从频率计算中计算热化学数据校正的python程序
goodvibes的Python项目详细描述
良好振动
一个python程序，用于计算给定温度/浓度下频率计算的热化学数据的校正，校正了振动标度因子和溶剂中可用自由空间的影响。开发人：罗伯特·帕顿、Ignacio Funes Ardoiz和帕顿研究小组成员。科罗拉多州：guilian luchini，juan v.alegre frequena，和yanfei guan。通过Jaime Rodríguez Guerra与Travis CI测试集成，添加了Guilian Luchini。
所有（电子、平动、转动和振动）配分函数都将重新计算，并将调整到任何温度或浓度。默认为298.15开尔文和1个大气压。
程序将尝试解析计算中使用的理论和基础集的级别，然后尝试应用适当的振动（zpe）比例因子。缩放因子取自Truhlar Group数据库
准调和近似
两种类型的准调和近似很容易应用。第一种是振动熵：在给定的截止值以下，刚性转子谐振子（rrho）近似不能很好地描述振动的简正模，而是用另一种表达式来计算关联熵。准简谐振动熵总是小于或等于用高斯方法得到的标准值（rrho）。已经实施了两种文献方法。在最简单的方法中，从cramer和truhlar，1在rrho近似下，在熵计算之前，所有低于截止值的频率都统一上移到截止值。或者，如grimme所建议的，截止频率以下的熵项从自由转子近似中获得；对于那些abo保留rrho表达。阻尼函数用于在这两个接近截止频率的表达式之间进行插值。
第二类准谐波近似适用于焓计算中的振动能。与熵修正类似，焓修正对dft方法计算的rrho振动能进行准谐波修正。头Gordon指定的准谐波焓值将小于或等于使用RRHO方法的未修正值，由于用于计算焓的振动能的准rrho值衰减到接近0.5rt，而不是rt的rrho值，因此，准谐波焓修正适用于导致旋转或平移自由度损失的系统和反应。
对称性
goodvibes能够检测每个物种的可能对称点群，并通过使用原子连接性找到分子的内部对称数，对熵（ssym）应用对称校正，并且借助外部开源c程序实现外部对称，"蛮力对称性分析仪"由S.Patchkovski开发。这些数字被组合成一个对称数，n和ssym被定义为-rln（n），它被应用于goodvibes计算的熵。 注意：此选项在某些版本的Windows上可能无法正常工作。
检查
如果整个过程没有一致性，计算工作流的效率可能会降低。通过使用--check选项，goodvibes将对给定的输入文件执行多次通过/失败检查，以确保使用了统一的选项。使用的支票是：
高斯输出检查
- 在所有输出文件中使用相同版本的高斯函数
- 在所有输出文件中使用相同的溶剂化状态/气相
- 所用理论和基础集的水平相同
- 使用相同的电荷和多重性
- 检查计算中是否使用了1个ATM的标准浓度
- 以e、h、qh-t.s和qh-g为基础，以0.1 kcal/mol为界，检查是否存在重复结构或对映体构象
- 用高斯检验线性分子中的势计算误差
- 检查过渡状态（输出文件中的一个虚频率）
- 检查是否在所有输出文件中使用经验分散并保持一致
单点计算检查
- 用于所有单点计算的相同版本和程序
- 在输出文件中使用相同的溶剂化模型
- 在所有输出文件中使用的理论级别相同
- 使用相同的电荷和多重性
- spc和相关几何优化和频率计算输出文件的相同几何坐标
- 检查是否在所有输出文件中使用经验分散并保持一致
安装
- 使用pypi:
pip安装goodvibes - 使用conda:
conda安装-c patonlab goodvibes - 手动克隆存储库https://github.com/bobbypaton/goodvibes.git" rel="nofollow">https://github.com/bobbypaton/goodvibes.git，然后将goodvibes目录的位置添加到pythonpath环境变量。
- 使用高斯输出文件运行脚本（程序需要.log或.out扩展名）。它已经在Linux、MacOS和Windows上用Python2和3进行了测试
- 使用pypi:
pip安装goodvibes - 使用conda:
conda安装-c patonlab goodvibes - 手动克隆存储库https://github.com/bobbypaton/goodvibes.git" rel="nofollow">https://github.com/bobbypaton/goodvibes.git，然后将goodvibes目录的位置添加到pythonpath环境变量。
- 使用高斯输出文件运行脚本（程序需要.log或.out扩展名）。它已经在Linux、MacOS和Windows上用Python2和3进行了测试
正确使用
python-mgoodvibes[-q][--qsgrimme/truhlar][--qh][-fcutoff_freq][--fsS_cutoff_freq][--fhH_cutoff_freq][--check][-ttemperature][-cconcentration][--ti't_initial, t_final, step'][--ee][--cosmocosmo_filename][--cosmointcosmo_filename,initial_temp,final_temp][-vfrequency_scale_factor][--vmmmm_freq_scale_factor][--ssymm][--spclink/filename][--boltz][--dup][--pespes_yaml][--nogconf][--graphgraph_yaml][--cpu][--imag][--invertifreq][--freespacesolvent_name][--outputoutput_name][--mediasolvent_name][--xyz][--csv][--custom_extfile_extension]<output_file(s)>
-h选项通过列出所有可用选项、默认值和单位以及正确用法提供帮助。-q选项启用熵和焓的准谐波校正，默认为熵和焓的grimme方法。他负责戈登焓修正。--qs选项选择准谐波熵校正的近似值：--qs truhlar或--qs grimme请求上述选项。两种方法都避免了rrho振动熵趋向于低频无限值的趋势。如果未指定，则默认为grimme的表达式。--qh选项选择准谐波焓修正的近似值。调用这个参数需要上面解释的焓修正选项。这用准rrho振动能量项代替了谐波能量贡献。如果未指定，则默认使用head gordon表达式。-f选项指定熵和焓计算的频率截止值（以波数表示），即在计算热化学值时，-f 10将使用10 cm-1。默认值为100 cm-1。注意：当设置为零时，所有热化学值均符合标准（即谐波）高斯量。--fs选项仅指定熵计算的频率截止值（以波数为单位）。计算熵时，--fs 40将使用40 cm-1。默认值为100 cm-1--fh选项指定仅用于焓计算的频率截止值（以波数为单位）。--fh 200在计算焓时将使用200 cm-1。默认值为100 cm-1--check选项将上面指定的检查应用于计算输出文件，并向用户显示通过或失败消息。-t选项指定温度（以开尔文为单位）。注意：这不必与高斯计算中使用的温度相对应，因为所有热量都由goodvibes在要求的温度下重新计算。默认值为298.15 K.-c选项指定浓度（以摩尔/升为单位）。需要注意的是，理想气体近似用于将浓度与压力联系起来，因此此选项与高斯压力管线规范相同。修正应用于平移熵的sackur四极方程，例如，-c 1修正为1 mol/l的溶液相标准状态。默认值为1大气。--ti选项指定温度间隔（例如，查看自由能垒如何随温度变化）。用法是--ti'初始温度，最终温度，步长'。步长是可选的，默认值由关系（final-temp-initial-temp）/10设置--ee选项采用文件命名模式（如*\u r*，*\u s*），文件命名为structure_r.log，structure_s.log，并将计算和显示立体异构体过量（in%）、比率、存在的主要异构体和DDG的值。--cosmo选项可用于从cosmo-rs.out格式文件中读取溶剂化数据的吉布斯自由能。--cosmo_int选项允许使用COSMO-RS计算溶解的吉布斯自由能，在一定温度范围内应用温度区间。由于温度间隙可能不一致，因此会自动检测间隔。用法是--cosmo_int cosmo_gsolv.out，initial_temp，final_temp。goodvibes将检测所提供范围内的温度。-v选项是振动频率的比例因子。dft计算的谐波频率往往高估了实验测量的红外和拉曼吸收。已经确定了几个功能/基础集组合的经验标度因子，并根据检测到的输出文件中设置的理论和基础。这种校正以相同的因子缩放zpe，也影响振动熵。没有可用缩放因子时的默认值为1（没有缩放因子）。自动缩放也可以通过-v 1.0--vmm选项是使用oniom执行qm/mm计算时振动频率的第二个缩放因子。使用输出文件%modelsys和%realsys中的附加信息应用更正。此更正仅在使用洋葱计算文件请求时应用。使用命令-vmm scale\u factor激活该选项
--ssymm选项将通过检测分子的内外对称性对熵进行对称校正。--spc选项可用于获取单点能量校正值。对于频率计算后进行附加（例如单点能量）计算的多步作业，能量取自最终作业，所有热校正取自频率计算。或者，可以从附加文件中获取能量。--boltz选项将显示基于每个指定输出文件的自由能的boltzmann加权因子。--dup选项将基于能量、旋转常数和计算频率检查多个输出文件中是否存在重复结构。截止值当前指定为：能量截止=1微哈特；均方根旋转常数截止=100 kHz；均方根频率截止=1波数。--pes选项接受一个.yaml文件输入（见下面的模板）和计算输出文件，以便根据相对计算的吉布斯自由能值构造势能面。- 当构造势能面时，由于多重构象，
--nogconf选项将关闭对吉布斯自由能的修正（仅与--pes选项一起使用）。默认值是计算GCONF校正。 --graph选项接受一个.yaml文件输入（见下面的模板）和计算输出文件，并沿反应路径计算和绘制相对吉布斯自由能值（需要安装matplotlib库）--cpu选项将在所有文件（包括单点计算，如果需要）中累积所有cpu时间。--imag选项将为每个结构打印任何假想频率（以波数为单位）。目前，所有的报告。可以编辑硬编码变量im_freq_cutoff来更改此值。要生成新的输入文件（即，如果这是一个不需要的假想频率），请参见pyqrc--invertifreq选项将把某个范围内的任何低位虚频率转换为正值（以波数为单位）。默认截止值是使虚频率高于-50 cm-1正。--freespace选项指定溶剂。溶质可进入的自由空间量是根据溶剂的分子密度和体积密度计算的。然后，这被用来修正每个分子在sackur四极管平移熵计算中所使用的理想气体近似的可用体积，如由shakhnovich和whitesides提出的。水、甲苯、dmf（n，n-二甲基甲酰胺）、acoh（乙酸）和氯仿被识别。--output选项用于将默认输出文件名改为指定的名称。使用as--输出名称将热化学数据输出文件的名称从"goodvibes.dat"更改为"goodvibes_name.dat"--media选项将熵校正应用于根据溶剂分子的标准浓度计算出的溶剂分子的计算。--xyz选项将所有分子笛卡尔坐标写入.xyz输出文件。--csv选项将把goodvibes计算的热化学数据写入.csv输出文件。--custom_ext选项允许使用自定义文件扩展名。当前接受的默认计算输出文件是.log或.out文件扩展名。通过使用goodvibes和选项--custom_ext file_extension
示例1：具有150 cm（grimme类型）截止的grimme类型准谐波校正-1
python-mgoodvibesexamples/methylaniline.out-f150StructureEZPEHT.ST.qh-SG(T)qh-G(T)*********************************************************************************************************omethylaniline-326.6649010.142118-326.5144890.0396680.039465-326.554157-326.553955*********************************************************************************************************
输出显示了标准谐波和准谐波校正的热化学数据（在hartree中）。校正后的焓和熵值总是小于或等于谐波值。
示例2：具有更大基础设置的单点能量校正链路工作的准谐波热化学
python-mgoodvibesexamples/ethane_spc.out--spclinkStructureE_SPCEZPEH_SPCT.ST.qh-SG(T)_SPCqh-G(T)_SPC***********************************************************************************************************************oethane_spc-79.858399-79.8304210.075238-79.7787480.0275230.027525-79.806271-79.806273***********************************************************************************************************************
这个计算包含一个多步骤的工作：一个优化和频率计算，小的基集后跟（-link1--）大的基集单点能量。注意使用--spc link选项。利用小基集配分函数，结合大基集单点电子能，得到标准谐波和准谐波校正的热化学数据。在本例中，goodvibes自动识别频率计算中使用的理论水平b3lyp/6-31g（d），并应用适当的比例因子0.977（这可以被抑制以在-v 1.0下不应用比例）
或者，如果单独执行单点能量计算，只要两个文件名共享一个公共根，例如ethane.out和ethane_z.out，则使用--spc tz选项是合适的。这将得到与上面相同的结果。
python-mgoodvibesexamples/ethane.out--spcTZStructureE_SPCEZPEH_SPCT.ST.qh-SG(T)_SPCqh-G(T)_SPC***********************************************************************************************************************oethane-79.858399-79.8304210.075238-79.7787480.0275230.027525-79.806271-79.806273***********************************************************************************************************************
例3：改变温度（从标准298.15 K到1000 K）和浓度（从气相标准状态，1 atm，到溶液标准状态，1 mol/L）
python-mgoodvibesexamples/methylaniline.out–t1000–c1.0StructureEZPEHT.ST.qh-SG(T)qh-G(T)*********************************************************************************************************omethylaniline-326.6649010.142118-326.5144890.0396680.039535-326.554157-326.554024*********************************************************************************************************
这种从1 atm到1 mol/l的校正是每种物种吉布斯能（298k）增加1.89 kcal/mol的原因。它影响了平动熵，而平动熵是分子配分函数中唯一显示浓度依赖性的成分。在上面的示例中，由于温度升高，校正值较大。
示例4：在300-1000 K的温度区间内分析吉布斯能量，步长为100 K，应用100 cm（truhlar类型）截止值-1
python-mgoodvibesexamples/methylaniline.out--ti'300,1000,100'--qstruhlar-f120StructureTemp/KHT.ST.qh-SG(T)qh-G(T)******************************************************************************************************omethylaniline300.0-326.5143990.0400050.039842-326.554404-326.554241omethylaniline400.0-326.5087350.0598160.059596-326.568551-326.568331omethylaniline500.0-326.5016700.0826250.082349-326.584296-326.584020omethylaniline600.0-326.4934290.1081480.107816-326.601577-326.601245omethylaniline700.0-326.4842220.1360950.135707-326.620317-326.619930omethylaniline800.0-326.4742180.1662160.165772-326.640434-326.639990omethylaniline900.0-326.4635450.1983000.197800-326.661845-326.661346omethylaniline1000.0-326.4523070.2321690.231614-326.684476-326.683921******************************************************************************************************
请注意，在这种情况下不会打印能量和zpe，因为它们与温度无关。truhlar型准谐波校正将低于120 cm-1的所有频率设置为100。假设压力恒定，以便在每个温度下重新计算浓度。
例5：使用标度振动频率分析吉布斯能量
python-mgoodvibesexamples/methylaniline.out-v0.95StructureEZPEHT.ST.qh-SG(T)qh-G(T)*********************************************************************************************************omethylaniline-326.6649010.135012-326.5212650.0402380.040091-326.561503-326.561356*********************************************************************************************************
在计算振动能（包括zpe）和熵之前，频率按0.95的比例缩放。
示例6:写入笛卡尔坐标
python-mgoodvibesexamples/HCN*.out--xyz
文件hcn_singlet.out和hcn_triplet.out中的优化笛卡尔坐标被写入goodvibes_output.xyz
示例7：一次分析多个文件
python-mgoodvibesexamples/*.out--cpuStructureEZPEHT.ST.qh-SG(T)qh-G(T)*********************************************************************************************************oAl_298K-242.3287080.000000-242.3263470.0176700.017670-242.344018-242.344018oAl_400K-242.3287080.000000-242.3263470.0176700.017670-242.344018-242.344018oH2O-76.3681280.020772-76.3435770.0214580.021458-76.365035-76.365035oHCN_singlet-93.3588510.015978-93.3393730.0228960.022896-93.362269-93.362269oHCN_triplet-93.1537870.012567-93.1377800.0240700.024070-93.161850-93.161850oallene-116.5696050.053913-116.5109160.0276180.027621-116.538534-116.538537obenzene-232.2272010.101377-232.1205210.0327420.032745-232.153263-232.153265oethane-79.8304210.075238-79.7507700.0275230.027525-79.778293-79.778295oisobutane-158.4588110.132380-158.3198040.0342410.034252-158.354046-158.354056omethylaniline-326.6649010.142118-326.5144890.0396680.039535-326.554157-326.554024oneopentane-197.7729800.160311-197.6048240.0369520.036966-197.641776-197.641791*********************************************************************************************************TOTALCPU0days2hrs37mins5secs
该程序将检测多个不同层次的理论，并警告除1以外的任何振动比例因子在这种情况下都是不合适的。通配符（*）可用于表示任何字符或字符串。
示例8：熵对称校正
python-mgoodvibes[-q][--qsgrimme/truhlar][--qh][-fcutoff_freq][--fsS_cutoff_freq][--fhH_cutoff_freq][--check][-ttemperature][-cconcentration][--ti't_initial, t_final, step'][--ee][--cosmocosmo_filename][--cosmointcosmo_filename,initial_temp,final_temp][-vfrequency_scale_factor][--vmmmm_freq_scale_factor][--ssymm][--spclink/filename][--boltz][--dup][--pespes_yaml][--nogconf][--graphgraph_yaml][--cpu][--imag][--invertifreq][--freespacesolvent_name][--outputoutput_name][--mediasolvent_name][--xyz][--csv][--custom_extfile_extension]<output_file(s)>0
goodvibes将应用对称校正d在确定对称数后，对每个分子的熵项进行了描述。最好反复检查goodvibes返回的点编组是否正确。
例9：势能面（pes）与可及构象校正的比较
python-mgoodvibes[-q][--qsgrimme/truhlar][--qh][-fcutoff_freq][--fsS_cutoff_freq][--fhH_cutoff_freq][--check][-ttemperature][-cconcentration][--ti't_initial, t_final, step'][--ee][--cosmocosmo_filename][--cosmointcosmo_filename,initial_temp,final_temp][-vfrequency_scale_factor][--vmmmm_freq_scale_factor][--ssymm][--spclink/filename][--boltz][--dup][--pespes_yaml][--nogconf][--graphgraph_yaml][--cpu][--imag][--invertifreq][--freespacesolvent_name][--outputoutput_name][--mediasolvent_name][--xyz][--csv][--custom_extfile_extension]<output_file(s)>1
将.yaml文件提供给--pes参数，该参数指定反应：催化剂+底物->；ts。由于催化剂和过渡态的多个构象已经提供，goodvibes将根据构象的boltzmann加权能量，根据可进入构象的数量计算自由能的修正。要关闭此更正，应指定--nogconf。下面显示了一个示例.yaml文件，以显示这些文件的格式。
示例10：立体选择性和玻尔兹曼总体
python-mgoodvibes[-q][--qsgrimme/truhlar][--qh][-fcutoff_freq][--fsS_cutoff_freq][--fhH_cutoff_freq][--check][-ttemperature][-cconcentration][--ti't_initial, t_final, step'][--ee][--cosmocosmo_filename][--cosmointcosmo_filename,initial_temp,final_temp][-vfrequency_scale_factor][--vmmmm_freq_scale_factor][--ssymm][--spclink/filename][--boltz][--dup][--pespes_yaml][--nogconf][--graphgraph_yaml][--cpu][--imag][--invertifreq][--freespacesolvent_name][--outputoutput_name][--mediasolvent_name][--xyz][--csv][--custom_extfile_extension]<output_file(s)>2
--boltz选项将在boltz选项卡下的能量结果右侧提供boltzmann概率。使用--ee选项，将显示%ee、er和降低的比率，以及主异构体和计算的过渡态能量值ddg或Δg。
文件命名约定
有些选项（--pes、--graph、--spc、-ee、--media）要求以某种方式命名计算输出文件，以便goodvibes能够识别它们并正确执行额外的计算。
PES&graph
pes和绘图文件名需要与.yaml文件的
\species块中指定的文件名相关联（有关.yaml格式，请参见下文）。spc
要将频率输出文件链接到单独执行的单点能量计算文件，单点计算文件应具有与频率文件相同的公共根目录，并在末尾附加下划线和描述符，例如上面所示的
ethane.out和ethane_z.out，其中ethane_z.out是单独的单点计算文件。在这种情况下运行goodvibes时，描述符tz应该作为参数传递，如--spc tz选择性
要计算对映体过量、对映体比率或非对映体比率， 文件名应以模式标识符开头或结尾，例如
\u r和\u s。然后传递给goodvibes的参数应该是--ee*\u r*，*\u s*媒体
要将介质校正应用于对溶剂分子执行的计算，计算输出文件应与介质参数中传递的名称匹配，例如，如果对水执行校正，输出文件应命名为
h2o.log，命令行选项应为--media H2O。 goodvibes将识别以下溶剂分子名称：python-mgoodvibes[-q][--qsgrimme/truhlar][--qh][-fcutoff_freq][--fsS_cutoff_freq][--fhH_cutoff_freq][--check][-ttemperature][-cconcentration][--ti't_initial, t_final, step'][--ee][--cosmocosmo_filename][--cosmointcosmo_filename,initial_temp,final_temp][-vfrequency_scale_factor][--vmmmm_freq_scale_factor][--ssymm][--spclink/filename][--boltz][--dup][--pespes_yaml][--nogconf][--graphgraph_yaml][--cpu][--imag][--invertifreq][--freespacesolvent_name][--outputoutput_name][--mediasolvent_name][--xyz][--csv][--custom_extfile_extension]<output_file(s)>
3
.yaml文件格式
在goodvibes中使用--pes或--graph选项时，必须向程序提供一个.yaml文件，以指定诸如反应路径、提供的一致性和其他格式化选项等质量。相同。yaml可用于--pes和--graphing选项。示例.yaml文件如下所示：
python-mgoodvibes[-q][--qsgrimme/truhlar][--qh][-fcutoff_freq][--fsS_cutoff_freq][--fhH_cutoff_freq][--check][-ttemperature][-cconcentration][--ti't_initial, t_final, step'][--ee][--cosmocosmo_filename][--cosmointcosmo_filename,initial_temp,final_temp][-vfrequency_scale_factor][--vmmmm_freq_scale_factor][--ssymm][--spclink/filename][--boltz][--dup][--pespes_yaml][--nogconf][--graphgraph_yaml][--cpu][--imag][--invertifreq][--freespacesolvent_name][--outputoutput_name][--mediasolvent_name][--xyz][--csv][--custom_extfile_extension]<output_file(s)>4
格式块中的选项不是必需的，但允许使用样式选择，特别是在绘图时。可以为--pes或--graph选项指定的所有当前选项是：
python-mgoodvibes[-q][--qsgrimme/truhlar][--qh][-fcutoff_freq][--fsS_cutoff_freq][--fhH_cutoff_freq][--check][-ttemperature][-cconcentration][--ti't_initial, t_final, step'][--ee][--cosmocosmo_filename][--cosmointcosmo_filename,initial_temp,final_temp][-vfrequency_scale_factor][--vmmmm_freq_scale_factor][--ssymm][--spclink/filename][--boltz][--dup][--pespes_yaml][--nogconf][--graphgraph_yaml][--cpu][--imag][--invertifreq][--freespacesolvent_name][--outputoutput_name][--mediasolvent_name][--xyz][--csv][--custom_extfile_extension]<output_file(s)>5
提示和故障排除
- python文件不需要与gaussian文件位于同一文件夹中。只需在系统的
$path变量中设置goodvibes.py的位置（如果安装了pip或conda，则无需设置） - 可以同时在任意数量的文件上运行，使用通配符指定一个目录（指定
*.out或*.log） - 不以filename.log或filename.out形式读取文件名，但是可以使用选项
--custom_ext添加更多文件扩展名
- 如果在高斯作业中请求简洁的输出，则脚本将不起作用
- 由于输出文件中缺少信息，重新启动高斯作业可能会出现问题。
引用goodvibes的论文
- li，y.；du，s.rsc adv.2016，6，84177-84186doi:10.1039/c6ra16321a
- Myllys，N.；Elm，J.；Kurtén，T.公司西奥。化学。2016，1098，1–12doi:10.1016/j.comptc.2016.10.015
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- 黛布，A.；哈兹拉，A.；彭，Q.；帕顿，R.S.；迈蒂，D.J.AM.化学。soc.2017年，139，763-775doi:10.1021/jacs.6b1309
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- 格雷森，M.N.J.org.化学。2017，82，4396–4401doi:10.1021/acs.joc.7b00521
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