Учебная страница курса биоинформатики,
год поступления 2009

Семестры Студенты Преподаватели

• 2023
• 2022
• 2021
• 2020
• 2019
• 2018
• 2017
• 2016

• ...

Abinitio вычисления для нафталина и азулена

Отчёт по заданию должен появиться на сайте к следующему занятию.

Необходимые сведения о работе с GAMESS см. здесь.
Вся работа по расчётам и конвертированию файлов будет проходить на kodomo через терминал putty.
Суть задания состоит в поэтапном освоении возможностей GAMESS как стандартного квантово-химического пакета. Сегодня мы найдём оптимальную геометрию для нафталена и азулена и рассчитаем теплоты образования этих молекул разными подходами квантовой механики.

1. Как и в прошлом задании постройте и оптимизируйте с помощью MOPAC структуры нафталена и азулена, если это удобно, то можно сделать на кодомо. SMILES представления ваших молекул представлены ниже:

   1 Azulene : C1=CC=C2C=CC=C2C=C1 
   2 Napthalene: c1ccc2ccccc2c1

• Просмотрите полученную структуры в PyMol. Проверьте плоскость геометрии ароматических систем, если оказалось, что молекула не плоская, то попробуйте разные силовые поля MMFF94, MMFF94s, UFF в obgen. Например:

   1 obgen myfile.smi -ff MMFF94 > my.mol 

2. В результате у Вас должно получиться два файла: nap.out и azu.out. С помощью babel переформатируем координаты в gamin формат и имя файла например nap_opt.inp . И сделаем так, что бы заголовок выглядел так:

   1 $CONTRL COORD=CART UNITS=ANGS   SCFTYP=RHF RUNTYP=OPTIMIZE $END
   2 $BASIS  GBASIS=N31 NGAUSS=6  $end
   3 $system mwords=2 $end
   4 $DATA

• Это и будут входные файлы для оптимизации геометрии средствами GAMESS.
  Проведите оптимизацию геометрии для обоих молекул. Для этого запустите GAMESS следующим образом:

   1 gms nap_opt.inp  1 >& nap_opt.log 
   2 gms azu_opt.inp  1 >& azu_opt.log

• Где 1 это количество ядер для расчёта, на текущий момент на kodomo параллельное использование GAMESS не реализовано.

3. На основе полученных координат составьте новые входные файлы для расчёта энергии. Теперь Вам надо будет построить по два файла на каждую молекулу, в первом случае Вы будете вести расчёт методом Хартри-Фока, а во втором используя теорию функционала плотности. Для исползования babel вам надо будет переформатировать log файл gamout в gamin. Для расчёта по Хартри-Фоку надо составить файл с таким заголовком:

   1 $CONTRL COORD=CART UNITS=ANGS   SCFTYP=RHF RUNTYP=ENERGY $END
   2 $BASIS  GBASIS=N31 NGAUSS=6
   3  POLAR=POPN31 NDFUNC=1 $END
   4 $GUESS  GUESS=HUCKEL $END
   5 $system mwords=2 $end
   6 $DATA

• В случае теории функционала плотности заголовок будет таким:

   1 $CONTRL COORD=CART UNITS=ANGS   dfttyp=b3lyp RUNTYP=ENERGY $END
   2 $BASIS  GBASIS=N31 NGAUSS=6
   3  POLAR=POPN31 NDFUNC=1 $END
   4 $GUESS  GUESS=HUCKEL $END
   5 $system mwords=2 $end
   6 $DATA

4. Рассчитайте четыре системы: два способа на каждую молекулу.
   • Найдите в log файлах расчёта энергии строчку с "TOTAL ENERGY = " и выпишите значения этой энергии в таблицу:

• Определите какой метод лучше если из эксперимента известно, что энергия изомеризации нафталина в азулен составляет 35.3±2.2 kCal/mol

5. * Запустите molden. Архив программы можно взять отсюда. Распакуйте архив в любое место, желательно диск Z. Запустите X-ming->X-launch через список программ windows. Выберите удобное вам расположение окон. В поле Display number установите значение 9999. В следующем экране wizard оставьте отметку напротив no client, Next->Next->Finish.
   
   Запустите molden.exe. Считайте файл с результатом DFT, кнопка Read. Перейдите в режим плотности ("Dens. Mode"). Выберите HOMO орбиталь (HOMO-highest occupied molecular orbital ). Постройте поверхность для этой орбитали (кнопка Space) со значением контура 0.05. Появятся красно-желтые контуры, перейдите в режим OpenGL с помощью кнопки с квадратиками правее кнопки Euclid. Выберите расположение молекулы и сохраните изображение. Сделаете тоже самое для LUMO (lowest unoccupied molecular orbital). Добавьте изображения в отчёт. Сделайте выводы о разнице между изомерами на основе полученных изображений. Здесь находиться сайт с документацией к Molden.