Implementation and benchmark tests of the DFTB method and its application in the ONIOM method

International Journal of Quantum Chemistry

Volumn 109, Issue 9, 2009, Pages 1841-1854

  Zheng, Guishan ^a   Lundberg, Marcus ^b   Jakowski, Jacek ^a   Vreven, Thom ^c   Frisch, Michael J ^c   Morokuma, Keiji ^a,b  

^a EMORY UNIVERSITY   (United States)

^b KYOTO UNIVERSITY   (Japan)

^c GAUSSIAN INC   (United States)

Author keywords

Density functional tight binding; DFTB; ONIOM

Indexed keywords

ANALYTICAL GRADIENTS; ANDERSON; B3LYP/6-31G; BENCHMARK TESTS; BROYDEN METHOD; CONJUGATED GRADIENT METHOD; DENSITY FUNCTIONAL TIGHT BINDING; DFTB; GAUSSIAN; GEOMETRY OPTIMIZATION; GEOMETRY PARAMETER; LARGE SYSTEM; LOW LEVEL; LUMO ENERGY; MODEL SYSTEM; ONIOM; QUANTUM MECHANICAL METHOD;

AMINES; AMINO ACIDS; BENCHMARKING; BINDING ENERGY; GRADIENT METHODS; ORGANIC ACIDS;

SOLID STATE PHYSICS;

EID: 67549141328     PISSN: 00207608     EISSN: 1097461X     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/qua.22002     Document Type: Article

References (90)

1. Parr, R. G.; Yang, W. Density-Functional Theory of Atoms and Molecules; Oxford University Press: New York, 1989.
2. Dewar, M. J. S.; Jie, C.; Yu, J. Tetrahedron 1993, 49, 5003.
3. Dewar, M. J. S.; Thiel, W. J Am Chem Soc 1977, 99, 4899.
4. Dewar, M. J. S.; Thiel, W. J Am Chem Soc 1977, 99, 4907.
5. Dewar, M. J. S.; Zoebisch, E.; Healy, E. F.; Stewart, J. J. P. J Am Chem Soc 1985, 107, 3902.
6. Thiel, W.; Voityuk, A. A. Theor Chim Acta 1992, 81, 391.
7. Thiel, W.; Voityuk, A. A. Theor Chim Acta 1996, 93, 315.
8. Otte, N.; Scholten, M.; Thiel, W. J Phys Chem A 2007, 111, 5751.
9. Weber, W.; Thiel, W. Theor Chem Acc 2000, 103, 495.
10. Repasky, M. P.; Chandrasekhar, J.; Jorgensen, W. J Comput Chem 2002, 23, 1601.
11. Sattlemeyer, K. W.; Tirado-Rives, J.; Jorgensen, W. L. J Phys Chem A 2006, 110, 13551.
12. Sattlemeyer, K. W.; Tubert-Brohman, I.; Jorgensen, W. L. J Chem Theory Comput 2006, 2, 413.
13. Stewart, J. J. P. J Comput Chem 1989, 10, 209.
14. Rocha, G. B.; Freire, R. O.; Simas, A. M.; Stewart, J. J. P. J Comput Chem 2006, 27, 1101.
15. Nanda, D. N.; Jug, K. Theor Chim Acta 1980, 57, 95.
16. Jug, K.; Iert, R.; Schulz, J. Int J Quantum Chem 1987, 32, 265.
17. Li, J.; deMello, P. C.; Jug, K. J Comput Chem 1992, 13, 85.
18. Bredow, T.; Geudtner, G.; Jug, K. J Comput Chem 2001, 22, 861.
19. Bredow, T.; Jug, K. Theor Chem Acc 2005, 113, 1.
20. Ahlswede, B.; Jug, K. J Comput Chem 1999, 20, 563.
21. Witek, H. A.; Irle, S.; Morokuma, K. J Chem Phys 2004, 121, 5163.
22. Witek, H. A.; Morokuma, K. J Comput Chem 2004, 25, 1858.
23. Witek, H. A.; Morokuma, K.; Stradomska, A. J Chem Phys 2004, 121, 5171.
24. Zheng, G.; Irle, S.; Morokuma, K. Chem Phys Lett 2005, 412, 210.
25. Zheng, G.; Witek, H.; Bobadova-Parvanova, P.; Irle, S.; Musaev, D. G.; Prabhakar, R.; Morokuma, K.; Lundberg, M.; Elstner, M.; Kohler, C.; Frauenheim, T. J Chem Theory Comput 2007, 3, 1349.
26. Porezag, D.; Frauenheim, T.; Kö hler, T.; Seifert, G.; Kaschner, R. Phys Rev B: Condens Matter 1995, 51, 12947.
27. Elstner, M.; Porezag, D.; Jungnickel, G.; Elsner, J.; Haugk, M.; Frauenheim, T.; Suhai, S.; Seifert, G. Phys Rev B: Condens Matter 1998, 58, 7260.
28. Kö hler, C.; Seifert, G.; Gerstmann, U.; Elstner, M.; Overhof, H.; Frauenheim, T. Phys Chem Chem Phys 2001, 3, 5109.
29. Kolb, M.; Thiel, W. J Comput Chem 1993, 14, 775.
30. Morokuma, K. Bull Korean Chem Soc 2003, 24, 797.
31. Svensson, M.; Humbel, S.; Froese, R. D. J.; Matsubara, T.; Sieber, S.; Morokuma, K. J Phys Chem 1996, 100, 19357.
32. Humbel, S.; Sieber, S.; Morokuma, K. J Chem Phys 1996, 105, 1959.
33. Field, M. J.; Bash, P. A.; Karplus, M. J. J Comput Chem 1990, 11, 700.
34. Warshel, A.; Levitt, M. J Mol Biol 1976, 103, 227.
35. Wang, I. S. Y.; Karplus, M. J Am Chem Soc 1973, 95, 8160.
36. Zheng, G.; Irle, S.; Elstner, M.; Morokuma, K. J Phys Chem A 2004, 108, 3128.
37. Zheng, G.; Irle, S.; Morokuma, K. J Chem Phys 2004, 122, 014708/1.
38. Zheng, G.; Irle, S.; Morokuma, K. J Nanosci Nanotechnol 2006, 6, 1259.
39. Irle, S.; Zheng, G.; Elstner, M.; Morokuma, K. Nano Lett 2003, 3, 465.
40. Irle, S.; Zheng, G.; Elstner, M.; Morokuma, K. Nano Lett 2003, 3, 1657.
41. Irle, S.; Zheng, G.; Elstner, M.; Morokuma, K. Theory and Applications of Computational Chemistry: The First 40 Years; Seoul, Korea, 2004.
42. Singh, U. C.; Kollman, P. A. J Comput Chem 1986, 7, 718.
43. Frauenheim, T.; Seifert, G.; Elsterner, M.; Hajnal, Z.; Jungnickel, G.; Porezag, D.; Suhai, S.; Scholz, R. Phys Status Solidi B 2000, 217, 41.
44. Frauenheim, T.; Seifert, G.; Elstner, M.; Niehaus, T.; Kohler, C.; Amkreutz, M.; Sternberg, M.; Hajnal, Z.; Carlo, A. D.; Suhai, S. J Phys: Condens Matter 2002, 14, 3015.
45. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Montgomery, J. A., Jr.; Vreven, T.; Scalmani, G.; Mennucci, B.; Barone, V.; Petersson, G. A.; Caricato, M.; Nakatsuji, H.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Li, X.; Hratchian, H. P.; Peralta, J. E.; Izmaylov, A. F.; Kudin, K. N.; Heyd, J. J.; Brothers, E. Staroverov, V.; Zheng, G.; Kobayashi, R.; Normand, J.; Sonnenberg, J. L.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Cossi, M.; Rega, N.; Burant, J. C.; Millam, J. M.; Klene, M.; Knox, J. E.; Cross, J. B.; Bakken, V.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Ayala, P. Y.; Morokuma, K.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Zakrzewski, V. G.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Strain, M. C.; Farkas, O.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cui, Q.; Baboul, A. G.; Clifford, S.; Cioslowski, J.; Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz, P.; Komaromi, I.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Keith, T.; Al- Laham, M. A.; Peng, C. Y.; Nanayakkara, A.; Challacombe, M.; Chen, W.; Wong, M. W.; Pople, J. A. Gaussian 03, Revision F. 02; Gaussian Inc.: Wallingford, CT, 2006.
46. Harris, J. Phys Rev B: Condens Matter 1985, 31, 1770.
47. Saunders, V. R.; Hillier, I. H. Int J Quantum Chem 1973, 7, 699.
48. Mitin, A. V. J Comput Chem 1988, 9, 107.
49. Francisco, J. B.; Martinez, J. M.; Martinez, L. J Chem Phys 2004, 121, 10863.
50. Thogersen, L.; Olsen, J.; Yeager, D.; Jorgensen, P.; Salek, P.; Helgaker, T. J Chem Phys 2001, 121, 16.
51. Thogersen, L.; Olsen, J.; Kohn, A.; Jorgensen, P.; Salek, P.; Helgaker, T. J Chem Phys 2005, 123, 074103.
52. Hartree, D. R. The Calculation of Atomic Structure; Wiley: New York, 1957.
53. Pulay, P. Chem Phys Lett 1980, 73, 393.
54. Kudin, K. N.; Scuseria, G. E.; Cance's, E. J Chem Phys 2002, 116, 8255.
55. Bacskay, G. B. Chem Phys 1981, 61, 385.
56. Pulay, P. J Comput Chem 1982, 3, 556.
57. Saad, Y. Iterative Methods for Sparse Linear Systems; SIAM: Philadelphia, 2003.
58. Eyert, V. J Comput Phys 1996, 124, 271.
59. Rabuck, A. D.; Scuseria, G. E. J Chem Phys 1999, 110, 478177.
60. Warren, R. W.; Dunlap, B. I. Chem Phys Lett 1999, 262, 384.
61. McWeeny, R. Methods of Molecular Quantum Mechanics; Academic Press: San Diego, 1992.
62. Nocedal, J.; Wright, S. J. Numerical Optimization; Springer: New York, 1999.
63. Stern, H. A.; Kaminski, G. A.; Banks, J. L.; Zhou, R.; Berne, B. J.; Friesner, R. A. J Phys Chem B 1999, 103, 4730.
64. Banks, J. L.; Kaminski, G. A.; Zhou, R.; Mainz, D. T.; Berne, B. J.; Friesner, R. A. J Chem Phys 1999, 110, 741.
65. Rappe', A. K.; Casewit, C. J.; Colwell, K. S.; Goddard, W. A., III; Skiff, W. M. J Am Chem Soc 1992, 114, 10024.
66. Rappe', A. K.; Goddard, W. A., III. J Phys Chem 1991, 95, 3358.
67. Ponder, J. W.; Ren, P. J Phys Chem B 2003, 107, 5933.
68. Chen, J.; Martinez, T. J. Chem Phys Lett 2007, 438, 315.
69. Morales, J.; Martinez, T. J. J Phys Chem A 2004, 108, 3076.
70. Morales, J.; Martinez, T. J. J Phys Chem A 2001, 105, 2842.
71. Morokuma, K.; Wang, Q.; Vreven, T. J Chem Theory Comput 2006, 2, 1317.
72. Vreven, T.; Frisch, M. J.; Kudin, K. N.; Schlegel, H. B.; Morokuma, K. Mol Phys 2006, 104, 701.
73. Vreven, T.; Morokuma, K.; Farkas,Ö .; Schlegel, H. B.; Frisch, M. J. J Comput Chem 2003, 24, 760.
74. Almlö f, J.; Faegri, K., Jr.; Korsel, K. J Comput Chem 1982, 3, 385.
75. Schlegel, H. B.; Iyengar, S. S.; Li, X.; Millam, J. M.; Voth, G. A.; Scuseria, G. E.; Frisch, M. J. J Chem Phys 2002, 117, 8694.
76. Schlegel, H. B.; Millam, J. M.; Iyengar, S. S.; Voth, G. A.; Daniels, A. D.; Scuseria, G. E.; Frisch, M. J. J Chem Phys 2001, 114, 9758.
77. Iyengar, S. S.; Schlegel, H. B.; Millam, J. M.; Voth, G. A.; Scuseria, G. E.; Frisch, M. J. J Chem Phys 2001, 115, 10291.
78. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys Rev Lett 1996, 77, 3865.
79. Salomon, O.; Reiher, M.; Hess, B. A. J Chem Phys 2002, 117, 4729.
80. Holleman, A. F.; Wiberg, E.; Wiberg, N. Lehrbuch der Anorganischen Chemie; Walter de Gruyter: Berlin, 1995.
81. Sears, J. S.; Sherrill, C. D. J Phys Chem A 2008, 112, 3466.
82. Zhao, Y.; Truhlar, D. G. J Phys Chem A 2004, 108, 6908.
83. Stephens, P. J.; Devlin, F. J.; Chabalowski, C. F.; Frisch, M. J. J Phys Chem 1994, 98, 11623.
84. Becke, A. D. J Chem Phys 1993, 98, 5648.
85. Krü ger, T.; Elstner, M.; Schiffels, P.; Frauenheim, T. J Chem Phys 2005, 122, 114110.
86. Irle, S.; Mews, A.; Morokuma, K. J Phys Chem A 2002, 106, 11973.
87. Fleming, I. Frontier Orbitals and Organic Chemical Reactions; Wiley: New York, 1976.
88. Kim, K. H.; Han, Y.-K.; Jung, J. Theor Chem Acc 2005, 113, 233.
89. Matsuo, Y.; Tahara, K.; Nakamura, E. Org Lett 2003, 5, 3181.
90. Cornell, W. D.; Cieplak, P.; Bayly, C. I.; Gould, I. R.; Kenneth, M.; Merz, J.; Ferguson, D. M.; Spellmeyer, D. C.; Fox, T.; Caldwell, J. W.; Kollman, P. A. J Am Chem Soc 1995, 117, 5179.