Tutaj zebraliśmy wszystkie informacje dotyczące modelowania molekularnego, oprogramowania, zagadnień, sposobu rozwiązywania problemów - czyli wszystko to co może się przydać każdemu chemikowi, farmaceucie, biologowi czy pasjonatowi.

Opis praktyczny zagadnienia "Energia - Geometria - Optymalizacja" - Przygotowanie obliczeń w programie HyperChem.

 

     Po skonstruowaniu cząsteczki, wybieramy z menu Setup metodę, w której będziemy dokonywać obliczeń z Molecular Mechanics, Semi-empirical, Ab Initio, Density Functional. W nowym oknie, które się pojawi, i tak kolejno:

 HyperChem_screen HyperChem_screen

Mamy zaszczyt przedstawić fragment kursu autorstwa dr Piotra Wojciechowskiego z Politechniki Wrocławskiej. Fragment kursu opisuje pierwsze kroki w programie chemicznych HyperchemR.  Oryginalna strona kursu znajduje się http://eportal-ch.pwr.wroc.pl Jeszcze raz dziękujemy autorowi za udostępnienie materiałów.

Ćwiczenie
Struktura związków w przestrzeni X,Y,Z

Jednym ze sposobów zapisu struktury jest podanie współrzędnych kolejnych atomów w postaci położenia x,y,z – korzystając z poniższych danych przeprowadź wizualizacje podanych cząsteczek. Powinieneś otrzymać podobne wyniki jak przedstawiamy w galerii.

Amarant (E123) – barwnik organiczny używany jako barwnik spożywczy. Ma barwę ciemnoczerwoną oraz dobrą wytrzymałość na wysoką temperaturę i światło. Obecnie stosowany do barwienia nielicznych produktów spoŜywczych, takich jak: niskoprocentowe napoje alkoholowe oraz kawior, a także to barwienia produktów takich jak szminki.

Ćwiczenie
Testowanie różnych metod i baz do obliczeń geometrii

Obliczona geometria cząsteczki zależy od wybranej metody i bazy. Używając lepszych metod oraz baz, mamy większe prawdopodobieństwo, że obliczone parametry geometryczne zbliżą się do wartości eksperymentalnych, które wyznaczone są zawsze z pewnym błędem. Większa baza i dokładniejsza metoda pociągają za sobą większe wymagania sprzętowe. Dlatego zawsze wybierając metodę i bazę na podstawie studiów literaturowych z określonej dziedziny, w której chcemy prowadzić obliczenia, musimy oszacować, na jak dokładną metodę możemy sobie pozwolić.

Aby samemu zbadać, jaką różnice w parametrach geometrycznych (długość wiązań, kąty) dają różne metody przeprowadź optymalizację cząsteczki aldehydu mrówkowego H2C=O, oraz porównaj z wartościami eksperymentalnymi.[1] Obliczenia przeprowadź:
I za pomocą mechaniki kwantowej metodą Amber
II jedną z wybranych metod półempirycznych:
 a) AM1,
 b) PM3,
 c) PM3MM,
 d) CNDO,
 e) INDO,
III metodami ab inito: HF, MP2 oraz metodami DFT: B3LYP, B3PW91 w trzech wybranych bazach:
 a) STO-3G,
 b) 3-21G,
 c) 6-31G(d) równoważne w zapisie starej notacji 6-31G*,
 d) 6-31G(d,p) równoważne w zapisie starej  notacji 6-31G**,
 e) 6-31+G(d,p) równoważne w zapisie starej notacji 6-31+G**,
 f)* aug-pvdz,


Otrzymane wyniki porównaj z wartościami eksperymentalnymi wiedząc, że cząsteczka jest płaska oraz kąt tworzony przez atomy HCH wynosi 116.5°, długość wiązania C-H 1.116 Å, C=O 1.208 Å.

* Dodatkowo dla struktur z optymalizowanych metodami AM1 oraz B3LYP/6-31G(d) przeprowadź optymalizację metodą B3LYP/6-31G(d,p), porównaj czasy obliczeń. Od czego zależy czas przeprowadzonej optymalizacji?


[1]  Dallos, M.; Müller, T.; Lischka, H.; Shepard, R., Geometry optimization of excited valence states of formaldehyde using analytical multireference configuration interaction singles and doubles and multireference averaged quadratic coupled-cluster gradients, and the conical intersection formed by the 1 1B1(σ-π*) and 2 1A1(π-π*) states. J. Chem. Phys. 2001, 114, (2), 746-757.

Ćwiczenie
Analiza konformacyjna 1,3-difluoropropanu

Zmień wartości poszczególnych kątów dwuściennych cząsteczki 1,3-difluoropropanu. Następnie przeprowadź optymalizację. Znajdź wszystkie struktury w minimach
energetycznych poprzez startowanie z różnych konformerów.


Określ minimum globalne. Obliczenia przeprowadź metodą B3LYP w bazie 6-31G(d) oraz w metodzie PM3. Bazując na lepszej metodzie B3LYP, porównaj z wynikami uzyskanymi metodą PM3.