探索：使用北鲲云平台利用Gaussian16进行HAT反应过渡态的寻找

HAT（Hydrogen atom transfer），即氢原子转移反应，在自由基参与的反应中十分常见，对自由基活性物种的转移和淬灭有着重要的意义。近年来，随着自由基化学的复兴，实现自由基参与的选择性转化反应获得了化学界的广泛关注。因此，了解HAT反应的本质，在量子化学层面阐明影响HAT反应的因素显得十分重要。

Gaussian是一个被广泛使用的计算化学软件。由于运行Gaussian需要很大的计算量，因此云超算对于众多科研工作者是一个不错的选择。经过笔者一段时间的使用，发现北鲲云超算平台是一个不错的选择。本文借用北鲲云超算平台，利用Gaussian16软件针对一具有代表性的HAT反应（叔丁氧基自由基参与乙基苯苄位C-H的HAT反应），进行过渡态寻找。
1.反应物优化
首先在本地使用Gaussview进行反应物的结构搭建：打开Gaussview6.0，在界面搭建叔丁氧基自由基和乙基苯结构并保存为对应的gjf文件。

之后将两个输入文件上传至北鲲云超算平台。这里我们打开命令行提交并启动管理节点，在/home/cloudam/中创建gaussianjob1文件夹。之后点击界面上方的sftp按钮，选中gaussianjob1文件夹，并将刚刚创建的输入文件拖入gaussianjob1文件夹即可完成上传。

接下来我们进入gaussianjob1文件夹，并打开相应的输入文件进行计算任务的编辑，这里以tBuO自由基的输入文件为例：

进入文件后，我们进入编辑模式根据计算要求更改输入文件。在这里笔者选择um06-2x泛函和6-31g(d)基组，选用SMD隐式溶剂模型，溶剂选择了乙腈，任务类型为opt和freq计算。编辑好的输入文件如下：

之后创建脚本命令gaussian.sh。在gaussian.sh中输入以下内容并保存：

返回上一级后就可以进行任务提交了。使用sinfo命令可以查看可用节点，这里仅截取部分：

根据自己的需求选择相应的节点。在这里笔者选择c-32-1节点进行任务提交。
我们在输入如下命令提交计算：

这代表申请使用一个节点，节点为c-32-1，进行一个任务运算，该任务分配32核心。

状态栏中的CF代表正在配置资源中，变为R即表示正在计算中。如果想要及时查看计算情况，可以使用以下命令：

乙基苯的结构优化步骤和上面类似，注意由于乙基苯是闭壳层结构，泛函直接选用m062x即可。不过，由于gaussian会自动检测当前体系的自旋多重度以自动选择计算方法，因此在上面自由基反应物优化的例子中直接写m062x也是可以的。
结构优化完成后，同样利用sftp传输，将结果文件传输至本地指定文件夹即可查看。

2.过渡态寻找
打开本地GaussView，在反应物优化的基础上按照合理的方式将叔丁氧基自由基和乙基苯反应物拼凑在一起，尽量给出合理的过渡态初猜结构。合理初猜结构的给出需要科研工作者具有较为深厚的研究功底，需要多加练习和进行文献阅读。笔者将O和H之间的距离设为1.30A并将C-O-H的键角设为120°，利用如下的初猜尝试进行过渡态寻找：

过渡态文件在本地构建好后，同样利用上面的方法上传至北鲲云超算平台。我们进入上传的文件夹中，打开过渡态输入文件进行作业编辑：

我们依旧使用um062x泛函，6-31g(d)基组，选用SMD隐式溶剂模型，溶剂选择乙腈。加入opt(ts,calcfc,noeigen)+freq关键词计算过渡态。
接下来编辑gaussian.sh文件，在srun一行更改执行文件对象为TS.gjf

之后便可以利用sabtch命令提交任务了。

计算完成后，将结果文件传输至本地并用GaussView打开，优化得到的过渡态结构如下:

进入Vibrations，如下图所示，可以发现有且只有一个虚频。该虚频对应的振动模式与氢原子转移方式匹配，说明该HAT反应的过渡态已经寻找完毕。

为了验证该过渡态是否找对，我们还对该过渡态需要进行IRC分析。需要注意，IRC使用的计算条件必须与我们寻找过渡态时采用的计算条件完全一致。因此，我们只需要将之前计算时的opt和freq关键词改为irc(calcfc)即可。涉及作业提交等操作方式和本文前面叙述的方式相同，此处不再赘述。笔者在平台上已经进行了IRC计算，结果如下：

可以看出该IRC曲线较为圆滑，并且左右两端分别对应了HAT前后的结构，说明上面找到的过渡态是合理的。
值得一提的是，除了上述命令行提交方式外，还又提供了可视化的提交方式。用户直接在windows本地完成计算文件的编辑，上传到云超算平台可以直接选择Gaussian软件进行提交。笔者也尝试过这种方式进行作业，发现完成整个作业提交仅仅需要拖动鼠标进行输入文件上传、选择软件版本和选择计算节点这短短的三步，可谓是十分方便了。这种方式十分适合刚刚入门的小白们，读者可以自行尝试。
综上，这就是笔者今天分享的利用Gaussian16进行HAT反应过渡态的寻找的所有内容。