Abinitio вычисления для нафталина и азулена

1.

Как в прошлом задании были построены и оптимизированы с помощью MOPAC структуры нафталена (c1ccc2ccccc2c1) и азулена (C1=CC=C2C=CC=C2C=C1):

Полученные для нафталена файлы: naph.smi, naph.mol, naph_opt.mop, naph_opt.arc, naph_opt.out, naph_opt.pdb.

Файлы для азулена: azul.smi, azul.mol, azul_opt.mop, azul_opt.arc, azul_opt.out, azul_opt.pdb.

Полученная структура нафталена представлена на рис. 1, азулена - на рис. 2.

         

                 Рис. 1. Нафтален.                                                      Рис. 2. Азулен.

В то время как структура нафталена получилась плоской, азулена - нет, следовательно, нужно попробовать применить другое силовое поле для ее оптимизации. Для применения поля UFF изменяем команду obgen:

Повторением действий, описанных выше, получены файлы: azul_uff.mol, azul_uff_opt.mop, azul_uff_opt.arc, azul_uff_opt.out, azul_uff_opt.pdb.

Теперь структура плоская (рис. 3), как и должно быть в случае ароматического соединения.

Рис. 3. Структура азулена после оптимизации в силовом поле UFF

2.

Итак, были получены два файла: naph_opt.out и azul_uff_opt.out.

С помощью babel были переформатированы координаты в gamin формат и изменено имя файла на .inp:

Файлы : naph.inp и azul.inp, их заголовки были приведены к виду:

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

Так были получены входные файлы для оптимизации GAMESS, команда запуска которого:

Получили два файла: naph.log и azul.log, и переконвертировали их с помощью babel в: naph_gamess.pdb и azul_gamess.pdb.

Cтруктура нафталена (рис. 4) не изменилась, в азулене (рис. 5) на 0,1 ангстрема уменьшились длины двух связей пятичленного кольца.

         

                 Рис. 4. Нафтален (GAMESS).                                Рис. 5. Азулен (GAMESS).

3.

На основе полученных координат составляем новые входные файлы для расчёта энергии. Проводим расчёты методом Хартри-Фока и используя теорию функционала плотности.

Для использования babel log файл в gamout был переворматирован в gamin. Для расчёта по Хартри-Фоку составлены файлы naph_hf.inp и azul_hf.inp с заголовками:

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

В случае теории функционала приготовлены файлы naph_dft.inp и azul_dft.inp с заголовками:

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

4.

Проведен рассчет для четырех систем (как в пункте 2). Получены файлы naph_hf.log, azul_hf.log и naph_dft.log, azul_dft.log. Рассчитанные значения энергии приведены в таблице:

Вещество	E Naptalene	E Azulene	ΔE, Hartree	ΔE, kCal/mol
Хартри-Фок	-383.3549	-383.2823	0.0726	45.5572
DFT	-385.6402	-385.5854	0.0548	34.3875

Т.к. из эксперимента известно, что энергия изомеризации нафталина в азулен составляет 35.3±2.2 kCal/mol, можно сделать вывод, что метод DFT точнее, чем Хартри-Фока.