Poniżej znajdują się wszystkie zagadnienia obejmujące problemy chemii obliczeniowej.

Produkty pośrednie
Produkt pośredni reakcji (ang. Reaction Intermediate, intermediate) jest to okreslony stan cząsteczkowy, który występuje na drodze reakcji chemicznej. Cechuje się on określonym czasem istnienia. Czasami produkty dają się wyodrębnić, bądź badać spektroskopowo np:. NMR, IR. Produkt pośredni często bywa kompleksem dwóch cząsteczek, „które niejako przygotowują się do reakcji”. W obliczeniach teoretycznych częstości drgań stanu pośredniego nie powinny być wartościami ujemnymi.

Na drodze od substratów do produktów (lub produktu pośredniego) tworzy się stan przejściowy (ang. Transition State, w skrócie TS). Stan przejściowy jest to taki kompleks, który posiada wyższą energie od substratów i produktów (maksimum energetyczne na drodze reakcji). Charakteryzuje się on zmianą energii oddziaływań poszczególnych atomów oraz częściowym przegrupowaniem, które ostatecznie prowadzi do produktów reakcji. Jest to w pewnym sensie stan pośredni pomiędzy substratami i produktami. Substraty zanim ulegną reakcji muszą osiągnąć energie wewnętrzna równą energii stanu przejściowego niezależnie od energii produktów. Różnica pomiędzy energią substratów i energią stanu przejściowego nazywana jest energią aktywacji (Ea). Wielkość różnicy tej energii decyduje o kinetyce reakcji i czasami ze względu jej wysoką wartość reakcja praktycznie nie zachodzi. Reakcja może zachodzić poprzez kilka stanów przejściowych i produktów przejściowych. Wówczas największy wpływ na szybkość całej reakcji ma najwolniejszy etap – czyli etap o największej energii aktywacji. Różnica energii produktów i substratów, która nie zależy od drogi reakcji, czyli tym samym nie zależy od energii aktywacji, decyduje o termodynamice układu, czyli równowadze, jakią osiągnie układ po wystarczająco długim czasie i nazywana jest energią reakcji. Jeśli energia ta jest niższa, to reakcja jest endotermiczna, jeśli jest natomiast wyższa, to reakcja jest reakcją egzotermiczną.

Modelowanie mechanizmów reakcji chemicznych można wykorzystać do:

- weryfikacji proponowanego mechanizmu
- poszukiwania właściwego mechanizmu reakcji
- projektowania katalizatorów
- wytłumaczenia zachodzących zjawisk podczas reakcji
- lepszego dobrania warunków do przeprowadzenia reakcji
- dobranie związków będących analogami stanów przejściowych reakcji enzymatycznych pozwala na projektowanie wydajnych inhibiotorów
- pełnej prezentacji własnych wyników badań naukowych nad mechanizmami reakcji

Zmiana kolejności atomów w Z-macierzy

Jedną z umiejętności, których warto znać jest wykonywanie przenumerowania Z-macierzy. Przydaje się ona w odpowiednim przygotowaniu  plików do obliczeń powierzchni energii potencjalnej, a także w innych, bardziej zaawansowanych obliczeniach. Czynność tą możemy wykonać korzystając z programu Molden. W tym celu należy wczytać strukturę, zapisać ją pod nowa nazwą, a następnie wczytać zapisany plik. Po otwarciu pliku otworzyć ZMAT editor oraz wybrać przycisk Reorder Z-matrix, następnie zaznaczamy kolejno atomy w takiej kolejności jaką byśmy chcieli w nowej Z-macierzy. Obrót cząsteczki dokonujemy trzymając lewy klawisz myszy oraz klawisz Ctrl, Esc służy do anulowania numeracji. Po przenumerowaniu, wychodzimy ZMAT editor oraz zapisujemy naszą nową Z-macierz w pliku.
 

 

Jednym z trudniejszych problemów, które napotykamy w prezentacji danych jest odpowiednia wizualizacja obliczeń. Powyżej obliczenia zostały przeprowadzone dla cząsteczki H2O2. Powyżej została również zamieszczona prezentacja ukazująca, w którym miejscu pliku wynikowego można znaleźć informację o wartości parametru geometrycznego i energii odpowiadającej danemu krokowi w obliczeniach PES. Wizualizację tych danych można dokonać dowolnym programem (Microsoft Excel, Gnuplot, OpenOffice Calc itp.), jedyny problem napotykamy z odpowiednim przygotowaniem danych, aby uzyskać kolumny ze zmiennymi geometrycznymi oraz energią. Wykonuje się to przez odpowiednie wczytanie linii z pliku oraz podział. Dla początkujących polecam: (1) skopiowanie fragmentu pliku do notatnika, (2) zapisanie go jako txt, (3) otworzenie w arkuszu kalkulacyjnym z podziałem linii na fragmenty, (4) ręczne posortowanie danych. Jeżeli punktów jest dużo wówczas praktycznym usprawnieniem jest napisanie własnego skryptu. Inną opcją jest skorzystanie z programów graficznych. Program Molden niestety nie generuje wykresów PES. Można jedynie zobaczyć drogę optymalizacji. Dla cząsteczki bardziej skomplikowanej – CH3CH2SH wykres drogi optymalizacji będzie wyglądał następująco:

Molden_screen

Pierwszy wykres przypomina powierzchnię energii potencjalnej sporządzonej dla CH3CH2SH, ale jest bardziej „poszarpany”. Program Molden wyświetla wszystkie punkty pośrednie optymalizujące poszczególne etapy, dlatego wykres ma taki kształt. Innym programem wartym wspomnienia jest komercyjny program GaussView. Dla naszego przykładu wykres naszych kroków optymalizacji będzie wygląda następująco:

Wykres_E(Kat)

Wykres ten jest o wiele lepszy niż  wykres wykonany za pomocą programu Molden,  niestety program GaussView jest komercyjny. Sposób przygotowania oraz wyświetlania przez Gaussview znajduje się tutaj. Nowa wersja programu GaussView potrafi rysować wykresy 3-wymiarowe.

Dalej

Wykonanie powierzchni energii potencjalnej dla układu bez relaksacji możemy zrobić przygotowując serie plików wsadowych, w którym każdy z nich jest jednym punktem na wykresie. Proces ten możemy z automatyzować i przygotować jeden plik wsadowy zawierający instrukcje postępowania. Jedna z metod zostanie przedstawiona na przykładzie cząsteczki H2O2[1].

W tym celu budujemy strukturę startową i zapisujemy ją w postaci Z-macierzy (opis Z-macierzy znajduje się na portalu molnet.eu):

H
O 1 B1
O 2 B2 1 A1
H 3 B3 2 A2 1 D1

B1 0.96000000
B2 1.32000000
B3 0.96000000
A1 109.50000032
A2 109.49999973
D1 0.00000000

Badanie powierzchni energii potencjalnej (PES – Potential Energy Surface) podczas zmiany parametrów geometrycznych układu można wykorzystać do:

- obliczania energii stanów przejściowych reakcji bądź zmiany konformacji
- szukania konformerów o najniższej energii, badanie minimów energetycznych – określanie typu oraz ilości minimów energetycznych
- wytłumaczenia niektórych badań spektroskopowych
- PES jest przydatne w badaniach dynamiki układów, termodynamiki
- prezentacji wyników obliczeniowych

Obliczanie energii oddziaływania

Pierwszym etapem obliczeń energii oraz sposobów oddziaływania jest optymalizacja kompleksu cząsteczek. Należy tak zbudować cząsteczki i tak ustawić je koło siebie, żeby jak najlepiej odzwierciedlały możliwe oddziaływania. Następnie taki układ poddajemy procesowi optymalizacji. Czasami do końca nie wiemy, w którym miejscu następuje oddziaływanie wówczas próbujemy różnych sposobów.

Jeżeli otrzymaliśmy zoptymalizowany kompleks dwóch cząsteczek, wówczas przystępujemy do analizy wiązań wodorowych (odległości, kąty) lub do klasyfikacji występujących oddziaływań. Tą analizę opieramy na strukturze kompleksu. Jednym z ważniejszych parametrów są obliczenia energii. Załóżmy, że nasz kompleks składa się z dwóch fragmentów: A i B. Jeżeli znamy energie zoptymalizowanych osobno fragmentów A i B oraz energię kompleksu, wówczas możemy obliczyć energię dysocjacji kompleksu. Liczona jest ona jako różnica energii kompleksu AB i osobno fragmentów A i B. Można to wyrazić wzorem:

ΔEdysocjacji = EAB – EA’ – EB'

Oddziaływania

Obliczenie energii oraz sposobu oddziaływania cząsteczek, atomów wykorzystuje się między innymi do:

  • badania oddziaływań ligand – enzym
  • tłumaczenie zjawisk obserwowanych np.: zmiana przesunięcia chemicznego, częstości drgań
  • w nanotechnologii w projektowanie katalizatorów, na którym następuje adsorbcja składników na powierzchni, np.: materiały do magazynowania, chemochipy, usuwanie zanieczyszczeń
  • w badaniu właściwości chemicznych substancji – cieczy, gazów, ciał stałych
  • wizualizacja eksperymentów

Przeliczanie jednostek energii

Zaczynając obliczenia niejednokrotnie będziemy się spotykać z wyliczonymi wartościami energii. Energie wyliczona przez program Gaussian jest podawana w Hartree. Hartree jest to jednostka energii w układzie jednostek atomowej nazwana na cześć matematyka i fizyka Douglasa Hartree. Nie mniej jednak potrzebne jest niejednokrotnie podanie energii w innych jednostkach. Do przeliczania jednostek można zastosować poniższą tabelę:

jednostka hartree kJ mol-1 kcal mol-1 eV cm-1
hartree 1 2625.50 627.509 391 27.211 3845(23) 2.1947x105
kJ mol-1 3.8088x10-4 1 0.23901 1.0364x10-2 83.593
kcal mol-1 1.5936x10-3 4.1840 1 4.3363x10-2 349.75
eV 3.6749x10-2 96.485 23.061 1 8065.5
cm-1 4.5563x10-6 1.1963x10-2 2.8591x10-3 1.2398x10-4 1
 
Chcąc przeliczyć na przykład 10 Hartree na kcal/mol możemy posłużyć się prostą proporcją:
1 Hartree → 627.509 391 kcal/mol
10 Hartree → x kcal/mol
-------------------------------------------------
x = (10 Hartree * 627.509 391 kcal/mol )/ 1 Hartree
x = 6275.09391

Druga ważna sprawa to "wyczucie" wielkości energii – co oznacza duża energia oddziaływania, mała entalpia reakcji? Umiejętność ta umożliwia unikanie w prosty sposób błędów wynikających z obliczeń na przykład: jeżeli ktoś dostanie w obliczeniach, że energia oddziaływania cząsteczki glicyny z jedną cząsteczką wody wynosi 400.29 kcal/mol, a spodziewa się oddziaływania poprzez wiązanie wodorowe, a wie że wiązanie wodorowe w dimerze wody jest około 6 kcal/mol może łatwo zweryfikować czy otrzymany wynik jest realny. Energię oddziaływania można zobaczyć na diagramie:

Energia_trójkąt

Dalej

Przeprowadzenie obliczeń, interpretacja wyników

Energia elektronowa układu jest zawsze wyliczona podczas każdych obliczeń, służy między innymi w algorytmach optymalizacyjnych, w których poszukiwana jest najmniejsza energia. Aby obliczyć energię wystarczy policzyć energię dla konkretnego układu. W tym celu stosujemy słowo kluczowe SP (Single point) w linii ze znakiem # np:

# SP B3LYP/6-31G(d)

 

Można także przeprowadzić optymalizację, lub dowolne obliczenia. Po wykonaniu obliczeń energię cząsteczki możemy sprawdzić w pliku wynikowym szukając linii[1] zawierających słowo SCF Done:

W metodzie HF będzie to:

SCF Done: E(RHF) = -985.139230617 A.U. after 3 cycles

W metodzie B3LYP:

SCF Done: E(RB+HF-LYP) = -155.033805085 A.U. after 7 cycles

W metodzie MP2:

SCF Done: E(RHF) = -985.127777421 A.U. after 8 cycles

Oraz kilka lini poniżej w linii zawierającej:

E2 = -0.1992260933D+01 EUMP2 = -0.98712003835432D+03

Wszystkie energie są energiami elektronowymi podawanymi w jednosce atomowej Hartree[2], w metodzie MP2 podana jest energia wyliczona metodą HF (SCF Done), poprawka (E2) uwzględniająca korelacje między elektronami oraz energia wyliczona metodą Hartree Focka z poprawką (EUMP2), np.: -0.98712003835432D+03[3]. Te same wartości energii co w ostatnich liniach z napisem SCF Done możemy znaleźć na końcu pliku, na przykład dla optymalizacji prowadzoną w ćwiczeniu z cząsteczkami etanolu metodą B3LYP:

1\1\GINC-S15\FOpt\RB3LYP\6-31G(d)\C2H6O1\MAREKDOS\05-Sep-2009\0\\# OPT
B3LYP/6-31G(D)\\komentarz moj np.: moje pierwsza optymalizacja, wole
liczyc niz konsumowac ;)\\0,1\O,0.2191201171,-0.3795271757,-1.13665085
17\C,0.2373651866,-0.4111285632,0.2877256129\H,1.2715278049,-0.4276420
155,0.6701513276\C,-0.4795543291,0.8306124631,0.7901795859\H,-0.265415
0533,-1.3149963884,0.6701513276\H,0.6764276346,-1.1716070307,-1.457449
2431\H,-0.4924568475,0.8529602804,1.8857642295\H,0.0231001682,1.733736
3286,0.4285789895\H,-1.5130097881,0.8468628318,0.4285789895\\Version=I
A64L-G03RevC.02\State=1-A'\HF=-155.0338051\RMSD=6.252e-09\RMSF=9.767e-
05\Dipole=0.2646027,-0.4583053,0.3129192\PG=CS [SG(C2H2O1),X(H4)]\\@

Sacred cows make the best hamburger.
-- Mark Twain
Job cpu time: 0 days 0 hours 0 minutes 45.9 seconds.
File lengths (MBytes): RWF= 18 Int= 0 D2E= 0 Chk= 10 Scr= 1
Normal termination of Gaussian 03 at Sat Sep 5 11:10:34 2009.

Entalpia, entalpia swobodna (energia Gibbsa), entropia, energia elektronowa

Wyżej wymienione energie można obliczyć poprzez wyliczenie drgań cząsteczki. W tym celu w pliku tekstowym z obliczeniami w sekcji # umieszczamy napis freq. Obliczenia te można także połaczyć z wcześniejszą optymalizacja cząsteczki w tym celu dodajemy opcję opt np.:

# Opt Freq B3LYP/6-31G(d)

Obliczenia zostaną przeprowadzone w warunkach normalnych (temp. 298.15K, ciśnienie 1bar), oczywiście można zadać także inne warunki, o czym będzie później. W otrzymanym pliku z wynikami na początku sprawdzamy, czy cząsteczka znajduje się w minimum energetycznym. W tym celu szukamy pierwszej linii z napisem: Frequencies --

 Low frequencies ---   -9.7622    0.0006    0.0006    0.0006    9.5432   21.8606
 Low frequencies ---  253.0301  307.2737  417.1536
 Diagonal vibrational polarizability:
        3.9168100       2.0707571      41.3969289
 Harmonic frequencies (cm**-1), IR intensities (KM/Mole), Raman scattering
 activities (A**4/AMU), depolarization ratios for plane and unpolarized
 incident light, reduced masses (AMU), force constants (mDyne/A),
 and normal coordinates:
                     1                      2                      3
                     A                      A                      A
 Frequencies --   253.0301               307.2615               417.1529
 Red. masses --     1.1497                 1.0711                 2.6404
 Frc consts  --     0.0434                 0.0596                 0.2707
 IR Inten    --    26.0210               105.2035                11.2676
 Atom AN      X      Y      Z        X      Y      Z        X      Y      Z
   1   8    -0.00   0.00   0.08    -0.00   0.00   0.04     0.22  -0.06   0.00
   2   6     0.00  -0.00  -0.05    -0.00  -0.00   0.06    -0.02   0.19  -0.00
   3   1     0.03   0.08  -0.11     0.01  -0.02   0.08    -0.07   0.17   0.01
   4   6    -0.00   0.00  -0.01     0.00   0.00  -0.03    -0.19  -0.05  -0.00
   5   1    -0.03  -0.08  -0.11    -0.01   0.02   0.08    -0.07   0.17  -0.01
   6   1    -0.00   0.00  -0.35    -0.00   0.00  -0.92     0.05  -0.35  -0.00
   7   1     0.00   0.00   0.54    -0.00  -0.00  -0.25     0.09  -0.41   0.00
   8   1    -0.29  -0.35  -0.25     0.15   0.11   0.04    -0.49  -0.10  -0.01
   9   1     0.29   0.35  -0.25    -0.15  -0.11   0.04    -0.49  -0.10   0.01
                     4                      5                      6
                     A                      A                      A
 Frequencies --   830.4216               911.8792              1043.4321
 Red. masses --     1.0798                 2.2036                 2.1690
 Frc consts  --     0.4387                 1.0796                 1.3914
 IR Inten    --     0.0130                10.1043                55.6967
 Atom AN      X      Y      Z        X      Y      Z        X      Y      Z
   1   8     0.00   0.00   0.02     0.14   0.09  -0.00     0.07   0.09  -0.00
 

Jeżeli zaznaczona cyfra nie jest ujemna, znaczy to, że struktura jest minimum energetycznym. Jeżeli wartości liczby jest ujemna, wówczas mamy do czynienia ze stanem przejściowym (maksimum energetyczne). Jeżeli poszukujemy struktury w minimum, musimy dokonać niewielkiej zmiany geometrii cząsteczki i potworzyć optymalizację oraz obliczenia częstości. Jeżeli wszystko jest w porządku szukamy w pliku tekstowym linii z napisem Zero-point correction= znajdujemy to w odpowiednim fragmencie pliku.

 Vibrational temperatures:    364.05   442.08   600.19  1194.79  1311.99
(Kelvin) 1501.26 1617.76 1718.95 1859.58 1885.61
2054.69 2132.38 2178.18 2204.01 2246.67
4291.09 4324.44 4399.05 4500.17 4508.95
5394.86

Zero-point correction= 0.080327 (Hartree/Particle)
Thermal correction to Energy= 0.084586
Thermal correction to Enthalpy= 0.085530
Thermal correction to Gibbs Free Energy= 0.054970
Sum of electronic and zero-point Energies= -154.953473
Sum of electronic and thermal Energies= -154.949215
Sum of electronic and thermal Enthalpies= -154.948271
Sum of electronic and thermal Free Energies= -154.978831

E (Thermal) CV S
KCal/Mol Cal/Mol-Kelvin Cal/Mol-Kelvin
Total 53.078 13.368 64.320
Electronic 0.000 0.000 0.000
Translational 0.889 2.981 37.406
Rotational 0.889 2.981 22.318
Vibrational 51.301 7.407 4.596
Vibration 1 0.664 1.758 1.709
Vibration 2 0.697 1.660 1.377
Vibration 3 0.780 1.433 0.902

 

W tym fragmencie znajdują się najbardziej interesujące wartości. Dziś poznamy dwie wartości entalpię ΔH,  oraz entalpię swobodną ΔG (energia Gibbsa), które znajdują się w określonych liniach tekstu:

ΔH = Sum of electronic and thermal Enthalpies      =         –154.948271
ΔG = Sum of electronic and thermal Free Energies =         –154.978831

Mając reakcję np.: CH3OH + 3/2O2 → CO2 + 2H2O, możemy obliczyć ΔH, ΔG poszczególnych substratów oraz produktów, oraz korzystając z prawa Hessa wyliczyć energie spalania metanolu.

Ćwiczenie

Oblicz entalpię spalania metanolu (w kcal/mol) oraz podaj w komentarzach twoją wyliczoną wartość energii dla poszczególnych cząsteczek oraz dla całej reakcji. Dodatkowo podaj czas obliczeń. Wybierz jedną z podanych poniżej metod. Swoje wyniki umieść w komentarzu. Po wykonaniu ćwiczenia przez kilka osób można porównać dokładność metod oraz czas jaki jest potrzebny z przeprowadzenia obliczeń.

AM1
B3LYP/6-31G(d)
B3LYP/6-31G(d,p)
B3LYP/6-31++G(d,p)
MP2/6-31G(d)
MP2/6-31G(d,p)

*Pamiętaj aby w obliczeniach przeprowadzić także optymalizację najplepeij wykonaj ją razem z obliczeniami częstości  #opt freq METODA/BAZA.

*aby przeliczyć energię z Hartree na kcal/mol wystarczy pomnożyc wartość energii przez 627.509.

[1] Jeżeli mamy w pliku kilka linii zawierające słowa SCF Done: wybieramy ostatnią linię zawierającą te słowa.
[2] Aby przeliczyć na kcal/mol mnożymy wartość uzyskaną w Hartree przez 627.509.
[3] D oznacza to samo co E, różnica polega na tym ze liczba przed została obliczona z podwójną precyzja (Double precision) czyli w naszym wypadku mamy -0.98712003835432 * 103 Hartree

Dalej

Funkcje termodynamiczne ΔE, ΔH, ΔG

Obliczenie energii układu jest jednym z podstawowych obliczeń, energię wykorzystuje się do:

  • porównywania konformerów, wybieranie konformeru o najmniejszej energii
  • zestawiania diagramów energetycznych dla ścieżek reakcji chemicznych, dzięki temu można wybrać odpowiedni mechanizm
  • obliczenia entalpii reakcji chemicznych
  • spektroskopii
  • obliczania energii oddziaływań, trwałości układów – korelacja z wynikami eksperymentalnymi

Przeprowadzenie obliczeń optymalizacji

Po zbudowaniu cząsteczki oraz jej zapisu do pliku tekstowego, możemy zadać odpowiednie parametry w sekcji oznaczonej znakiem #. Dla osób nie pamiętających struktury pliku wsadowego, proszę  zapoznać się z artykułem struktura pliku wsadowego Gaussiana. Aby wykonać optymalizację wpisujemy słowo kluczowe opt a następnie metodę i bazę np.:

# opt B3LYP/6-31G(d)

Korzystając z programu z interfejsem graficznym – Molden, możemy te opcje ustawić bezpośrednio z okna programu po kliknięciu przycisku Z-Mat Editor, a następnie zaznaczeniu na dole tego okna przycisku Gaussian, oraz wybranie Submit Job (ilustracja tego została przedstawiona w cześniejszych materiałach). Tak przygotowany plik, po ustawieniu odpowiednich parametrów dla pamięci (%mem=1500MB), procesora (%nproc=2) oraz check pointa (%chk=nazwa.chk) możemy skopiować na komputer ICM oraz wykonać obliczenia.



Ćwiczenie

Uprzejmie proszę o wykonanie tego ćwiczenia, ponieważ jest to etap obliczeń, którego nie można pominąć!

Proszę zbudować cząsteczkę etanolu, następnie zapisać ją w układzie kartezjanskim pod nazwą etanol_xyz.inp, oraz w postaci Z-macierzy pod nazwą etanol_zmat.inp[1] Następnie proszę przed wysłaniem obliczeń na komputery ICM otworzyć te pliki w edytorze tekstowym. Sugeruję na samym początku uruchomić program WinScp i zalogować się na komputer w Centrum obliczeniowym ICM, a następnie wybrać w oknie po prawej stronie katalog, w którym zapisany jest plik i otworzyć go do edycji (F4 Edit).

Proszę o dopisanie odpowiednich parametrów obliczeń takich jak chk, mem, nproc, #, komentarz, ładunek i multipletowość, oraz skasowanie jednej linii z formatu Kartezjańskiego mówiącej o liczbie atomów w cząsteczce, dodatkowo proszę na końcu pliku wprowadzić kilka pustych linii. Obliczenia proszę ustawić tak, aby przeprowadzić optymalizacje metodą B3LYP/6-31G(d)[2].

Pliki powinny mniej więcej wyglądać następująco:

etanol_xyz.inp:

%mem=1500mb
%nproc=2 %chk=etanol_xyz.chk
# opt B3LYP/6-31G(d)

komentarz moj np.: moje pierwsza optymalizacja, wole liczyć niz konsumować ;)

0 1
O 0.000000 0.000000 0.000000
C 0.000000 0.000000 1.400000
H 1.026720 0.000000 1.762996
C -0.683537 1.183920 1.883333
H -0.513360 -0.889165 1.763000
H 0.447834 -0.775672 -0.316667
H -0.683537 1.183920 2.972333
H -0.170177 2.073085 1.520333
H -1.710256 1.183920 1.520333

etanol_zmat.inp:

%mem=1500mb
%nproc=2
%chk=etanol_zmat.chk
# opt B3LYP/6-31G(d)

komentarz moj np.: moja druga optymalizacja
0 1

o
c 1 co2
h 2 hc3 1 hco3
c 2 cc4 1 cco4 3 dih4
h 2 hc5 1 hco5 3 dih5
h 1 ho6 2 hoc6 4 dih6
h 4 hc7 2 hcc7 1 dih7
h 4 hc8 2 hcc8 7 dih8
h 4 hc9 2 hcc9 7 dih9

co2      1.400000
hc3      1.089000
hco3     109.471
cc4       1.450000
cco4     109.471
dih4      120.000
hc5       1.089000
hco5     109.471
dih5     -120.000
ho6       0.950000
hoc6     109.471
dih6      180.000
hc7       1.089000
hcc7     109.471
dih7      180.000
hc8       1.089000
hcc8     109.471
dih8      120.000
hc9       1.089000
hcc9      109.471
dih9      240.000

[1] W programie Molden zapis dokonujemy poprzez wybranie opcji Write po skonstruowaniu cząsteczki. Przeważnie cząsteczka jest zapisywana w tym samym katalogu gdzie program został zainstalowany, chyba że została podana inna opcja.

Molden_screen

[2] Nacisk na tekstowy sposób edycji plików wsadowych nie jest przypadkowy. Doświadczenie pokazało niejednokrotnie, że ustawienie w pliku tekstowym parametrów jest bardziej wydajne niż korzystanie z różnych opcji programów, w szczególności, że nie wszystkie metody i bazy są uwzględnione w opcjach programów graficznych.

Dalej

 Optymalizacja geometrii cząsteczki

Optymalizacja geometrii cząsteczki jest jednym z podstawowych obliczeń w modelowaniu molekularnym i jest wykorzystywana do:

– przeprowadzenia następnych obliczeń na bazie uzyskanej geometrii cząsteczki (energia, drgania, rozkład ładunku)
– porównywania uzyskanych parametrów geometrycznych (odległości atomów, długości wiązań, kąty) z wynikami eksperymentalnymi np: X-ray, NMR, IR itp.
– ilustracji konformerów, sposobu ułożenia grup w cząsteczce, sposobu oddziaływania
– prezentacji i ilustracja wyników badań

Znalezienie najlepszej geometrii (optymalnej) cząsteczki jest rzeczą bardzo ważną, ponieważ w dużej mierze to od niej zależą następne obliczenia jakie wykonujemy dla układu – np: wartość energii, drgania,  rozkład ładunku.

Metoda Sprzężonych Klasterów (Coupled Claster) została rozwinięta w fizyce jądra atomowego przez Coestera [1], a wprowadzona do chemii kwantowej przez Čižka [2] oraz rozwiniętą przez Paldusa i Čižka[3]. Problem korelacji ruchów jakichkolwiek wielu ciał jest niezwykle trudnym zagadnieniem. Sinanoğlu [4] zauważył, ze większa cześć korelacji elektronowej jest uwzględniona, gdy wprowadzi się korelacje elektronową wewnątrz par, a później oddziaływania korelacyjne para-para, para-para-para itp. W sformułowaniu teorii uwzględnia się nie tylko pary, ale ogólnie grupy elektronów. Ogólna idea metody sprzężonych klasterów