Занятие 2. Cеми-эмпирические вычисления: Mopac

Главная
Поэтапное освоение возможностей Mopac, как пакета для оптимизации структуры молекул и расчёта некоторых свойств.

1.

Нашла порфирин и его аннотацию в виде SMILES. В рабочей директории(Term6/Practice2)создала файл 1.smi.
На основе этого описания c помощью программы из openbabel построила 3D структуру порфирина:
obgen 1.smi > 1.mol
Просмотрела полученную структуру в PyMol и удалила ненужные водороды, сохранила результат(myfile.pdb).
С помощью openbabel переформатировала координаты в mol формате во входной файл для Mopac:
babel -ipdb myfile.pdb -omop 1_opt.mop -xk "PM6"
С помощью -xk мы задала тип параметризации pm6.
Запустила Mopac :
MOPAC2009.exe 1_opt.mop
Для сравнение переформатировала результат 1_opt.out в pdb:
babel -imopout 1_opt.out -opdb 1_opt.pdb
Провела оптимизацию с параметризацией AM1 , т.е. :
babel -ipdb myfile.pdb -omop 1_opt.mop -xk "AM1"

Рис.1.Оптимизация PM6

Рис.2.Сравнение оптимизированной и неоптимизированной структуры

Видно, что получилась плоская молекула.

Рис.3.Сравнение оптимизации PM6 и AM1

Здесь особых различий не заметно, только небольшие отклонения в расположении атомов (водорода).

2.

Расчет возбужденных состояний порфирина и спектр поглощения молекулы.
Для расчёта возбуждённых состояний сделала копию mop файла из предыдущего задания.
Для указания Mopac о необходимости расчёта возбуждённого состояния добавила в конец файла:
cis c.i.=4 meci oldgeo
some description
Запустила Mopac:
MOPAC2009.exe 1_opt_spectr.mop
Нашла в конце файла значения энергий для электронных переходов.
Рассчитала длину волн при которых происходят эти переходы:
1)Энергия:0 ,длина волны:0
2)Энергия:1.914025 ,длина волны: 646.5
3)Энергия:2.266622 ,длина волны: 545.9
4)Энергия:2.463768 ,длина волны: 502.3
5)Энергия:2.824944 ,длина волны: 438.1
6)Энергия:3.363247 ,длина волны: 367.9
7)Энергия:3.390559 ,длина волны: 364.9
8)Энергия:3.669361 ,длина волны: 337.2
9)Энергия:3.871992 эВ ,длина волны: 319.6 нм.

3.

Для молекулы O=C1C=CC(=O)C=C1 определила геометрию как с помощью obgen так и Мopac.
Для начала в первую строчку mop файла добавила слово CHARGE=-2.
Потом указала на каких атомов, по-моему, должен находиться отрицательный заряд.

Рис.4.Сравнение молекул

Видно, что после добавления отрицательных зарядов на молекулу кислорода, происходит отталкивание и, следовательно, удлинение связи.

4.

Известно, что ультрафиолет может превращать тимины в тиминовые димеры, так же известно, что ДНК фотолиаза при облучении ультрафиолетом востановливает основания тиминов до нормального.
Дан тиминовый димер.
Нужно увидеть переход из димера в тимины при возбуждении системы.
Так как вычесления вобуждённых состояний в MOPAC затруденены, имитируем возбуждение ионизируя оба кольца, т.е. указывая заряд системы +2.
И полученое возбуждённое состояние снова оптимизируем при заряде 0.
1)Провела оптимизацию геометрии этого димера, при заряде системы 0. Энергия состояния:-3273.58217

Рис.5

2)Провела оптимизацию результата из пункта 1), при заряде системы +2.Энергия состояния:-3253.90755

Рис.6

3)Провела оптимизацию результата из пункта 2) , при заряде системы 0.Энергия состояния:-3273.69464

Рис.7

Из энергий состояний следует, что димер менее устойчив, чем 2 тимина.
Соответственно, после оптимизации при переходе из возбужденного состояния димер распадается на 2 тимина.