Занятие 3.

Abinitio вычисления для нафталина и азулена.

Суть задания состоит в поэтапном освоении возможностей GAMESS как стандартного квантово-химического пакета. Необходимо найти оптимальную геометрию для нафталена и азулена и рассчитать теплоты образования этих молекул разными подходами квантовой механики.

Задание 1.

Построим и оптимизируем с помощью MOPAC структуры нафталена и азулена. SMILES представления этих молекул:

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

Результаты сохранены в файлах azu.smi и nap.smi. Чтобы молекула азулена стала плоской, применим в obgen силовое поле UFF:

obgen azu.smi -ff UFF > azu.mol 
  obgen nap.smi -ff UFF > nap.mol

В результате работы MOPAC были получены файлы azu.out и nap.out.
Полученные структуры в PyMol выглядят следующим образом:

Обе структуры nap.pdb и azu.pdb являются плоскими.
Затем с помощью babel переформатировала координаты в gamin формат и сохранила в файлах nap_opt.inp и azu_opt.inp. Сделаем так, что бы заголовки выглядели следующим образом:

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

Это и есть входные файлы для оптимизации геометрии средствами GAMESS.

Задание 2.

Необходимо провести оптимизацию геометрии для обоих молекул. Для этого запустила GAMESS следующим образом:

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

В результате получаем оптимизированные файлы nap_opt.log и azu_opt.log.
Оптимизация геометрии проводилась с базисом: 6 гауссовых функций для невалентных электронов и 4 гауссовые функции для валентных электронов.

Задание 3.

На основе полученных координат необходимо составить новые входные файлы для расчёта энергии.
Затем нужно построить по два файла на каждую молекулу, в первом случае будем вести расчёт методом Хартри-Фока, а во втором - используя теорию функционала плотности. Для исползования babel переформатируем log файлы gamout в gamin и сохраним их в файлах nap_opt2.inp и azu_opt2.inp.
Для расчёта по Хартри-Фоку составим файлы с таким заголовком:

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

В случае теории функционала плотности заголовок будет таким:

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

Рассчитаем четыре системы: два способа на каждую молекулу.
Результаты сохранены в файлах: nap_opt2HF.log (нафталин методом Хартри-Фока), nap_opt2DFT.log (нафталин по теории функционала плотности), azu_opt2HF.log (азулин методом Хартри-Фока) и azu_opt2DFT.log (азулин по теории функционала плотности).

Задание 4.

Необходимо было найти в log файлах расчёта энергии строчку с "TOTAL ENERGY = " и выписать значения этой энергии в таблицу:

Вещество Хартри-Фок DFT

Naphthalene -383.3546611998 -385.6400108661

Azulene -383.2824690384 -385.5857491497

Δ, Hartree 0.0722 0.0543

Δ, kCal/mol 45.3062 34.0738

Известно, что энергия изомеризации нафталина в азулен составляет 35.3±2.2 kCal/mol.
Следовательно, результат, полученный с помощью теории функционала плотности (DFT) лучше.

<<Обратно на шестой семестр
<<Обратно на главную страницу