ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХІМІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ХІМІЇ
Індивідуальне творче завдання з курсу «Будова речовини»
ДОНЕЦЬК, 2010

ЗМІСТ

ВСТУП

Інформація про будову речовини дає знання про хімічні та фізичні характеристики сполуки. Розрахунок в параметрів молекули в програмі MOPAC дає змогу дізнатись енергетичні та геометричні характеристики хімічної частинки.

Мета роботи: освоєння роботи в програмі MOPAC, квантовохімічний розрахунок параметрів молекулярної геометрії та енергетичних параметрів.

Основні задачі:

• Освоєння технології молекулярного конструювання та квантовохімічного розрахунку;

• Вивчення впливу конфігурації молекулярної системи на параметри її стереохімічної та електронної будови;

• Квантовохімічний розрахунок молекулярних систем в режимі координат внутрішнього обертання;

• Проведення конфірмаційного аналізу хімічних сполук;

• Розрахунок ентропії, дипольних моментів, енергії дисоціації, потенціалів іонізації та енергії електронної спорідненості хімічних сполук.

1. Досліджувані об’єкти

Пероксиазотиста кислота

Індивідуальний об’єкт

2. Основна частина

   1. Технологія молекулярного конструювання та квантовохімічного розрахунку

Методична частина

Квантовохімічний розрахунок пероксиазотистої кислоти та індивідуального об’єкту (п-амінобензилового ефіру пероксиазотистої кислоти) було проведено методом PM3 в комплексі програм MOPAC-97. Для створення моделі хімічної частинки та збереження її z-матриці користуємось комплектом програм HyperChem.

1. Створення та збереження молекулярної моделі об’єкта

1. Побудувати ескіз моделі пероксиазотистої кислоти (індивідуального об’єкту) в робочому вікні HyperChem.

2. Отримати модель об’єкта, відредагувати відповідно до завдання.

3. Визначити величини торсійних кутів та порівняти їх з умовою завдання, відредагувати відповідно завданню.

4. Побудувати sp-конформацію, яка відрізняється від базової моделі конформацією O(O)NO фрагмента. Для цього необхідно:

• На панелі інструментів активувати опцію Select;

• Виділити курсором зв'язок O₁-O₂, навколо якого необхідно повернути зв'язок H₅-O₂;

• Виділити курсором зв'язок O₁-N₃, відносно якого необхідно повернути зв'язок H₅-O₂;

• Виділити курсором зв'язок H₅-O₂, який необхідно повернути навколо зв'язку O₁-O₂;

• В меню Edit вибрати команду Set Bond Torsion і у вікні, яке відкривається вказати необхідну величину кута (-90^о);

• Отриману модель зберегти як ap-HOONO.zmt.

2. Конструювання син-перипланарної конфігурації hoono

1. Для зміни конфігурації фрагмента O­₁O₂N₃O₄ з ap- на sp- слід повернути групу атомів N₃O₄ навколо O₁­-N₃ зв’язку відносно O₁-O₂ на 180^о. Послідовність дій аналогічно попереднього пункту.

2. Зберегти як sp-HOONO.zmt.

3. Методика підготовки файлів вхідних даних для mopac-97

1. Z-матрицю готують за допомогою HyperChem (створюється 2D модель, перетворюється в 3D, зберігається як zmt-файл).

2. Перейменувати zmt-файл в dat-файл, змінити ключові слова.

3. Dat-файл повинен містити в собі:

1. Директиви (ключові слова) &

2. Директиви (або пустий)

3. Будь-яку інформацію (власну)

4. Методика mopac квантовохімічний розрахунків

1. Знайти робочу папку MOPAC-97 в кореневому каталозі диска Д. ввійти в неї, в ній знаходиться MOPAC-97.exe. якщо є ще щось – «удалить».

2. В другому вікні Total Commander відкрити власну папку.

3. .dat-файл скопіювати в MOPAC папку.

4. Курсором виділити файл MOPAC-97.exe та натиснути Ctrl+Enter. В командному рядку з’явиться MOPAC-97.exe.

5. Виділити свій .dat-файл і натиснути Ctrl+Enter. В командному рядку з’явиться назва файла.

6. Перевести курсор в командний рядок і лівою клавішею миші зняти виділення і вилучити .dat.

7. Натиснути Enter.

8. Скопіювати в свою папку файл .dat, .out, .arc (архів).

9. Не забути почистити MOPAC папку від непотрібних файлів., залишивши лише MOPAC-97.exe.

10. Можна відпочити.

5. Структура arc та out файлів

аrc-файл (архів) містить:

1. Інформацію про умови квантовохімічного розрахунку.

2. Енергетику та фізико-хімічні характеристики

• Heat of Formation – Стандартна ентальпія утворення - _fH⁰

• Electronic Energy – Електронна енергія

• Core-Core Repulsion – Енергія взаємодії ядер

• Gradient Norm – Норма градієнта

• Dipole – Дипольний момент - 

• No. of Filled Levels – Порядковий номер ВЗМО

• Ionization Potential – Потенціал іонізації - IP

• Homo Lumo Energies (eV) – Енергія ВЗМО (НВМО)

• Molecular Weight – Молекулярна маса

• SCF Calculation – Число ітерацій при самоузгоджені МО

out-файл містить:

1. Інформацію про програму квантовохімічний розрахунків, ключові слова та пояснення до них.

2. Вхідні дані для квантовохімічного розрахунку (копія .dat).

3. Координати атомів об’єкта в декартовій системі, які розраховані на основі початкових параметрів молекулярної геометрії.

4. Літературні джерела, в яких приведені параметри атомів об’єкта.

5. Точкова група симетрії.

6. Розрахунок у наближенні Хартрі-Фока структури. Кількість заповнених електронами МО.

7. Міжатомні відстані в об’єкті, які розраховані на основі початкових параметрів молекулярної геометрії.

8. Інформацію про час процесу оптимізації молекулярної геометрії.

9. Норми градієнта: реальна, замовлена.

10. Повідомлення про те, що само узгодження хвильових функцій проведено успішно.

11. Енергетику та фізико-хімічні характеристики.

12. Контрольну інформацію (мі ядерні відстані).

13. Норми градієнта для кожного з параметрів молекулярної геометрії.

14. Z-матрицю з рівноважними параметрами молекулярної геометрії.

15. Міжатомні відстані рівноважної конфігурації об’єкта.

16. Блок молекулярних орбіталей.

17. Блок зарядів та електронних густин на атомах об’єкта.

18. Блок дипольних моментів.

19. Блок координат атомів у декартовій системі координат для рівноважного стану об’єкта.

20. Блок електронних заселеностей (Р_АО).

21. Блок порядків зв’язків та валентностей атомів об’єкта.

22. Блок енергій утворення атомів з електронів і ядер.

23. Блок енергій двохатомних взаємодій в наближенні Маллікена.

24. Аналітичний блок молекулярної геометрії в наближенні Маллікена.