입력하면 컴퓨터는 alpha orbital swaping을 진행합니다.

하지만 저는 beta electron을 swap 하고 싶었으므로, 이 때는 한 칸 더 공백을 띄어 주어야 합니다.

공백이 하나 더 생기면 컴퓨터는 beta orbital을 바꾸라고 인식합니다. 중요!

또한 당연히 위에서 언급한 대로 오비탈을 보기 위해서는 pop=full / gfinput / gfoldprint / 키워드도 입력 해 주셔야 합니다.

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Gaussian에서 Molden을 활용한 오비탈 확인과 전환에 대해서 적어 보았습니다.

저도 사실 정확히 원리를 아는 것은 아니고, 그냥 잊었을 때 제가 찾을 수 있게 하려고 정리해 보았습니다.

읽으시는 분들께 도움이 많이 되는 글이었으면 좋겠습니다.