Учебная страница курса биоинформатики,
год поступления 2012

Семестры Студенты Преподаватели

• 2023
• 2022
• 2021
• 2020
• 2019
• 2018
• 2017
• 2016

• ...

Ab initio вычисления для нафталина и азулена

Отчёт по заданию должен появиться на сайте к следующему занятию.

Необходимые сведения о работе с GAMESS см. здесь.
Вся работа по расчётам и конвертированию файлов будет проходить на kodomo через терминал putty.
Суть задания состоит в поэтапном освоении возможностей GAMESS как стандартного квантово-химического пакета. Сегодня мы найдём оптимальную геометрию для нафталена и азулена и рассчитаем теплоты образования этих молекул разными подходами квантовой механики.

1. Как и в прошлом задании постройте и оптимизируйте с помощью MOPAC структуры нафталена и азулена, если это удобно, то можно сделать на кодомо. SMILES представления ваших молекул представлены ниже:

   1 C1=CC=C2C=CC=C2C=C1 Azulene 
   2 c1ccc2ccccc2c1 Naphthalene 

• Просмотрите полученную структуры в PyMol. Проверьте плоскость геометрии ароматических систем, если оказалось, что молекула не плоская, то попробуйте разные силовые поля MMFF94, MMFF94s, UFF в obgen. Например:

   1 obgen azu.smi -ff MMFF94 > azu.mol 

или:

   1 babel --gen3D -ismi azu.smi -omol azu.mol

2. В результате у Вас должно получиться два файла:

   1 nap.mol
   2 azu.mol

С помощью babel переформатируем координаты в gamin (или inp) формат и имя файла например nap_opt.inp.

   1 babel -imol azu.mol -ogamin azu_opt.inp

И сделаем так, что бы заголовок выглядел так:

   1  $CONTRL COORD=CART UNITS=ANGS SCFTYP=RHF RUNTYP=OPTIMIZE $END
   2  $BASIS GBASIS=N31 NGAUSS=6 $end
   3  $system mwords=2 $end
   4  
   5  $DATA

Это и будут входные файлы для оптимизации геометрии средствами GAMESS.
Проведите оптимизацию геометрии для обоих молекул. Для этого запустите GAMESS следующим образом:

   1 gms nap_opt.inp  1 >& nap_opt.log 
   2 gms azu_opt.inp  1 >& azu_opt.log
   3 
   4 или
   5 
   6 gms nap_opt.inp 1 | tee nap_opt.log 
   7 gms azu_opt.inp 1 | tee azu_opt.log

• Где 1 это количество ядер для расчёта, на текущий момент на kodomo параллельное использование GAMESS не реализовано.

3. На основе полученных координат составьте новые входные файлы для расчёта энергии. Теперь Вам надо будет построить по два файла на каждую молекулу, в первом случае Вы будете вести расчёт методом Хартри-Фока, а во втором используя теорию функционала плотности. Для использования babel вам надо будет переформатировать log файл gamout в gamin. Например, так:

babel -igamout azu_opt.log -ogamin azu_hart.inp

Для расчёта по Хартри-Фоку надо составить файл с таким заголовком:

   1  $CONTRL COORD=CART UNITS=ANGS SCFTYP=RHF RUNTYP=ENERGY $END
   2  $BASIS GBASIS=N31 NGAUSS=6
   3   POLAR=POPN31 NDFUNC=1 $END
   4  $GUESS GUESS=HUCKEL $END
   5  $system mwords=2 $end
   6  
   7  $DATA

• В случае теории функционала плотности заголовок будет таким:

   1  $CONTRL COORD=CART UNITS=ANGS dfttyp=b3lyp RUNTYP=ENERGY $END
   2  $BASIS GBASIS=N31 NGAUSS=6
   3   POLAR=POPN31 NDFUNC=1 $END
   4  $GUESS GUESS=HUCKEL $END
   5  $system mwords=2 $end
   6  
   7  $DATA

4. Рассчитайте четыре системы: два способа на каждую молекулу.
   • Найдите в log файлах расчёта энергии строчку с "TOTAL ENERGY = " и выпишите значения этой энергии в таблицу:

• Определите какой метод лучше если из эксперимента известно, что энергия изомеризации нафталина в азулен составляет 35.3±2.2 kCal/mol

5. * Запустите Gabedit. Архив программы можно взять отсюда. Если вы работает в linux в классе достаточно запустить

/home/preps/golovin/progs/Gabedit64/gabedit

• Выберите кнопочку с синими/красными шариками.

• В новом окне нажмите кнопку "М" -> "Orbitals" -> "Auto" загрузите файл с результатом DFT.

• Выберите HOMO (highest occupied molecular orbital) орбиталь. Постройте поверхность для этой орбитали.Выберите расположение молекулы и сохраните изображение.
• Сделайте тоже самое для LUMO (lowest unoccupied molecular orbital) орбитали. Добавьте изображения в отчёт. Сделайте выводы о разнице между изомерами на основе полученных изображений.