Занятие 4.

1. Вам предоставлена 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
   

   Как вы видите, вместо значений длин и углов связей стоят переменные. Наша цель состоит в том, что бы 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.
   Конечно можно сделать эти файлы вручную, но давайте попробуем автоматизировать процесс с помощью скрипта на bash. Bash это интерпретатор командной строки который автоматически запускается при присоединении к kodomo.

2. Составьте файл-заготовку для размножения, пусть имя файла будет et.inp. Для этого к координатам добавьте шапку для dft из предыдущего практикума. Только надо изменить информацию о типе входных координат: замените COORD=CART на COORD=ZMT. Проверьте работает ли Ваш файл-заготовка, т.е. запустите GAMESS если выходной файл не содержит ошибок, то переходим к следующему пункту.

3. Теперь давайте 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; 1.001 + $i/50" | bc -l)
   
   #### пролистаем файл et.inp и заменим указание переменной ###
   #### на новое значение и пере направим результат в файл   ###
   
        sed "s/cc=1.001/cc=$nb/" et.inp  > b_${i}.inp
   
   done
   

   Поправьте скрипт так, что бы стартовая длина изменяемой связи соответствовала файлу et.inp. Запустите Ваш скрипт :

    bash ./make_b.bash 

   Проверьте результат. У Вас должен быть 21 inp файл и в каждом разное значение для переменной сс.

4. Давайте запустим расчёт для этих файлов, для этого перед строчкой с

   done

   вставим запуск Gamess:

   gms b_${i}.inp 1 > b_${i}.log

   Запустите скрипт и через какое-то время расчёт закончится. Теперь нам надо извлечь значение энергии из log файла. Удобно воспользоваться awk.
   Сначала в нашем скрипте комментируем запуск Gamess поставив в начало строчки c gms # . Не пропустите это шаг! Добавим после за комментированной строчки вызов awk, при этом мы ищем строчку с TOTAL ENERGY и печатаем 4ое поле считая что поля разделены пробелами:

   awk '/TOTAL ENERGY =/{print $4}'  b_${i}.log 

   Запустите скрипт. На экране должно появится 21 значение энергии. Теперь удобно было бы выводить и значение длины связи, для этого добавьте перед вызовом awk распечатку переменой nb. Распечатаем переменную и несколько пробелов без переноса строки:

   echo -n "$nb    "

   Теперь запустите скрипт и если результат Вам подходит, т.е. есть две колонки цифр, то можно пере направить поток в файл : bash ./make_b.bash > bond
   

5. У вас есть зависимость энергии молекулы от длины одной связи. Эту зависимость можно построить в Excel. Вам предлагается сделать это в gnuplot.
   Запустите Xming->XLaunch. Выберите тип расположения окон, удобно использовать Multiple windows. Next. Выберите Start Program. Run Remote-> Putty. Дальше всё как обычно: kodomo, username.
   Перейдите в рабочую директорию. Запустите Gnuplot:

   gnuplot

   Постройте зависимость энергии от длины связи, просто введите : plot "bond"
   У вас должен появиться график с точками похожими на параболу. Теперь нам 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 

   Сохраните значения коэффициентов. Постройте графики функции и значений энергии из Gamess.

   plot "bond", f(x)

   Сохраните изображение для отчёта. В отчёте обсудите причину не точного совпадения точек и функции.

6. Проделайте аналогичные операции для валентного угла HCH, его значения должны изменяться от 109.2 до 113.2. Сохраните полученные коэффициенты в отчёт. Примечание: не перезаписывайте файл со значениями энергий они Вам нужны для отчёта. Сравните полученные константы с данными из статьи о GAFF. Укажите возможные причины расхождений ваших результатов и публикацией.

7. Проделайте аналогичные операции для торсионного угла d3, его значения должны изменяться от -180 до 180 c шагом 12. Подгонку проводить не надо. Сохраните изображение и укажите в отчёте количество минимумов функции.

8. * Увеличьте шаг до 0.1 ангстрема при расчёте связи. Постройте зависимость. Укажите какой функцией можно было бы аппроксимировать наблюдаемую зависимость.