Занятие 4.

Вычисление параметров для молекулярной механики.

Суть задания состоит в определении констант ковалентных взаимодействий для молекулярной механики на основе квантово-химических расчётов.

У нас есть оптимизированная структура этана в виде z-matrix:
```
 $DATA
eth
C1
 C   
 C      1   cc 
 H      2   ch   1   cchv 
 H      2   ch   1   cch   3   d1 0
 H      2   ch   1   cch   3   d2 0
 H      1   ch   2   cch   3   d3 0
 H      1   ch   2   cch   5   d3 0
 H      1   chv  2   cch   4   d3 0

cc=1.52986
ch=1.08439
chv=1.08439
cch=111.200
cchv=111.200
d1=120
d2=-120
d3=180
 $END
```
Вместо значений длин и углов связей стоят переменные. Необходимо создать порядка 20 разных файлов для расчёта энергии в Gamess с разными значениями по длине одной из связей. Для этого в представленных координатах одна связь или угол отличается названием переменной, но не её значением. Автоматизируем процесс с помощью скрипта на bash.
Сначала создадим файл-заготовку для размножения et.inp. Для этого к координатам добавим шапку для DFT из предыдущего практикума. Но нам нужно изменить информацию о типе входных координат: заменим COORD=CART на COORD=ZMT.
Для того, чтобы проверить, работает ли файл-заготовка, запустим GAMESS => получаем файл et.log без ошибок. Идем дальше!

Теперь создадим текстовый файл скрипта make_b.bash со следующим содержанием:

#!/bin/bash
### делаем цикл от -10 до 10 ##### 

for i in {-10..10}; do 

#### нам надо рассчитать новую длину связи #####
#### с шагом 0.02 ангстрема,               #####
#### воспользуемся калькулятором bc        #####
#### и результат поместим в переменную nb  #####

     nb=$(echo "scale=5; 1.52986 + $i/50" | bc -l)

#### пролистаем файл et.inp и заменим указание переменной ###
#### на новое значение и пере направим результат в файл   ###

     sed "s/cc=1.52986/cc=$nb/" et.inp  > b_${i}.inp

done

Нужно было поправить скрипт так, чтобы стартовая длина изменяемой связи соответствовала файлу et.inp). 1.52986 - стартовая длина изменяемой связи.
Запускаем скрипт :

bash ./make_b.bash

В итоге я получила 21 inp файл и в каждом - разное значение для переменной сс.

Теперь запустим расчёт для этих файлов.
Для этого перед строчкой
```
done
```
вставим запуск Gamess:
```
gms b_${i}.inp 1 > b_${i}.log
```
Запускаем скрипт.

Теперь необходимо извлечь значение энергии из log файла. Удобно воспользоваться awk.
Сначала в скрипте прокомментируем запуск Gamess, поставив в начало строчки c gms #.
```
     gms b_${i}.inp 1 > b_${i}.log
```
####.

Добавим после этой строчки вызов awk, при этом мы ищем строчку с TOTAL ENERGY и печатаем четвертое поле, считая, что поля разделены пробелами:
```
awk '/TOTAL ENERGY =/{print $4}'  b_${i}.log
```
Запускаем скрипт. На экране появляется 21 значение энергии. Теперь удобно было бы выводить и значение длины связи. Для этого добавим перед вызовом awk распечатку переменой nb. Распечатаем переменную и несколько пробелов без переноса строки:
```
echo -n "$nb    "
```
Далее перенаправим поток вывода скрипта в файл bond:
```
bash ./make_b.bash > bond
```
В результате имеем файл bond с двумя столбцами (с длинами связи и соответствующими значениями энергии).
У нас есть зависимость энергии молекулы от длины одной связи. Построим эту зависимость в gnuplot. Для этого запустим Xming->XLaunch. Выберем тип расположения окон, удобно использовать Multiple windows. Next. Выберем Start Program. Run Remote-> Putty. Дальше всё как обычно: kodomo, username.
Перейдем в рабочую директорию. Запустим Gnuplot:
```
gnuplot
```
Построим зависимость энергии от длины связи, просто введем : plot "bond"
В итоге получаем график с точками, похожими на параболу. Теперь надо найти коэффициенты в функции f(x)=a+k(x-b)^2 которые бы позволили наиболее близко описать наблюдаемую зависимость. Для этого воспользуемся возможностями Gnuplot. Сначала зададим функцию в развернутом виде, в строке gnuplot введём:
```
f(x)=a + k*x*x - 2*k*x*b + k*b*b
```
И зададим стартовые значения коэффициентов:
```
a=-80
k=1
b=1.5
```
Проведём подгонку коэффициентов под имеющиеся точки в файле bond:
```
fit f(x) "bond" via a,k,b
```
Сохраним значения коэффициентов в файле koeff.
Построим графики функции и значений энергии из Gamess:
```
plot "bond", f(x)
```
Изображение полученного графика:

Причиной неточного совпадения точек и функции возможно является большая ошибка в определении параметра k.
Проделаем аналогичные операции для валентного угла HCH (cch). Будем изменять его значения от 109.2 до 113.2 с шагом 0.2. В результате получим файл со значениями угла и соответствующими им энергиями. Параметры подгонки. График зависимости энергии от угла:

Полученная апроксимация хорошая - все точки лежат прямо на кривой.
Проделаем аналогичные операции для торсионного угла d3. Будем изменять его значения от -180 до 180 с шагом 12. В результате получим файл со значениями угла и соответствующими им энергиями. График зависимости энергии от угла:

Подгонку не проводили. Эта функция имеет 3 минимума.

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