Учебный сайт Фоменко Елены

Главная

Семестры

Проекты

Заметки

Суть работы - в поэтапном освоении возможностей GAMESS как стандартного квантово-химического пакета. Найдём оптимальную геометрию для нафталена и азулена и рассчитаем теплоты образования этих молекул разными подходами квантовой механики.

1. Построим и оптимизируем с помощью MOPAC структуры нафталена и азулена.
Молекула азулена стала плоской только с параметром силового поля UFF:

obgen a.smi -ff UFF > a.mol
obgen n.smi > n.mol
babel -ipdb a.pdb -omop a.mop -xk "PM6"
babel -ipdb n.pdb -omop n.mop -xk "PM6"
MOPAC2009.exe a.mop
MOPAC2009.exe n.mop
babel -imopout a.out -opdb a.pdb
babel -imopout n.out -opdb n.pdb

Рис.1 Изображения оптимизированных структур азулена (слева) и нафталена (справа).

2. В результате получается два файла: n.out и a.out.
С помощью babel переформатируем координаты в gamin формат:

babel -imopout a.out -ogamin a.inp
babel -imopout n.out -ogamin n.inp

И сделаем так, чтобы заголовок выглядел так:

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

Это будут входные файлы для оптимизации геометрии средствами GAMESS. Проведем оптимизацию геометрии для обоих молекул. Для этого запустим GAMESS следующим образом:

gms a.inp  1 >& a_1.log 
gms n.inp  1 >& n_1.log

3. На основе полученных координат составим новые входные файлы для расчёта энергии. Теперь надо будет построить по два файла на каждую молекулу, для расчёта методом Хартри-Фока и с использованием теории функционала плотности. Для babel надо будет переформатировать log файл gamout в gamin:

babel -igamout a_1.log -ogamin a_1.inp
babel -igamout n_1.log -ogamin n_1.inp

Для расчёта по Хартри-Фоку составиv файл с таким заголовком:

                                              $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 плотности заголовок будет таким:

                                              $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

Получатся файлы: a_hf.inp, a_df.inp, n_hf.inp, n_df.inp.

4. Рассчитаем четыре системы, два способа на каждую молекулу:

gms a_hf.inp  1 >& a_hf.log
gms a_df.inp  1 >& a_df.log
gms n_hf.inp  1 >& n_hf.log
gms n_df.inp  1 >& n_df.log

Найдем в log файлах расчёта энергии строчку с "TOTAL ENERGY =", выпишем значения и сделаем расчеты (e_counts.xls):

	ENaptalene	EAzulene	ΔE, Hartree	ΔE, kCal/mol
Хартри-Фок	-383,3549061523	-383,2823090524	0,0725971	45,55536761
DFT	-385,6401306541	-385,5854343650	0,054696289	34,32243933

Из эксперимента известно, что энергия изомеризации нафталина в азулен составляет 35,3±2.2 kCal/mol. Т.е., использование теории функционала плотности дало более точный результат.