Семи-эмпирические вычисления: MOPAC

Начнём работу с установки переменных:

export PATH=${PATH}:/home/preps/golovin/progs/bin
export MOPAC_LICENSE=/home/preps/golovin/progs/bin

Задание 1

На основе аннотации SMILES порфирина был создан файл 1.smi. C помощью obgen создадим файл с 3D структурой порфирина и откроем ее в PyMOL.
Команда:

obgen 1.smi > 1.mol

Полученный файл 1.mol. Изображение:

В структуре удалили 2 водорода, нарушавших ароматичность, и сохранили файл в формате pdb (1.pdb).
С помощью babel переформатировали координаты во входной файл для Mopac

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

Полученный файл 1_opt.mop. Затем запустили Mopac:

MOPAC2009.exe 1_opt.mop

Файл вывода out 1_opt.out переформатировали в pdb:

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

После открытия полученого pdb файла в PyMOL обнаружилось, что молекула порфирина стала плоской, что согласуется с восстановлением ароматичности после удаления двух водородов.
Изображение:

Задание 2

Было необходимо рассчитать возбужденные состояния порфирина и на основе этих данных оценить спектр поглощения молекулы. Для расчёта возбуждённых состояний была сделана копия mop файла из предыдущего задания 1_opt_spectr.mop. Для указания Mopac о необходимости расчёта возбуждённого состояния в конец файла были добавлены строки:

     пустая строка
     cis c.i.=4 meci oldgeo
     some description

Полученный файл 1_opt_spectr.mop. Затем был запущен Mopac:

MOPAC2009.exe 1_opt_spectr.mop

Полученный файл 1_opt_spectr.out. Значения энергий для электронных переходов в конце файла были пересчитаны в длину волн, при которых происходят эти переходы:

ENERGY(EV)	WAVE LENGTH(nm)
1.914365	648
2.266802	547
2.464170	503
2.825733	439
3.364386	369
3.391543	366
3.669162	338
3.871959	320

Задание 3

Для молекулы O=C1C=CC(=O)C=C1 была определена геометрия с помощью obgen и с помощью Мopac (см. задание 1).
Файл 3.smi был подан на вход программе obgen, получен файл 3.mol. C помощью babel он был преобразован во входной для MOPAC формат (файл 3_opt.mop). После запуска MOPAC был получен файл 3_opt.out, который был преобразован в формат pdb (3_opt.pdb).
Изображение полученных структур, наложенных друг на друга, зеленым цветом представлены атомы углерода из 3_opt.pdb, голубым - из 3.pdb:

Затем был преобразован файл 3_opt.mop: были добалена строка CHARGE=-2, а также явным способом указаны атомы, накоторых должен находиться отрицательный заряд. Полученный файл 3_opt_dianion.mop. С помощью MOPAC был получен файл 3_opt_dianion.out, который затем был преобразован в pdb файл 3_opt_dianion.pdb.
Изображения структур 3_opt.pdb и 3_opt_dianion.pdb, наложенные друг на друга, атомы углерода для первой структуры зеленые, для второй - красные:

Заметно, что молекула дианиона вытянута вдоль оси, соединяющей кислороды, что можно объяснить взаимным отталкиванием двух отрицательно заряженных атомов.