Cеми-эмпирические вычисления: Mopac

1. Оптимизация

Первым делом я создала файл 1.smi, в котором записан SMILES порфирина, а через несколько пробелов porphyrin. А затем на основе этого описания c помощью программы из openbabel построила его 3D структуру.

obgen 1.smi > 1.mol

Как можно видеть на рисунке 1, структура отнюдь не плоская, а, значит, удаляем лишние водороды.



Рис. 1. Неотредактированная структура порфирина.

extract h, id 39+40
 remove h

Рис. 2. Порфирин без лишних водородов.

Экспортируем в pdb файл, а потом преобразуем в формат, чтобы оптимизировать при помощи Mopac.

babel -ipdb 1.pdb -omop 1_opt.mop -xk "PM6"
 MOPAC2009.exe 1_opt.mop
 babel -imopout 1_opt.out -opdb 1_opt.pdb

На рисунке 3 можно видеть, что после оптимизации мы получили плоскую структуру, а на рисунке 4 - совмешение оптимизированной структуры и исходной.

Рис. 3. Оптимизированный порфирин.

Рис. 4. Совмещение исходной (бежевый) структуры и оптимизированной (cyan).

2.

Необходимо рассчитать возбужденные состояния порфирина и на основе этих данных прикинуть спектр поглощения молекулы. Для начала в конец полученного до этого файла нужно добавить строки:

cis c.i.=4 meci oldgeo
some description

а затем запустить Mopac

MOPAC2009.exe 1_opt_spectr.mop

На выходе получили файл. Нам нужны значения энергий для электронных переходов, которые находятся в конце файла. Ниже представлены значения длинн волн, при которых происходят эти переходы.

						

	STATE		ENERGY(EV)		WAVELENGTH	


		ABSOLUTE(nm)


	1+		0,000000		0	


	2		1,914982		647,443	


	3		2,267356		546,823	


	4		2,464879		503,003	


	5		2,826510		438,648	


	6		3,365178		368,433	


	7		3,392490		365,467	


	8		3,669238		337,902	


	9		3,872141		320,195

3.

Необходимо при помощи obgen и Mopac определить геометрию молекулы O=C1C=CC(=O)C=C1. Ход действий такой же, как и до этого.

Рис. 5. Молекула, полученная при помощи obgen

Рис. 6. Совмещение исходной структуры и оптимизированной.

Затем в mop файле я добавила в первой строчкe CHARGE=-2 и явно указала на атомах кислорода заряд. При сравнении заметно, что в молекуле с зарядом связи C=O длиннее, чем в молекуле без заряда.

Рис. 7. Совмещение молекулы без заряда (cyan) и с зарядом (magenta).

4. Тиминовый димер

Дан тиминовый димер и необходимо увидеть переход из димера в тимины при возбуждении системы. Ниже представлены три состаяния (рис. 8-10)

Рис. 8. Тиминовый димер, заряд системы 0.

Рис. 9. Тиминовый димер, заряд системы +2.

Рис. 10. Тиминовый димер, заряд системы 0.

Ниже представлены энергии каждого из состояний. По ним можно увидеть, что обраного перехода не происходит, т.к. энергия последнего состояния 
меньше энергии первого, а значит димер менее устойчив.
	
	

	TOTAL ENERGY	


	-3273.58217 EV	


	-3253.90755 EV


	-3273.68893 EV