На главную страницу
На страницу шестого семестра

Вычисление точечных зарядов и VdW параметров для молекулярной механики

Задание 1

Суть задания состоит в расчёте точечных зарядов на атомах этана. Файл топологии, этот файл содержит описание ковалентных и нековалентных взаимодействий. С помощью расчёта энтальпии испарения найдём оптимальные параметры для описания Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий.

1) Начнем с того, что определим точечные заряды. Для этого воспользуемся набором скриптов RED на perl. С помощью babel сделаем pdb файл этана из результатов оптимизации из предыдущего практикума. Добавим путь к скриптам в системный путь:

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

Теперь с помощью скрипта Ante_RED.pl подготовим pdb файл.

Ante_RED.pl et.pdb

Переименунем p2n файл в Mol_red1.p2n (входной файл следующего скрипта). Запустите RED.

RED-vIII.4.pl

В директории Data-RED мы можем найти файл Mol_m1-o1.mol2 с координатами атомов и зарядами.

2) Создадим файл описания молекулы в формате пакета программ GROMACS. Единица измерения расстояния в GROMACS нанометр. Пусть имя файла будет et.top. В файлах этого типа комментарии находятся после ";". В первых двух строчках мы задаём некоторые правила [ defaults ]. Дальше мы задаём типы атомов и собственно параметры для функции Ленорда-Джонса [ atomtypes ]. Будем считать, что в случае этана Ван-дер-Ваальсовое взаимодействие между атомами углерода разных молекул минимально, так как углероды почти полностью экранированы атомами водорода. Поэтому поставим для углерода некоторые параметры. Ван-дер-Ваальсовый радиус водорода, т.е. сигма нам известен из многих источников, см. webelements.com. Итак у нас получилось, что в этом разделе всего одна переменная это epsilon для водорода. Дальше переходим непосредственно к описанию молекулы [ moleculetype ]. Здесь мы описываем имя и указываем, что соседи через три связи не учитываются при расчете Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий. Это верно так, как мы включаем это взаимодействие в торсионные углы. Добавим атомы этана [ atoms ]. В первом столбце идёт номер атома. На него мы будем ссылаться при описании связей. Переходим к описанию связей. Константу жесткости и длину связи C-C берём из предыдущего занятия, а для связи С-H константу жёсткости берём так, чтоб изменения значений для обеих связей были пропорциональны. В итоге имеем файл et.top.

3) Наша следующая задача промоделировать испарение этана.
Даны два состояния системы, первое соответствует газовой фазе, где расстояния между молекулами порядка 50 ангстрем. Вторая система имеет такую же плотность как и жидкий этан. Наша задача провести короткое моделирование динамики каждой из этих систем о определить разницу в энергии VdW взаимодействий между системами. И сравнить эту разнице с энтальпией испарения этана. При Т=25 это значение равно 5.4 кДж/моль. Epsilon для водорода нам не известна. По аналогии с занятием 4 создадим 7 топологий с разными значениями epsilon.

4)Получены значения энергий VdW взаимодействий. VdW взаимодействия в газообразном этане очень малы и имеют порядок не более 10-4, в жидком этане энергия VdW имеет минимальный порядок 1. Чтобы воспроизводилась энтальпия испарения этана epsilop водорода должна лежать в диапазоне от 0.01562 до 0.03703.

Файлы по практикуму.