Generación de orbitales/superficies limpias a partir de archivos molden/wfn

Question

Normalmente uso Gaussian/GaussView y no tengo que molestarme con otros programas ya que creo que GaussView es capaz de producir bonitas imágenes orbitales/superficiales como esta de uno de los orbitales Kohn-Sham de uracil.

Pero cuando tengo que usar otros programas además de Gaussian - como Turbomole, ORCA o Molcas - me encuentro con archivos molden o wfn que GaussView no puede manejar.

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Avogadro 1.1.1 (Lib 1.1.1, OB 2.3.2, Qt 4.8.5)

Me gusta bastante Avogadro porque puede producir imágenes tan elegantes como GaussView pero especialmente para los archivos molden al menos en mi ordenador parece fallar mucho. Como se puede ver el orbital se reproduce perfectamente desde el archivo, pero Avogadro de alguna manera no puede manejar para mostrar todos los átomos.

Espero no ser el único por aquí que no consigue que esto funcione correctamente.

Gracias a los comentarios de Geoff aprendí que los archivos wfn pueden ser importados a través de las Extensiones $\rightarrow$ Menú QTAIM que permite el análisis AIM.

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gmolden 4.x o 5.x

No tengo ni idea de qué versión es.

¿Qué parece ser más fácil de abrir archivos de moldes con moldes? Supongo que es algo que hay que probar. Pero para mí el moho deja de ser una alternativa ya que no puedo ordenar mis moléculas en el espacio tanto como quiero. Además molden produce sólo aquellos orbitales de capas apiladas que no están realmente actualizados. Molden puede producir orbitales bastante buenos después de que uno entiende cómo funciona. ¡Gracias hokru!

Reconozco que no soy muy fan de ella y no intenté sacarle más partido. Siempre buscaba alternativas mejores. Sigo sin ser un gran fanático pero como esas cosas que quiero están implementadas y sólo he sido incapaz de pulsar los botones adecuados molden está consiguiendo una forma adecuada de visualizar esos orbitales.

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Gabedit 2.4.8

Ahora Gabedit es elegante ... hay un montón de archivos de entrada y salida que son compatibles - por suerte los archivos molden son parte de ella.

Al menos puedo crear orbitales de alguna manera aceptables para mí y organizar mi molécula en el espacio tanto como yo quiera. También está el tema de la salida de povray, pero no tuve mucho éxito con este enfoque, todavía.

Ahora bien, lo que me impide utilizar Gabedit de forma habitual. Es que hay cada vez este menú de apuntar y hacer clic-adventurarse -> orbitales -> selección -> otra vez selección de orbitales -> ajustes de calidad -> ajustes de isovalor -> esperar y mirar. ¿Los ajustes estaban mal? Eso es malo ... hacer la mayoría de las cosas de nuevo y elegir mejores valores. ¿Hay una forma sencilla de comparar orbitales rápidamente? En realidad no, porque la presentación de orbitales también es un poco complicada.

¿He dicho algo sobre los archivos wfn? Creo que no son compatibles.

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Jmol 14.2.4_2014.08.03

Jmol es otro programa que puede abrir archivos molden y de nuevo soy incapaz de crear bonitas imágenes orbitales con este programa. Incluso aumentando la llamada "resolución" hasta un grado razonable sólo produce orbitales con forma hexagonal.

¿Archivos Wfn? ¿Quién necesita esto? Supongo que nadie excepto yo.

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Multiwfn 3.3.7

Ahora hay un pequeño programa gratuito de China. Viene con un gran manual/tutorial-pdf de 400 páginas. Con él se puede echar un vistazo rápidamente a los orbitales con la posibilidad de cambiar rápidamente los isovalores. Desafortunadamente le falta mi arreglo libre favorito en el espacio, además de que no hay ajustes de iluminación apropiados... y los orbitales y estructuras no son realmente tan hermosos.

Pero (!) puede leer archivos molden e incluso archivos wfn. También es capaz de convertirlos en archivos de cubos que luego puedo leer con GaussView para crear lo que quiero. También puede crear esos archivos de cubos para casi todas las demás superficies que puede calcular. Me gusta mucho por esta simple capacidad.

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Conclusión:

Bueno... como puedo usar Multiwfn para convertir los archivos que GaussView no puede leer por sí mismo, siempre queda esta curiosa sensación de que tiene que haber una alternativa más sencilla a todo esto. Un programa que pueda producir imágenes bonitas sin todas las carencias y malos comportamientos.

¿Cómo se hacen estas cosas para la visualización de archivos molden-/wfn para producir imágenes bonitas de sus orbitales y superficies moleculares?

Answer 1

A menudo, diferentes programas de química cuántica requieren diferentes herramientas de análisis. Desgraciadamente, hay ninguna norma universal (programa) que puede hacerlo todo. Si lo hubiera, alguien vendría e inventaría algo nuevo.

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Personalmente prefiero ChemCraft para producir imágenes listas para su publicación. Es un programa de distribución comercial. Admite principalmente cualquier Gaussiano y GAMESS (y Firefly por extensión). Ahora puede visualizar bastantes más formatos. Lo que me gusta especialmente del programa es que puede leer los archivos generados por los programas NBO. Hace que la visualización de todo tipo de orbitales localizados y canónicos sea mucho más sencilla.
Hay algunas funciones más del programa a las que me he aficionado, como la simetrización de moléculas o la construcción de moléculas desde cero. Tiene la gran ventaja de escribir el grupo de datos adaptado a la simetría para GAMESS para conjuntos de bases personalizados, que no he podido encontrar en ningún otro sitio. Pero esto no es ciertamente el objetivo de este post.
Lamentablemente no es capaz de leer moldes o wfn [1] archivos.

El programa viene con un gran número de esquemas de visualización, que pueden modificarse fácilmente para producir un estilo personalizado. A continuación se muestra una pequeña demostración.

La mayoría de las veces utilizaría una de las anteriores, dependiendo de a quién tenga que impresionar. A menudo es mucho más beneficioso disponer de imágenes monocromáticas, como las que aparecen a continuación.

Una adición bastante reciente fue la de los estilos que permiten generar estructuras simples similares a las de 2D. Todavía es posible superponer estas estructuras con gráficos orbitales. (Desgraciadamente, la transparencia está codificada y no puede establecerse explícitamente).

La advertencia es, obviamente, que no puede leer molden o wfn [1] archivos, ni siquiera la salida de Turbomole.

Una característica que todavía me falta es la producción por lotes de imágenes orbitales. Siempre hay que guardarlas a mano, lo que puede ser increíblemente tedioso para moléculas grandes (y grandes espacios activos). (Pero he escrito una solicitud de función para eso).
El soporte del programa es bastante bueno y los archivos de ayuda disponibles son incluso útiles. La mayoría de las funciones se pueden entender de forma intuitiva, sin embargo, como siempre, se necesita tiempo para acostumbrarse a trabajar con él.
Otra advertencia es, que la versión de windows supera a su hermano pequeño de linux por mucho. Si usted ya ejecuta windows en algún lugar, que es probablemente bien para usted. Si ejecuta linux en casi todas partes, entonces usted tiene que lidiar con algunas características que faltan (o recientemente se puede portar a través de vino, por lo que es lento, sin embargo).

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Yo uso moldear (Xwindow) bastante para la visualización intermedia, ya que es una de las interfaces más rápidas que existen. Es muy robusta y tiene pocos gráficos; se puede utilizar fácilmente con una conexión a Internet más bien lenta. Es gratuito para uso privado y no comercial. Como mis primeros días como químico computacional implicaban el uso de un módem de 56k para las rutinas de chequeo, este era uno de los únicos programas a los que acudía. Siempre será el primer programa que instale en un ordenador dedicado al trabajo. Uno simplemente no se olvida de su amigo más antiguo.
Una gran ventaja son los archivos postscript muy bien estructurados y escritos que produce molden. A algunos puristas incluso les puede gustar. Aquí hay algunas muestras convertidas, pero puede descargue la fuente aquí (vía tinyupload.com) .

Estos archivos pueden resultar muy útiles a la hora de preparar pósters (especialmente cuando se utiliza LaTeX). En ocasiones he visto gráficos moleculares generados por molden en publicaciones; incluso soy culpable de ello. Sin embargo, hoy en día creo que hay métodos más elegantes.

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Visualizar la producción de Turbomole ha sido, es y probablemente siempre será una experiencia dolorosa. Para algunas de las características más profundas, probablemente también deberías ser un experto en gnuplot. Para los fundamentos de la estructura y los orbitales, la recomendación actual es utilizar TmoleX, la GUI de Turbomole. Si está hecho por la misma gente que diseñó define, entonces será bastante doloroso de usar. Cuando yo era un gran usuario de turbomole, esto no existía, así que probablemente debería callarme.
A juzgar por el manual actual (versión 7.0) el flujo de trabajo que utilicé sigue siendo algo recomendable. Es dejar que los módulos nativos creen el binario *.plt archivos, que son la entrada de gOpenMol. Desgraciadamente, lo que en su día fue un programa muy aspirante, hoy en día ya no se desarrolla. Todavía se puede obtener una copia no compatible . El código fuente está disponible, pero el estado actual de la licencia del programa es algo confuso. Desde que VMD (ver el post de Brians) y TmoleX soportan ahora los archivos gOpenMol, la necesidad de aprender un programa obsoleto probablemente ya no sea útil. Sin embargo, una de las principales características de este programa era que tenía una interfaz tcl y por lo tanto era totalmente scriptable - aparentemente algo que VMD ahora también tiene.
Es capaz de producir bonitas imágenes orbitales, puede que ya las hayas visto en esta página. (He retocado un poco la salida gaussiana, ya que no dispongo de Turbomole).

Aunque admite bastantes formatos de archivo, molden input y wfn [1] no es compatible.

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[1] Pasemos a la última parte: los archivos wfn. Independientemente de cómo se produzcan, es probable que no estén actualizados. El principal (y probablemente único) propósito de esos archivos es el análisis con AIMPAC - un programa que ya no se desarrolla. Tienen una desventaja muy grande: no pueden tratar con funciones superiores al tipo f. Si está utilizando un conjunto de bases zeta triples, probablemente tenga esas funciones. Otra desventaja es que no incluyen información sobre posibles potenciales de núcleo efectivos.
Para analizar la densidad de electrones con la teoría cuántica de los átomos en las moléculas (QTAIM) se ha extendido la versión muy superior ( *.wfnx o *.wfx ) debe ser utilizado. Actualmente sólo conozco Gaussiano para crear dichos archivos correctamente. El programa principal que utiliza estos archivos es AIMA Todo . También es un programa disponible comercialmente. Puede obtener más información sobre estos archivos en la página de especificaciones allí.
El único punto valioso de la creación de orbitales moleculares con este programa es, si quieres superponerlo con las rutas de enlace en lugar de sólo palos. Como en este ejemplo:

Aparte de este uso, el proceso es muy cansado y necesita muchos pasos para ser realizado completamente. Trabajar el programa de forma no local es muy, muy lento. Y para ser perfectamente honesto, ¿cuál es el propósito de lo anterior aparte de impresionar a algunos químicos orgánicos?
Otro aspecto negativo del programa es la gran demanda de memoria y almacenamiento, especialmente para moléculas grandes.

En conclusión: Si no está realizando un análisis QTAIM, probablemente debería abstenerse de *.wfx para su visualización. Para cada programa de control de calidad suele haber un programa de interfaz/visualización que funciona. Con cualquier programa existe la barrera de activación del aprendizaje de las cosas a superar. En cualquier caso, sugiero tener unos cuantos listos para trabajar, nunca se sabe a dónde se va y puede que haya que aprender un nuevo programa en cualquier momento.
Creo que la mayor pérdida de cualquier herramienta de visualización es el descuido de escribir buenos tutoriales o incluso una documentación básica.

Answer 2

Para completarlo, gmolden puede producir imágenes de alta calidad como éstas:

Tienes que hacer clic en el botón de la parte superior derecha en el modo de densidad para obtener el renderizado opengl. También es totalmente giratorio. Aunque me gusta mucho molden por su rápida respuesta al abrir archivos de estructura, la usabilidad no es su punto fuerte. También es lento para generar los orbitales.

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Otro programa es Molekel que utiliza openbabel (creo) para leer varios formatos de archivo. Funciona bien con archivos de tipo molden. Mucho más rápido que molden para hacer los orbitales y más flexible (color, resolución, bounding box). Nunca he probado los archivos wfn.

Answer 3

VMD es mi herramienta actual para la visualización molecular. Como ocurre con cualquier software, hay que acostumbrarse a él, pero la gran cantidad de opciones, lo que parece ser un conjunto de características robustas, y la configuración generalmente flexible lo convierten en el rey de los visualizadores en mi libro.

Sólo lo he probado con la salida de ORCA, y sólo he podido hacerlo funcionar con archivos "binarios gOpenMol" como los generados por el orca_plot (parece que los archivos Molden de ORCA no se leen completamente), pero estoy bastante satisfecho con los resultados. Los pasos que suelo seguir son:

1. Ejecute el cálculo de ORCA para obtener el .xyz y .gbw archivos
2. Ejecutar orca_plot basename.gbw -i para generar el gOpenMol .plt archivo binario de la función deseada (orbital atómico/molecular, densidad de electrones/espines, etc.)

3. Ejecute VMD y cargue el .xyz y .plt archivos

   • File > New Molecule para llegar al diálogo "abrir".
   • Browse... a la deseada .xyz archivo; Determine file type debería detectar automáticamente el formato XYZ
   • Load para introducir la geometría en VMD
   • Cambiar "Cargar archivos para" por New Molecule
   • Browse...' to the desired '.plt' file; Determinar el tipo de archivo` debería detectar automáticamente el 'gOpenmol plt'
   • Load para extraer la información binaria en VMD
   • Cerrar el cuadro de diálogo "abrir

4. Cambiar el modo de visualización de las moléculas

   • Haga clic en Graphics > Representations
   • En "Molécula seleccionada" elija la .xyz archivo
   • En "Método de dibujo" elija el método deseado (yo suelo utilizar "regaliz")
   • Sube la Sphere Resolution y Bond Resolution y ajustar el Bond Radius como se desee

5. Aplicar el formato deseado a la(s) isosuperficie(s)

   • De nuevo en el Graphical Representations (no hay que cerrarlo después de establecer el método de dibujo de la geometría), seleccione el .plt de la Selected Molecule desplegable
   • Si se traza una cantidad con regiones negativas (funciones de onda orbital, posiblemente densidad de espín, etc.), haga clic en "Crear Rep" una vez, para obtener una segunda "representación".
   • Cambiar "Método de coloreado" por ColorID y el número en el desplegable que aparece a cualquier color deseado para una fase (positiva o negativa)
   • Suelo poner Material : Transparent (para ver la molécula bajo la isosuperficie) ... Drawing Method : Isosurface ... Draw : Solid Surface ... Show : Isosurface ... Step : 1 ... Size : 1
   • Establecer el Isovalue adecuadamente el signo, positivo o negativo, escribiendo el número en la casilla y pulsando Enter Normalmente empiezo con una magnitud de 0.02
   • Repita lo anterior para la parte de la parcela con signo contrario, si es necesario.

Un ejemplo rápido es el siguiente: el SOMO del monoaquo-Cu(II) en fase gaseosa:

Los tres atajos de teclado que más uso son los que cambian el comportamiento del ratón: R para girar, S a escala (zoom), y T para traducir.

Al parecer, VMD puede exportar a varios formatos de archivo 3D, así como a gráficos vectoriales PostScript. La exportación directa de mapas de bits está bien si no necesitas hacer zoom, pero se pixela bastante si lo haces. El PostScript es bastante cuadriculado en gswin64, pero podría ir mejor en, por ejemplo, Inkscape. No tengo IS instalado en este momento, así que no puedo decir si un mejor renderizador hace un mejor trabajo.

Otra característica ingeniosa de VMD es que puede renderizar en estéreo. Incluso si no tienes gafas 3D, puedes ver las cosas Ojo mágico estilo haciendo clic en Display > Stereo > SideBySide . (Gira Display > Stereo Eye Swap si necesitas cruzar los ojos para verlo, en lugar de mirar a lo lejos).

Probablemente tengas que juguetear con los diferentes tipos de archivos que genera cada paquete de software para encontrar el mejor para interactuar con VMD. Por desgracia, no tengo una copia de Molcas ni de Turbomole para probarlos. VMD soporta archivos Gaussian CUBE, así que en el peor de los casos se puede volcar una rejilla (posiblemente enorme) y trazarla de esa manera.

Answer 4

Yo uso Avogadro, obviamente.

En Avogadro v1.1.x no sólo se pueden utilizar archivos wfn, sino que se puede realizar un análisis QTAIM. Ábralo en el menú QTAIM.

Envíame el archivo Molden si no puedes leer todos los átomos, es un error extraño. Funciona en cualquier archivo Molden que he probado.

Answer 5

Es posible utilizar Multiwfn para convertir los archivos molden en archivos fchk que luego podrían ser leídos por GaussView.

La forma que me satisfizo bastante no es la más eficiente, supongo, pero como es scriptable, es aceptablemente fácil y da bonitas imágenes.

El camino a seguir: QC program > molden file > Multiwfn > cube file > UCSF Chimera .

1. Genere su archivo de moldes

2. Utiliza Multiwfn para crear los cubos de MO:

   200 Other functions (Part2)
   3 Generate cube file for multiple orbital wavefunctions
   29,30
   3 High quality grid
   1 Output the grid data of these orbitals as separate cube files

   Esto le dará orb000029.cub a orb000030.cub para trabajar.

3. Genera un archivo de sesión de python con Chimera abriendo un archivo xyz de tu molécula, orientándolo como quieras y File > Save Session As .

4. Escriba un programa para generar algo como la siguiente entrada, que puede ser introducida en Quimera.

   open session.py
   preset apply pub 2; color byelement
   copy file geometry.jpeg supersample 4 dpi 100 width 1450 height 1068
   open orb000030.cub
   preset apply pub 2; color byelement
   volume #1 level -0.04 color 0,.5,.6 level 0.04 color .9,.7,.1 step 1
   copy file orb000030.jpeg supersample 4 dpi 100 width 2175 height 1602
   close #1
   …
   stop

   Esta entrada se llamaría con chimera input.cmd que en este punto sólo muestra la geometría de la molécula porque fue guardada en el archivo de sesión. Mi script guarda entonces una imagen de esta geometría y después abre todos los archivos del cubo para producir imágenes bonitas de ellos.