示例 07：Cl⁻ + CH₃Br SN2 反应的 TS 优化、IRC 与端点验证¶
目的¶
用一个只有 6 个原子的阴离子体系，完整走一遍过渡态研究的标准流程：
Opt=(TS,CalcFC,NoEigenTest) Freq优化过渡态 [Cl···CH₃···Br]⁻，并确认恰好 1 个虚频；IRC=(RCFC,...)从 TS 出发双向积分反应路径；- 对 IRC 两端（离子–偶极复合物）做
Opt Freq，确认 0 个虚频； - 计算分离反应物 CH₃Br 和 Cl⁻，得到能垒的另一个参考态。
对应教程：第7章 过渡态搜索与 IRC 验证。
文件说明¶
| 文件 | 说明 |
|---|---|
sn2_cl_ch3br_ts_calcfc.gjf |
手工搭建的 C3v TS 初猜（C–Cl 2.32 Å、C–Br 2.47 Å、CH₃ 平面），Opt=(TS,CalcFC,NoEigenTest,MaxCycles=100) Freq，写出 sn2_ts.chk |
sn2_irc_both_directions.gjf |
用 %oldchk=sn2_ts.chk 读取 TS 结构和力常数，IRC=(RCFC,Phase=(1,3),MaxPoints=80,StepSize=10,MaxCycle=50)。Phase=(1,3) 把“C(1)–Br(3) 变长”定义为正向，即正向走向产物 |
irc_endpoint_opt_freq.gjf |
两个 --Link1-- 作业：反应物侧复合物 Cl⁻···CH₃Br 和产物侧复合物 ClCH₃···Br⁻ 的 Opt Freq。坐标是手工搭建的近似结构，正式使用时请替换为你自己 IRC 的端点 |
sn2_separated_reactants.gjf |
分离反应物：CH₃Br 的 Opt Freq 和 Cl⁻ 的 Freq（单原子只有平动和电子贡献） |
run_ts_irc.sh |
Slurm 脚本：依次运行以上 4 个作业，在 IRC 之前检查 TS 是否恰好 1 个虚频 |
原子编号（ModRedundant、Phase 中会用到）：1 = C，2 = Cl，3 = Br，4–6 = H。
理论水平：B3LYP-D3(BJ)/6-31+G(d)。体系是阴离子，所以加了弥散函数；这是教学用的设置，正式研究请做泛函和基组测试。
运行步骤¶
cd Gaussian/examples/07-ts-irc-sn2
# 方式 1：本地或交互节点逐个运行
g16 < sn2_cl_ch3br_ts_calcfc.gjf > sn2_cl_ch3br_ts_calcfc.log
grep "imaginary frequencies" sn2_cl_ch3br_ts_calcfc.log # 应恰好 1 个
g16 < sn2_irc_both_directions.gjf > sn2_irc_both_directions.log
g16 < irc_endpoint_opt_freq.gjf > irc_endpoint_opt_freq.log
g16 < sn2_separated_reactants.gjf > sn2_separated_reactants.log
# 方式 2：Slurm 集群（先按集群情况修改脚本中的 module/g16root）
sbatch run_ts_irc.sh
IRC 作业依赖 TS 作业生成的 sn2_ts.chk，因此两者必须在同一目录中运行，并且 TS 作业要先完成。
预期结果 / 如何检查¶
| 检查项 | 命令 | 期望 |
|---|---|---|
| TS 作业正常结束 | grep -c "Normal termination" sn2_cl_ch3br_ts_calcfc.log |
2（Opt 和 Freq 各一次） |
| TS 虚频个数 | grep "imaginary frequencies" sn2_cl_ch3br_ts_calcfc.log |
1 imaginary frequencies |
| 虚频模式 | GaussView → Results → Vibrations 播放负频率 | CH₃ 沿 Cl–C–Br 轴伞形翻转，Cl 靠近、Br 离开 |
| IRC 汇总表 | grep -A 200 "Summary of reaction path following" sn2_irc_both_directions.log |
TS 位于表中间（能量和坐标均为 0），两侧能量单调下降 |
| IRC 两端 | GaussView → Results → IRC/Path，查看两端结构 | 正向（Path 1）C–Br 变长、C–Cl 变短；反向相反 |
| 端点 | grep "imaginary frequencies" irc_endpoint_opt_freq.log |
无输出（两个复合物都是 0 个虚频） |
| 自由能 | grep "Sum of electronic and thermal Free Energies" *.log |
用于计算 ΔG‡ 和 ΔGr |
所有能量结果请以你自己的计算为准。本仓库没有附带输出文件，也不提供参考数值。
作图与汇总可用仓库脚本：python ../../scripts/scan_irc_profile.py -h（IRC 能量曲线）、python ../../scripts/g16_log_summary.py -h（终止状态、虚频、热化学汇总）、python ../../scripts/log2xyz.py -h（导出 IRC 路径或端点结构）。
注意事项¶
- 气相 SN2 的势能面是“双井”形状：两侧离子–偶极复合物的能量低于分离反应物。计算 ΔG‡ 时需要说明参考态是复合物还是分离反应物（见教程第 8 节）。
- 双分子反应换算到 1 mol/L 标准态时，ΔG‡(1 M) = ΔG‡(1 atm) − 1.89 kcal/mol（298.15 K）。
- 如果 IRC 报
Max corrector steps exceded（L123），先把MaxCycle加大，再尝试在IRC=(...)中加入LQA，或改用GS2并减小StepSize。 %nprocshared=8、%mem=8GB与run_ts_irc.sh中的--cpus-per-task=8、--mem=10G配套，修改时要同步调整。- 本示例的输入文件按照 Gaussian 16 官方文档的语法编写，但本仓库没有附带运行结果。如果在你的版本上遇到问题，请对照教程的“常见问题与报错”一节排查。