Методическая часть

Назначение и возможности программы Chem 3d Pro

CambridgeSoft Chem3D – программа, разработанная для того, чтобы помочь исследователям в моделировании химических веществ, особенно в области органической химии. Она объединяет в себе мощные возможности построения, анализа и вычисления с дружественным графическим интерфейсом. Программа предоставляет возможности для оптимизации моделей при помощи молекулярной механики, поиска согласования, молекулярной динамики и вычислении энергий молекул.

Chem3D включает в себя инструменты анализа взаимодействия молекул, вставленные в виде приложений. Приложение MM2 позволяет минимизировать энергию методом силового поля Нормана Аллингера (Norman L. Allinger), имитировать динамику молекул при внешнем воздействии и вычислять свойства молекул. Подробное описание этого метода приведено в [1, 2] и на сайте

http://dasher.wustl.edu/tinker

Приложение ММ2 наиболее эффективно для анализа электростатического взаимодействия Ван-дер-Ваальса, дипольного и ионного.

Приложение MOPAC проводит полуэмпирическое моделирование путем решения уравнений Шредингера и содержит 5 потенциальных функций MINDO/3, MNDO, PM3, AM1, и MNDO-d. Все они – методы самостоятельного поля (SCF – Self Consistent Field). Каждая потенциальная функция представляет собой математическое приближение решения уравнения Шредингера для молекул. Исторически эти приближения были сделаны для того, чтобы позволить компьютерам моделировать малые молекулы, хотя большие молекулы все еще эффективнее моделировать при помощи полуэмпирических или молекулярно-механических методов.

Для понимания функционирования потенциальной энергии в полуэмпирической модели MOPAC, приводится хронология приближений, которые включают полуэмпирические методы. Первым приближением было CNDO (Complete Neglect of Differential Overlap – Полное Пренебрежение Дифференциальным Перекрытием). Следующее приближение называлось INDO (Intermediate Neglect of Differential Overlap – Промежуточное Пренебрежение Дифференциальным перекрытием). Затем – MINDO/3, что расшифровывается как "Modified Intermediate Neglect of Differential Overlap" – Модифицированное Промежуточное Пренебрежение Дифференциальным перекрытием. Следующее приближение: MNDO, сокращение от "Modified Neglect of Differential Overlap" (Модифицированное Пренебрежение Дифференциальным перекрытием) что исправило работу MINDO/3 для различных органических молекул, состоящих из элементов первого и второго периодов. AM1 значительно улучшило MNDO. И, наконец, наиболее современный метод PM3 – перепараметризация AM1. Приближение то же, что и для AM1.

Для анализа ковалентных связей наиболее эффективен метод АМ1.

Недостаток пакета Chem 3d Pro в отсутствии модели металлической связи. Это исключает возможность моделирования металлических кристаллов и вносит определенные искажения в модели ковалентных кристаллов, где присутствует металлическая связь, например в моделях решетки графита, сурьмы.

Основные операции и инструменты

	Выделение отдельных атомов и связей. Для выделения нескольких атомов нажмите Shift. Охватывание или Shift + охватывание - выделение областей, содержащих атомы и связи. Для перенесения атома или группы атомов – просто тащите их. С нажатым Alt – перетаскивание вдоль оси Z
	Вращение всей модели вокруг осей X и Y или вокруг оси Z при нажатом Alt
	Одиночная ковалентная связь
	Двойная ковалентная связь
	Тройная ковалентная связь
	Некоординированная связь
	Ввод текста
	Удаление

Расшифровка обозначений энергий, вычисляемых при минимизации

Stretch – Энергия вытянутости связей от их оптимальной длины

Bend – Энергия деформации углов между связями от их оптимальной величины

Stretch-Bend – Энергия, необходимая для вытягивания связей, когда угол между ними меньше оптимального

Torsion – Энергия деформации скручивания

Non-1,4 VDW – Энергия пространственного взаимодействия пар атомов, разделенных более чем тремя атомами

1,4 VDW – Энергия пространственного взаимодействия между атомами, разделенными двумя атомами

Dipole/Dipole – Энергия взаимодействия дипольных связей

Total – Алгебраическая сумма энергий.

Heat of Formation – теплота образования связей.

Значение энергий дано в ккал/моль. При этом Chem3D воспринимает любое сочетание атомов на экране, как одну молекулу и вычисляет энергию в расчете на нее.

Химические формулы вводятся в виде текста, индексы располагаются в строке. Например, Al₂O₃ = Al2O3. Ковалентные связи прочерчиваются мышкой от одного атома к другому после нажатия соответствующей кнопки на экранной панели. Длину и порядок связи можно определить, наведя на нее курсор мышки. Для определения расстояния между любыми атомами выделите (черной окружностью) щелчком левой клавиши мышки первый атом и наведите курсор на второй. Все результаты вычислений можно увидеть, открыв протокол под рамкой рабочего поля.