Gaussian 结构优化与构象比较

本教程使用鸢算科技集群实际计算的9原子乙醇，Gaussian 16 C.01 AVX 厂商预编译 CPU 版本，B3LYP/6-31G(d)、UltraFine 积分网格。软件按用户独立初始化，不使用公共 Gaussian module；示例为单线程 CPU 参考，不作为 Intel Xeon 8173M 节点性能数据。

下载乙醇完整输入、实际数值摘录、CSV与绘图脚本，在新解压目录先查看结果：

bash run.sh

这一步无需 Gaussian，使用集群 ASE 3.29 的 Python、SciPy 和 Matplotlib 生成 analysis/、figures/。原生重算需先用 yskit gaussian-init 初始化个人环境，在已分配 CPU 的作业中执行 bash run.sh compute。包内每个输入1线程、1GB主机内存；按照整节点模板提交时，线程和内存应与实际分配对应。不要在登录终端直接启动正式客户计算。

results/*/output.log 是实际科学数值行摘录，native-fields.fchk.txt 是 formchk 的数值字段摘录，不包含轨道系数。二者不是完整日志或完整波函数；包内不分发 Gaussian 软件、二进制检查点。

1. 先准备两个不同的初始构象#

乙醇原子顺序中，1和2是两个C，3是O，4是羟基H。下文的二面角均为 C1–C2–O3–H4，不是任意四个原子。起始几何来自 ASE 的乙醇结构，再分别把羟基转到180°和60°；优化后角度由真实坐标计算，不强制保持初始值。

cat inputs/ethanol-trans-optfreq/input.gjf
cat inputs/ethanol-gauche-optfreq/input.gjf

反式初始构象的完整输入：

%Chk=result.chk
%NProcShared=1
%Mem=1GB
#p B3LYP/6-31G(d) Opt=(Tight,CalcFC) Freq=Raman Int=UltraFine SCF=Tight NoSymm

ethanol-trans-optfreq

0 1
C 1.16818100 -0.40038200 0.00000000
C 0.00000000 0.55946200 0.00000000
O -1.19008300 -0.22766900 0.00000000
H -1.94662300 0.38152500 0.00000000
H 0.04255700 1.20750800 0.88693300
H 0.04255700 1.20750800 -0.88693300
H 2.11589100 0.14480000 0.00000000
H 1.12859900 -1.03723400 0.88588100
H 1.12859900 -1.03723400 -0.88588100

Opt 改变原子坐标以寻找驻点；Tight 收紧几何优化阈值；CalcFC 在优化开始计算力常数，帮助优化器选择方向。SCF=Tight 管电子自洽收敛，与几何优化阈值是两件事。Freq=Raman 在同一理论级别计算振动、IR和Raman活动度。

2. 提交优化，而不是只算一个单点#

参考输入已包含 Opt。复制到自己的目录，初始化 Gaussian 环境并生成提交脚本。沿用56核整节点模板时：

mkdir my-ethanol
cp inputs/ethanol-trans-optfreq/input.gjf my-ethanol/
cd my-ethanol
yskit gaussian-init
sed -i 's/%NProcShared=1/%NProcShared=56/' input.gjf
sbatch sub_gaussian_8173m.sh input.gjf

先用 sinfo 查看 CPU 分区可用性。模板细节见Gaussian提交与频率示例。另一个初始构象放在独立目录，防止覆盖同名检查点。

已获得 CPU 资源、保持包内目录结构时，可分别运行：

bash compute.sh ethanol-trans-optfreq
bash compute.sh ethanol-gauche-optfreq
grep 'Optimization completed' work/ethanol-trans-optfreq/output.log
grep 'Stationary point found' work/ethanol-trans-optfreq/output.log
grep 'Normal termination' work/ethanol-trans-optfreq/output.log
grep 'Frequencies --' work/ethanol-trans-optfreq/output.log

出现正常结束，还要查看几何收敛和频率。一个虚频结构也可能正常结束，不能只凭 Normal termination 判断已经找到稳定构象。

3. 读取优化后几何和构象能量#

formchk work/ethanol-trans-optfreq/result.chk trans.fchk
grep '^Total Energy' trans.fchk
cat analysis/minima/RESULTS.json
cat analysis/minima/ethanol-trans-optfreq-optimized.xyz

包内提取脚本根据 Current cartesian coordinates 读取优化后坐标，formchk 中该字段单位为 Bohr，转成 Å 后输出 XYZ。不要把初始输入中的坐标当作最终结果。

两者都有21个正振动频率，是该计算级别下的局部极小值。这里旁式电子能略低，只是指定方法、基组和分子模型的结果；不能把单个构象的电子能排序直接当成实验构象比例。

4. 哪些情况下需要换做法#

普通 Opt 放开分子原子坐标；固定某个键长、角度或二面角时使用 ModRedundant。固定约束下的收敛结构不一定是完全放开自由度后的极小值。Gaussian 本篇处理孤立分子，晶体晶胞优化请按相应周期性软件教程操作。

接着看固定约束与刚性/松弛扫描、IR/Raman和虚频、温压与热化学。