Cеми-эмпирические вычисления: Mopac

1. С помощью программы из babel построим 3D структуру порфирина:

   obgen 1.smi > 1.mol

   И удалим ненужные водороды. Сохраним в файле: 1.pdb. В результате получим изображение:
   
   
   Изображение сбоку:
   
   
   
   Видим, что структура не является плоской. C помощью babel переформатируем координаты в mol формате во входной файл для Mopac.

   babel -ipdb 1.pdb -omop  1_opt.mop -xk "PM6"
   

   Получили файл: 1_opt.mop.
   Теперь запустим Mopac :

   MOPAC2009.exe 1_opt.mop 

   Для того, чтобы просмотреть результат оптимизации в PyMol, переформатируем файл 1_opt.out в pdb:

   babel -imopout 1_opt2.out -opdb 1_opt2.pdb
   

   Полученный файл: 1_opt.pdb.
   
   Оптимизированная структура выглядит так:
   
   
   
   На это раз наблюдаем плоскую молекулу.
   
   Проведем оптимизацию с параметризацией AM1:

   babel -ipdb 1.pdb -omop  1_opt2.mop -xk "AM1"
   

   Также запустим Mopac и переформатируем полученный файл в pdb. В результате получим файл:
   
   1_opt2.pdb.
   
   Полученное изображение:
   
   
   
   Видим, что молекула, оптимизированная с параметризацией AM1, тоже является плоской.
   
   

2. Расчет возбужденных состояний порфирина и спектра поглощения молекулы
   
   Для расчёта возбуждённых состояний сделаем копию mop-файла из предыдущего занятия и назовем его 1_opt_spectr.mop. Для указания Mopac о необходимости расчёта возбуждённого состояния добавим в конец файла пустую строку и строку:

   cis c.i.=4 meci oldgeo

   Перезапустили MOPAC. В выходе получили следующую таблицу:

     STATE       ENERGY (EV)        Q.N.  SPIN   SYMMETRY     POLARIZATION
            ABSOLUTE     RELATIVE                            X       Y       Z
   
       1+    0.000000    0.000000     1+  SINGLET     ????
       2     1.913312    1.913312     1   TRIPLET     ????
       3     2.266014    2.266014     2   SINGLET     ????
       4     2.463186    2.463186     2   TRIPLET     ????
       5     2.823915    2.823915     3   TRIPLET     ????
       6     3.362161    3.362161     4   TRIPLET     ????
       7     3.389757    3.389757     3   SINGLET     ????  0.2031  0.2347  0.0010
       8     3.669242    3.669242     4   SINGLET     ????  2.3899  2.0438  0.0085
       9     3.871323    3.871323     5   SINGLET     ????  1.5461  1.7992  0.0084
    The "+" symbol indicates the root used.

   По формуле находим частоты и длины волн:

   E (eV)      Wave Length (nm)
   1.913312    649
   2.266014    548
   2.463186    504
   2.823915    440
   3.362161    369
   3.389757    366
   3.669242    338
   3.871323    321

3. Определение геометрии молекулы пара-бензохинона
   
   Определим геометрию молекулы O=C1C=CC(=O)C=C1 (пара-бензохинон) как с помощью obgen, так и с помощью Мopac (для Mopac будем использовать параметризацию pm6).
   
   В результате были получены следующие файлы: benz.pdb (результат программы obgen) и benz_opt.pdb(результат программы Mopac).
   
   Изображение выдачи программы obgen:
   
   
   
   Программы mopac:
   
   
   
   Наложение структур:
   
   
   
   Видно, что структуры различаются незначительно.
   
   Теперь определим теперь геометрию дианиона этой молекулы.
   Для этого добавим в первую строчку mop-файла слово CHARGE=-2 и явным способом укажем, на каких атомах должен находиться отрицательный заряд (допишем после символов O "(-)"). Сохраним изменения в файле benz_opt2.mop.
   
   Запустим Mopac. Переформатируем файл в pdb и получим: benz_opt2.pdb
   
   Структура дианиона:
   
   
   
   Сравнение со структурой незаряженной молекулы, полученной с помощью Mopac:
   
   
   
   Связи незаряженной молекулы окрашены голубым, заряженной - сиреневым. Видно, что в молекуле дианиона связи С-O более вытянуты (из-за отталкивания отрицательно заряженных атомов кислорода).