示例 15-3：三层 ONIOM(B3LYP/6-31G(d):PM6:UFF)——4-叔丁基环己酮¶
配套教程：第15章 ONIOM 多层方法与 QM/MM（§3.4、§7）
目的¶
- 写出三层 ONIOM 的层标记
H/M/L和两种边界上的链接原子； - 理解三层 ONIOM 的 6 对电荷多重度；
- 认识真实体系、中间体系、模型体系分别是什么分子。
文件说明¶
| 文件 | 说明 |
|---|---|
oniom3_high_medium_low.gjf |
ONIOM(B3LYP/6-31G(d):PM6:UFF) Opt，29 个原子 |
run_g16_slurm.sh |
Slurm 作业脚本（8 核、10 GB） |
分层（起始结构为 RDKit/MMFF 预优化的椅式构象，叔丁基在平伏键）：
| 层 | 原子序号 | 内容 | 链接原子 |
|---|---|---|---|
| High | 1–8 | C=O、两个 α-CH2 | — |
| Medium | 9–16 | 两个 β-CH2、γ-CH | 原子 9 M H 3、原子 12 M H 6（连到 α-碳） |
| Low | 17–29 | 叔丁基 | 原子 17 L H 15（季碳连到 γ-碳） |
加上链接原子后：模型体系（高层计算）是丙酮，中间体系（中层计算）是环己酮，真实体系是 4-叔丁基环己酮。电荷多重度行写 6 对 0 1，顺序为 real-low、int-medium、int-low、model-high、model-medium、model-low。
运行步骤¶
cd Gaussian/examples/15-oniom3-cyclohexanone
g16 < oniom3_high_medium_low.gjf > oniom3_high_medium_low.log
# or
sbatch run_g16_slurm.sh oniom3_high_medium_low.gjf
体系很小，几分钟到二十分钟即可完成。想先看各子计算的输入，可把 route 改为 ONIOM(B3LYP/6-31G(d):PM6:UFF)=OnlyInputFiles 单独运行一次（只生成输入，不计算）。
预期结果 / 如何检查¶
grep -c "Normal termination" oniom3_high_medium_low.log # expect 1
grep "ONIOM: gridpoint" oniom3_high_medium_low.log | tail -5
grep "ONIOM: extrapolated energy" oniom3_high_medium_low.log | tail -1
grep -c "Optimization completed" oniom3_high_medium_low.log # expect 1
| 检查项 | 预期 |
|---|---|
| gridpoint 行 | 每个几何步有 5 个子计算：低层算真实体系和中间体系、中层算中间体系和模型体系、高层算模型体系 |
| 外推能量 | \(E^{\rm low}(R)+E^{\rm medium}(IM)+E^{\rm high}(SM)-E^{\rm low}(IM)-E^{\rm medium}(SM)\) |
| 优化结构 | 保持椅式、叔丁基平伏；C=O 键长与全 QM 计算接近 |
注意事项¶
- 三层 ONIOM 的电荷多重度只写一对时，所有子计算都用这一对；本例写全 6 对是为了演示顺序。带电或开壳层体系必须按顺序为每个子体系写对。
- 中层原子 9 的
M H 3表示：在模型体系（高层和中层都会计算它）中，原子 9 被一个连到原子 3 的 H 取代。低层原子 17 的L H 15表示：在中间体系（中层和低层计算它）中，原子 17 被一个连到原子 15 的 H 取代；模型体系不含原子 15，所以这个链接 H 不会出现在模型体系里。 - 练习：给 route 加
Freq计算频率，或把高层换成M062X/def2SVP观察外推能量的变化；比较时保持分层不变。
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