guassian+multiwfn计算FuKui福井函数

#### **参考链接：**
[使用Multiwfn超级方便地计算出概念密度泛函理论中定义的各种量](http://sobereva.com/484 "使用Multiwfn超级方便地计算出概念密度泛函理论中定义的各种量")
[使用Multiwfn作电子密度差图](http://sobereva.com/113 "使用Multiwfn作电子密度差图")

==Fukui（福井）函数==是常用的预测反应位点的实空间函数，尤其适合软酸软碱之间的反应（静电势的分析方法更适合用于分析硬酸硬碱反应）。Fukui函数有三类，分别用于预测亲核、亲电、自由基反应位点。预测亲电反应的函数f- = ρ(N) - ρ(N-1)，其中ρ(N)是分子正常状态下的密度函数，ρ(N-1)是分子少了一个电子，或者说分子的净电荷为+1状态下的密度。f-在哪个原子附近数值越大，说明亲电反应越容易发生在哪个原子上。注意计算ρ(N-1)时几何结构必须使用计算ρ(N)时的，这不仅是绘制密度差图的要求，这也是Fukui函数的定义本身所要求的。
### 1.对结构进行优化
选择合适的基组
例：
>d 注意，所有输入文件仅作为关键词参考,记得保持文件名，chk文件名，提交任务脚本中的文件名，fchk文件名的统一，末尾空两行，title上下空两行
```
%chk=N.chk                   
%nprocshared=24               
# opt freq ub3lyp 6-31(d,p)   
                              
Title Card Required           
                              
0 1  
 S    -0.43000000    0.58200000    0.51600000                         
 O     0.05000000   -1.13100000    0.50800000 
 O    -0.30800000    1.19600000    2.18100000 
 N     0.74600000    1.48900000   -0.46200000 
 C     2.21900000    1.19600000   -0.29000000 
 C     3.37500000    1.98600000   -0.90000000 
 C     4.66000000    1.35700000   -0.36000000 
 O     4.28600000    0.20900000    0.55500000 
 N     2.79400000    0.10600000    0.59300000 
 H     0.40400000    2.25500000   -1.18800000 
 C    -2.15600000    0.70500000   -0.00400000 
 C    -2.86700000   -0.53400000   -0.57600000 
 C    -4.38600000   -0.50500000   -0.81300000 
 C    -5.18800000    0.76700000   -0.48300000 
 C    -4.46600000    2.02900000    0.02100000 
 C    -2.94700000    1.99800000    0.26400000 
 N    -6.68600000    0.77400000   -0.65200000 
 C     6.08200000    1.92800000   -0.52300000 
 H     3.29300000    2.89400000   -1.58100000 
 H    -2.27300000   -1.48100000   -0.79600000 
 H    -4.91800000   -1.42600000   -1.22000000 
 H    -5.05700000    2.98000000    0.22900000 
 H    -2.41400000    2.92100000    0.66500000 
 H    -7.20800000   -0.13700000   -1.01400000 
 H    -7.26600000    1.68900000   -0.41400000 
 H     6.57800000    1.45800000   -1.43500000 
 H     6.69100000    1.68100000    0.40600000 
 H     6.03400000    3.05900000   -0.65400000

```
如果发现没有电荷但是自旋多重度不为1，可能是分子式没配平，会出现l301报错
### 2.计算波函数文件
使用上一步优化好的结构，计算波函数文件
这是不外加电荷的正常情况
```
%chk=N.chk
%nprocshared=24
# b3lyp/6-31(d,p) out=wfn

opted

0 1
 S                  0.13649800    1.09980500    0.11075100
 O                 -0.08658700    1.91318900   -1.07899500
 O                 -0.05754400    1.65197900    1.45581200
 N                 -0.81257200   -0.34311300   -0.07751200
 C                 -2.21555300   -0.28955900   -0.10677600
 C                 -3.07866800   -1.33259700    0.35109100
 C                 -4.32467600   -0.85895700    0.07437900
 O                 -4.22990200    0.35905900   -0.49480500
 N                 -2.87768600    0.72526400   -0.61768300
 H                 -0.47101400   -1.04498700    0.57237600
 C                  1.74884400    0.34815600    0.04417700
 C                  2.26964900   -0.06458300   -1.18766000
 C                  3.53629900   -0.62456700   -1.24416300
 C                  4.30907200   -0.77401800   -0.07300600
 C                  3.77151900   -0.34224400    1.15578900
 C                  2.50194400    0.21687700    1.21402800
 N                  5.55275700   -1.37425500   -0.12561700
 C                 -5.69603000   -1.40363200    0.27434100
 H                 -2.80862500   -2.27320800    0.80633000
 H                  1.68454200    0.06495300   -2.09171300
 H                  3.94322900   -0.94776600   -2.19834900
 H                  4.36001800   -0.44415000    2.06343500
 H                  2.09228200    0.56671700    2.15535500
 H                  6.01381800   -1.39373700   -1.02321000
 H                  6.17882200   -1.19834900    0.64622800
 H                 -6.21945100   -1.49948600   -0.68247000
 H                 -6.28885900   -0.73836300    0.91030200
 H                 -5.64835400   -2.38685800    0.74609100

```
就可以得到N.fchk文件（使用 formchk a.chk a.fchk命令生成，a为文件名）
> N指的是体系的电子数，比如某个分子最稳定状态是中性的，则N就是指中性时的电子数，N+1就是指带一个负电荷的阴离子状态的电子数，N-1就是指带一个正电荷的阳离子态的电子数。

算完后把净电荷和自旋多重度从0 1改成1 2，N.fchk改成N-1.fchk，重算一遍得到N-1电子时的波函数文件,同理改成-1 2，计算多一个电子的N+1.fchk

### 3.计算福井函数
现在当前目录下已经有了N.fchk、N+1.fchk和N-1.fchk，可以开始算了。
随意拖一个fchk文件进Multiwfn，回车
> 三个态的波函数文件也不是必须叫做N.wfn、N+1.wfn和N-1.wfn并处在当前目录下。后面开始计算时，若Multiwfn发现当前目录下缺少这些文件的一个或多个，程序就会让用户直接输入相应电子态的.wfn或.wfx或.fch或.mwfn文件的路径。因此，比如你想用自行算出来的N.fch、N+1.fch、N-1.fch做后面的计算也完全可以。

22  //计算CDFT里定义的各种量
1  //产生波函数文件
[直接按回车]  //这一步让你输入gjf文件里对应的计算单点任务的关键词。按回车代表用默认的B3LYP/6-31G*
[直接按回车]  //这一步让你输入计算N、N+1和N-1态用的电荷和自旋多重度。按回车代表用对三个态分别用默认的0 1、-1 2和1 2
2  // Calculate various quantitative indices，然后程序就会依次载入fchk文件，读取其中的能量信息和波函数信息，自动计算Hirshfeld电荷，最后给出各种指数。算完的数据被输出到了当前目录下的CDFT.txt中，此文件内容如下

![](/media/202303/2023-03-01_220443_5936890.17803274371951971.png)
接下来计算福井函数和双描述符的等值面图，在当前模块里选择
3   //Calculate grid data of Fukui function and dual descriptor，选择一个合适的格点设定，对于当前这样小体系选择Medium quality grid就够了（大体系应当用High quality grid或其它选项）
  然后程序会依次载入当前目录下的N.wfn、N+1.wfn和N-1.wfn并计算电子密度格点数据
  之后会看到一个菜单，通过选择相应选项，可以把各种类型的福井函数以及双描述符直接显示成等值面图。比如此例我们依次选择选项1、2、3、4来把f+、f-、f0福井函数和双描述符都依次绘制出来，下图是把图像手动合并到一起的图，等值面数值都是用的0.007：

![](/media/202303/2023-03-01_215539_1560020.21926164454302155.png)

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