CDA中的“删格”和“正交”在绘图过程中有什么作用

我们在使用revit复制功能的时候没有約束功能下面就给大家讲一下怎幺用shift键快速完成约束功能的复制。

1、绘制一根风管(示例)在修改选项卡中选择所需要的命令例如复制(CO)

2、茬复制可以勾选约束键或者按住键盘SHIFT,快速生成正交模式

3、除了复制可以使用约束功能,移动中也可以使用

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“正交/极轴”按钮的作用是:在繪图中边寻边绘时显示出的方向线,起到控制绘图方向的作用

“对象捕捉追踪中的正交/极轴追踪”(右击“极轴”按钮设置)的作用昰:在绘图过程中,先捕捉到其它已存在对象上的一个捕捉点后并不绘制该点,而是再顺着该点寻找并显示出正交或极轴角的追踪虚线然后在该追踪虚线上绘制。也即该追踪线不是绘制点直线引出的而是捕捉到对象上的一个捕捉点后再在该点上间接引出的,因此它与狀态栏中的“正交/极轴”按钮无关而与对象的捕捉点有关。

因此:若要按正交或极轴追踪绘图须激活“正交”或“极轴”按钮。

而若偠仅仅间接地在别的对象捕捉点上引出正交或极轴追踪则无须激活“正交”或“极轴”按钮,但必须右击“极轴”按钮而在打开的“草圖设置”对话框中的“极轴追踪”选项卡中选中“仅正交追踪”或“用所有极轴角设置追踪”单选钮且必须激活状态栏中的“对象捕捉”和“对象追踪”按钮。

先在绘图区绘一对象(如矩形)→将极轴增量角设一个非默认值(比如45度)→并选中“用所有极轴角设置追踪”單选钮→不激活状态栏中的“极轴”按钮(但须激活“对象捕捉”和“对象追踪”两按钮)→运行绘直线命令“L” →单击一点后却引不出極轴角方向上的追踪线但一旦捕捉到矩形上某个追踪点后即可引出45°倍数角度方向上的追踪虚线。

证明:捕捉对象上的极轴追踪与状态欄中的“极轴”追踪按钮没有关系。

“正交”/“极轴”:是在绘图时控制方向的是针对背景的XY轴和极轴的方向控制的。

“对象捕捉追踪設置”中的正交和极轴:是在捕捉到的点上追踪出设定方向线的是针对前景图片对象的追踪。以上二者没有直接的关系

然,唯一有关聯的地方有二:①极轴增量角的设置通用;②若欲在追踪方向上自动显示出设置好的点距单位则还须均激活已设置好“栅捕捉”或“极軸捕捉”距离单位的“捕捉”按钮。但在“栅捕捉”控制下的“正交”追踪中不能显示出点距单位是靠控制鼠标在两点间的跳跃而实现距离定位。

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Multiwfn波函数分析程序的意义、功能与鼡途


前言:Multiwfn () 波函数分析程序的功能极其丰富用途十分广泛,用法十分灵活所以绝大多数用户可能不容易完全了解Multiwfn的全貌。虽然在mun.,48,9239这昰一种基于对芳香环上方的LOL-pi值进行积分来衡量芳香体系pi-pi堆积能力的指标。
·计算分子间轨道重叠积分。这个积分与分子间电荷转移能力密切相关。并且Multiwfn还能够显示二聚体内不同区域对分子间重叠积分的贡献这有助于指导设计高导电性的分子晶体。详见《分子间轨道重叠的圖形显示和计算》()
·自动检测出pi轨道,批量设定它们或其它轨道的占据数占据数设为0相当于此轨道在计算中被忽略,由此可以在各种Multiwfn的分析中去除sigma电子或pi电子的贡献对于计算ELF-pi、ELF-sigma等指标尤为方便。
·将函数分布拟合为原子的数值。这与MK拟合静电势方法很相似但是被拟合的函数可以是任何其它实空间函数。
·辅助计算非平面体系的NICS_ZZ虽然NICS_ZZ对于平面体系的计算很容易,但是对于非平面体系不易得到要計算的点的坐标也难以得到垂直于环平面方向上的磁屏蔽值的分量,而Multiwfn的这个功能可以帮助解决这些问题详见《利用Multiwfn计算倾斜、扭曲環的NICS_ZZ 》()。
·计算等化学屏蔽表面(ICSS)这在某种程度上可以视为是NICS的等值面,对于判断哪些区域内外磁场存在屏蔽、去屏蔽效应并甴此考察体系的芳香性极为有用。详见《通过Multiwfn绘制等化学屏蔽表面(ICSS)研究芳香性》()
·计算并绘制实空间函数的径向分布函数。
·在希尔伯特空间下计算原子偶极矩和键偶极矩。
·产生一批轨道的轨道波函数点数据,便于在第三方程序中观看轨道图形。
·分析不同波函数当中的轨道对应性。例如对于一个分子,可以方便地考察MP2下的自然轨道是如何由HF下的分子轨道组成的也可以研究两个结构相似的分子的轨噵间是如何转换的。
·计算体系中原子间连接关系指数和原子的配位数。
·计算指定的一批原子的几何中心、质心、转动惯量、主轴、回转半径等基于几何结构的信息,以及计算分子的直径、分子的长宽高。
·计算体系中各种键的平均长度,这对于分析团簇特征很有用(例如JCP,111,1890)
·计算轨道间的电偶极矩、磁偶极矩、速度、动能、重叠积分。
·计算各种实空间函数的中心和第一、第二极矩和回转半径。对于电子密度函数,第一、第二极矩就是电子偶极矩和四极矩张量的负值。
·将当前体系结构或者波函数导出为.xyz、.pdb、.wfn、.wfx、.molden、.fch、.47(独立版NBO的输入文件)式还可以根据当前结构对主流量化程序产生基本的输入文件,包括Gaussian/GAMESS-US/ORCA/NWChem/MOPAC/PSI/MRCC/CFOUR/Molpro/Dalton/Molcas其中对于GAMESS-US输入文件还可以带着$VEC字段作为初猜。因此Multiwfn可以作为非瑺方便的式转换工具给研究者带来了很大方便,有时甚至必不可少比如ORCA用户可以将得到的.molden转化为.fch之后用Gaussian的cubegen工具进行一些计算,Gaussian的.fch文件鈳以用于给GAMESS-US提供初猜等等详见前述的《详谈Multiwfn支持的输入文件类型、产生方法以及相互转换》。Multiwfn还可以导出.pqr式可以载入进VMD程序,从而令原子根据Multiwfn算出的原子属性值(比如原子电荷)进行着色来直观展现数值大小见《使用Multiwfn+VMD以原子着色方式表现原子电荷、自旋布居、电荷转迻、简缩福井函数》()。
·在一种实空间函数的域(被等值面包围的区域)内对某种实空间函数进行积分,这两个实空间函数可以是被Multiwfn支持的任意实空间函数这对于讨论原子间相互作用有益,比如有人就对能够勾勒出弱相互作用区域的RDG函数的域内积分电子密度从而讨論弱相互作用强度。灵活利用这个功能还可以可视化分子孔洞、计算孔洞体积见《使用Multiwfn可视化分子孔洞并计算孔洞体积》()。

Multiwfn功能极哆、用法灵活所以有非常广泛甚至数不尽的实际用途,不可能一次性全面概括这一节仅列举一些比较常见的应用,使读者了解前述众哆的功能能发挥什么实际用处此节所讨论的分析方法都可以直接靠Multiwfn实现,细节在手册中都有介绍重要的应用在手册或相关帖子里也都囿实例,请自行查阅很多文献里的研究方法虽然在本文没有提到,但是只要对Multiwfn的原理和操作领悟透彻仅需稍作变通,自行写一点处理腳本或稍微修改下Multiwfn的代码就能轻易地实现

这已经在4.1节提到过了。Multiwfn观看轨道又方便速度又快还能支持NBO程序产生的轨道。不仅可以绘制轨噵的等值面图还可以方便地作轨道波函数的各种类型的平面图、曲线图。

作等值面图时如果想得到更好的显示效果还可以生成轨道波函数的cube文件,用第三方软件如VMD来观看而平面图、曲线图则允许将数据导出,可放到诸如Sigmaplot、Origin、Surfer等程序里重新作图并更灵活细致地调节作图選项

化学键的分析是Multiwfn的最主要用处之一。笔者专门写了两万多字的大型文章介绍如何使用Multiwfn研究化学键问题参见《Multiwfn支持的分析化学键的方法一览》(),本文不再累述

5.3 研究化学反应过程

上述分析化学键的方法如果用到分析化学反应过程上,可以显著加深对化学反应过程夲质的认识具体来说,就是取IRC路径上的一些点都绘制ELF、LOL、密度差图等实空间函数图形,讨论这些函数随反应过程的变化也可以把IRC上所有点对应的函数图形都作出来组合成动画,见前述的《制作动画分析电子结构特征》、《通过键级曲线和ELF/LOL/RDG等值面动画研究化学反应过程》文中的例子

同时也很建议将IRC上各个点的键级计算出来,并绘制出曲线图(纵坐标是键级横坐标是IRC路径上的坐标,同时把能量变化曲線也画在上面)其中要考虑的键是反应过程中要断裂的键和要形成的键。从图上将可以清楚地看出随着反应的进行要断的键的键级逐漸趋近于0,而新的键的键级逐渐增加而过渡态的位置往往就在这两套键级相交的位置附近。很多反应过程在过渡态附近都会出现多中心鍵特征比如DA加成反应过程中就有一定的六中心键特征,对这种情况很建议也把多中心键级数值附在曲线图上进行讨论另外还可以把诸洳原子电荷数值、盆积分数值等性质在IRC上的变化曲线也绘制出来加以讨论。

5.4 弱相互作用分析

这个主题在《Multiwfn支持的弱相互作用的分析方法概覽》()当中有全面的介绍这里不再累述。

最简单的表现体系中电荷分布的方式就是计算原子电荷Multiwfn支持很多计算原子电荷的方法,各囿特点可参见物理化学学报,28,1的对比分析。对于Mulliken方法Multiwfn还可以分析不同类型原子轨道上的电子占据数。原子电荷只能体现原子附近有多少電子而更细致的研究就是计算前述的原子偶极矩、四极矩,前者可以展现出原子附近电子密度的极化方向和程度后者可以展现出原子附近密度偏离球对称的方式和程度。

通过盆分析功能得到ELF、LOL函数的盆则可以将整个空间划分为对应于不同电子特征的局部区域,如内核區域、孤对电子区域、共价键区域等再对盆进行积分,就可以得到这些区域内的各种性质如盆内的电子数、偶极矩、四极矩等等。这對于深入分析化学键和弱相互作用的特征也都是很有益的特别是对应于成键的ELF盆内的偶极矩可以视为键偶极矩,在不少文章中都有讨论)可以参看前述的《使用Multiwfn做电子密度、ELF、静电势、密度差等函数的盆分析》的例子。另外还可以讨论诸如体系不同区域的电子对分子总耦极矩的贡献等问题可参考JCC,29,1440文中的讨论。

直接绘制电子密度图、电子密度拉普拉斯图显然也是表征电荷分布的直观的方法

分析电子分咘的方法也完全可以用来单独分析alpha电子、beta电子或者自旋密度的分布。比如可以直接作自旋密度图、通过Mulliken分析得到特定原子轨道上的自旋布居数、做盆分析/模糊空间分析得到特定区域内自旋电子数这对于研究磁性体系、自由基体系是很有用处的。更多讨论见《谈谈自旋密度、自旋布居以及在Multiwfn中的绘制和计算》()

5.6 反应性、反应位点预测

预测反应位点的方法很多,比较重要的包括分析前线轨道成份、计算原孓电荷、考察分子范德华表面上静电势以及平均局部离子化能的极值点分布、计算福井函数、计算双描述符还有人通过分析电子密度拉普拉斯函数的特征来讨论被亲核、亲电进攻的位点和难易程度,如JPC,95,4698这些分析方法在Multiwfn里全部能实现。有关的原理和操作可参见手册4.A.4节、专門介绍各种反应位点预测方法的幻灯片Predicting reactive sites()、前述的《谈谈轨道成份的计算方法》和《使用Multiwfn的定量分子表面分析功能预测反应位点、分析汾子间相互作用》强烈建议一看的文献是笔者撰写的《亲电取代反应中活性位点预测方法的比较》(物理化学学报,30,628 (2014)),其中对各种预测親电反应位点的方法进行了介绍和对比测试

Multiwfn支持的用来芳香性的方法多达十几种,如AdNDP、ELF-sigma/pi、FLU/FLU-pi、PDI、多中心键级、HOMA、ICSS等等原理与操作方法的介绍见《衡量芳香性的方法以及在Multiwfn中的计算》()和前述的《通过Multiwfn绘制等化学屏蔽表面(ICSS)研究芳香性》。另外Multiwfn还提供了辅助计算非平面体系、扭曲环的NICS_ZZ的功能,见《利用Multiwfn计算倾斜、扭曲环的NICS_ZZ

Multiwfn在电子激发分析上的极度丰富和强大使用Multiwfn是电子激发问题研究中必不可少的。只要熟练掌握、灵活运用Multiwfn在研究电子激发问题时会倍感如虎添翼,完全不愁不会分析、文章没的可写在《Multiwfn支持的电子激发分析方法一览》()中笔者对Multiwfn在电子激发研究中能做的所有分析做了全面汇总,经常研究电子激发的人请务必阅读

Multiwfn可以计算分子体积、分子面积(由电孓密度等值面定义)、分子表面上静电势的最大和最小值/平均值/方差/电荷分离程度/电荷平衡程度等分子描述符,利用它们来构建QSPR关系可以佷好地预测分子凝聚相性质如密度、升华焓、熔点、沸点、临界压力等。也可以用来构建定量结构活性关系(QSAR)来预测分子的生物活性见《使用Multiwfn预测晶体密度、蒸发焓、沸点、溶解自由能等性质》()。

如4.8节所述Multiwfn可以通过基于对分子轨道能级进行展宽来得到TDOS,还能得到PDOS和OPDOS从TDOS图可以考察不同能量区域轨道分布的疏密,特别是Fermi能级位置如果TDOS曲线有明显的凹陷则意味着有相对较大的gap,导电性也相对较弱通過PDOS可以考察TDOS的组成,在前线轨道区域有较大PDOS的片段内的原子与导电/电子激发有较密切的关系

ELF-pi、键级等指标对于探讨寡聚物的导电能力有矗接帮助,例如文献RSC Adv.,81给出了键级与寡聚物能隙之间的拟合关系相关系数非常高。文章还基于ELF-pi分析了pi电子离域性与导电性的关系

对于分孓晶体或寡聚物体系,体系的导电能力和单体间电荷转移积分有密切关系而电荷转移积分又与单体间的轨道重叠积分有很强的相关性。Multiwfn鈳以利用Gaussian输出文件计算出单体轨道间重叠积分值而且利用Multiwfn还可以以一种新颖的图形化的方式考察单体间的交叠程度和交叠方式,重叠积汾数值大小的成因可以一目了然地搞清楚见前述的《分子间轨道重叠的图形显示和计算》。

如4.9节所述Multiwfn可以基于量子化学计算数据产生鈳以与实验图谱相对比的IR/Raman/UV-Vis/ECD/VCD/ROA图。虽然很多计算化学可视化程序也附带了这一功能但Multiwfn的灵活程度是绝大多数程序不能及的,而且提供了其它程序根本没有的高级功能详见前述的《Gaussian中用TDDFT计算激发态和吸收、荧光、磷光光谱的方法》、《使用Multiwfn绘制构象权重平均的光谱》。

5.12 (超)極化率研究

如第4节末尾所述Multiwfn在研究(超)极化率方面也极为有用,可以解析Gaussian程序的(超)极化率输出并输出平时研究中重要的量可以基于完全态求和(SOS)计算(超)极化率,而且利用Multiwfn主功能3、4、5的自定义运算功能还能很方便地考察(超)极化率密度这可以直观、透彻地考察体系不同区域对(超)极化率的贡献,也可以用于探讨不同计算级别导致(超)极化率计算结果存在差异的内在原因见《使用Multiwfn计算超極化率密度》()。

5.13 结构化学教学

给本科生讲述结构化学的时候将问题用直观的图形来展现远比用复杂抽象的数学公式来讨论更容易让學生们理解、激发学习兴趣。目前的结构化学的教学大纲普遍十分陈旧笔者建议适当将简单易懂又有重要实际意义的波函数分析理论适當引入课程。

Multiwfn在结构化学教学上有很多用处例如讲述原子壳层结构、讨论原子轨道时,就可以利用Multiwfn方便地作出相应的图形展现它们的特征这个应用在《使用Multiwfn绘制原子轨道图形、研究原子壳层结构及相对论效应的影响》()一文中有详述。讨论前线轨道的时候也可以用Multiwfn作絀各种形式的图来

在讨论共价键/离子键,非极性键/极性键的时候就可以向学生们展示电子密度拉普拉斯图或密度差图,其物理意义对於量子化学外行人来说也很容易理解在讲述VSEPR模型的时候,可以展示电子密度拉普拉斯函数的(3,+3)临界点位置(即此函数极小点的位置这是電子凝聚程度局部最大的位置),这种临界点位置和VSEPR模型描述的杂化方式有很好对应性讲述多中心键时建议结合多中心键级、AdNDP轨道图以忣ELF图形来讨论。在讲述金属配合物电子结构的时候建议将CDA分析结果、CDA模块绘制出的轨道相互作用图连同轨道图形展现出来。在讲述氢键、范德华作用的时候可以将上述RDG分析方法给出的图形展现出来,既漂亮又易懂

涉及到化学反应过程时,将前述的IRC路径上的键级变化曲線以及反应过程中ELF或密度差图变化的动画向学生们展示,必然会使学生们豁然开朗

目前也已有文献专门讨论Multiwfn在结构化学教学中的应用,见《Multiwfn在分子轨道理论教学中的应用》(广州化工,40,69)和《Gaussian和Multiwfn软件在结构化学教学中的应用》(首都师范大学学报(自然科学版),33,23)

Multiwfn还有佷多很多其它的应用,比如作为.fch、.molden、.wfn等式文件到.wfn/.wfx/.pdb/.xyz/.molden/.gjf/.47等式文件的式转换器、编辑和检查波函数文件、监控SCF收敛、做简单的能量分解、作为点文件统计/处理以及相互运算的工具(诸如Gaussian的cubman程序完全可以被Multiwfn所替代)等等等等请结合手册介绍和例子自行探索。

Multiwfn还可以用来计算分子的直徑、长宽高见《使用Multiwfn计算分子的长宽高以及显示分子的主轴》()。Multiwfn与VMD结合还可以把分子的各种原子属性以着色方式展现用在自己的攵章当中视觉效果很好,见《使用Multiwfn+VMD以原子着色方式表现原子电荷、自旋布居、电荷转移、简缩福井函数》()

(2017)中Matito等人提出了分离动态和非动态电子相关的方法,而且还可以将他们在体系的不同区域的大小通过图形化方式展现这种分析方法在Multiwfn已经被支持,见手册4.A.6节、3.200.15节的礻例

Multiwfn的推出大大拉低了波函数分析的门槛。以往许多十分重要的但只有专家们才会做的分析如今变得可以被广大量子化学工作者所方便地利用,在实际问题的研究中已产生了巨大价值也正因为拉低了门槛,使不少原先被束之高阁少有人问津的却又有重要实际价值的波函数分析方法进入了广大量子化学研究者们的视野波函数分析的概念、意义想必也因此更加地深入了人心。Multiwfn的开发不会终止而是会不斷发展、完善,变得更强大、更高效、更好用成为量子化学领域公认的世界第一的波函数分析程序。

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