C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -1Petr Kulhánek kulhanek@chemi.muni.cz Národní centrum pro výzkum biomolekul, Přírodovědecká fakulta Masarykova univerzita, Kotlářská 2, CZ-61137 Brno 15. Projekt Ib C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování I C7800 Počítačová chemie a molekulové modelování I - cvičení C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -2Molekula vody Dimer molekuly vody Molekula vody ➢ struktura a energie ➢ vliv báze ➢ vlastnosti Kvantově-chemické výpočty Dimer molekuly vody ➢ interakční energie ➢ vliv báze Část Ib C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -3K zamyšlení ➢ Jaký vliv má velikost báze na vypočtené vlastnosti molekuly vody a dimeru vody? ➢ Jak velký vliv má BSSE na vypočtenou interakční energii dimeru vody? ➢ Je možné použít rozdílné báze na výpočet energie molekuly vody a dimeru vody a z nich vypočítat interakční energii? ➢ Jak dobře CP-korekce opravuje BSSE chybu? C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -4- Obsah ➢ Požadavky na zpracování výsledků ➢ Tématické okruhy ➢ Molekula vody ➢ Dimer molekuly vody C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -5Požadavky na zpracování výsledků Výsledky jednotlivých cvičení budou zpracovány do protokolu, který bude mít následující náležitosti: • Jméno a příjmení, název cvičení a datum • Pro každý tematický okruh: • Stručné shrnutí tématu včetně reakčního schématu, pokud je to vhodné • Použitý software včetně verzí • Výsledky (tabulky) • Tabulky • čísla zarovnány doprava • energie na 6 platných míst (au) nebo 2 platná místa (kcal/mol) • délka na 4 platná místa (A) • úhel na 1 platné místo (deg) • náboj na 3 platná místa (au) • Diskuze výsledků dle zadání • Použitá literatura (např. u experimentálních hodnot) Protokol ve formátu pdf je nutné odevzdat do konce semestru. Výsledky z části Ia a Ib budou uvedeny v jednom protokolu. C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -6Molekula vody C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -7- Úkoly 1) Pro molekulu vody zobrazte elektrostatický potenciál namapovaný na elektronovou hustotu. Obě veličiny budou vypočteny metodou HF/cc-pVDZ. (Postup je uveden v referenčním manuálu programu VMD v sekci Volumetrická data). 2) Z výpočtů HF/cc-pVDZ až HF/cc-pV5Z vyextrahujte Mullikenovy, ESP náboje a dipólový moment (pouze velikost). 3) Extrapolujte náboje a dipólový moment na CBS. Srovnejte vypočtený dipólový moment s experimentální hodnotou. Případný rozdíl diskutujte. C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -8- Výsledky Mulliken ESP m Báze q(H) q(O) q(H) q(O) [D] cc-pVDZ cc-pVTZ cc-pVQZ cc-pV5Z CBS Molekula vody C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -9Dimer molekuly vody Volitelná část projektu. C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -10- Úkoly 1) Za použití CP korekce vypočtete interakční energii dimeru vody metodami HF/cc-pVDZ až HF/cc-pV5Z. 2) Výsledky srovnejte s výpočty bez CP korekce a s hodnotou extrapolovanou na CBS. Případné rozdíly diskutujte. 3) Zobrazte elektrostatický potenciál namapovaný na elektronovou hustotu vypočtený metodou HF/cc-pVDZ. Srovnejte s molekulou vody. C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -11- Řešení Štábní kultura 00.input 01.opt 02.freq 03.props 01.cc-pVDZ 02.cc-pVTZ 03.cc-pVQZ 04.cc-pV5Z 04.bsse 01.cc-pVDZ 02.cc-pVTZ 03.cc-pVQZ 04.cc-pV5Z 1) Načtěte soubor 01.opt/opt.log (Project: Trajectory, File->Import Trajectory from …>Gaussian->Geometry Optimization File). 2) Z optimalizované geometrie (HF/cc-pVDZ) vytvořte Build Project (Structure -> Open in Build Project). C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -12- Řešení 3) Každou molekulu vody vložte do samostatného residua. 1) Selection->Select Atoms, označte jeden atom v molekule vody 2) Selection->Complete Molecules (označí zbývající atomy v molekule vody) 3) Structure->Residue->New Residues From Selected Atoms 4) Residuum nazvěte W1 5) Postup zopakujte pro druhou molekulu vody (W2) 6) Otevřete nástroj pro správu Residuií (Tools->Edit Residues) 7) Na záložce „Build“ zvolte „Delete empty“ 8) Na záložce „Order“ zvolte „Serial index by seq and local indexes“ 4) Vytvořte vstupní soubor pro výpočet interakční energie v programu Gaussian. File>Export Structure as->Gaussian Input. Nastavte: “Single Point Energy”, HF/cc-pVDZ, zvolte “Include fragments” a do vstupního souboru dopište „Counterpoise=2”, viz referenční manuál k programu Gaussian, strana 14. Soubor uložte pod názvem bsse.com do adresáře 04.bsse/01.cc-pVDZ 5) Předchozí krok opakujte pro báze cc-pVTZ až cc-pV5Z. Spusťte výpočty. 6) Analyzujte vypočtená data a uložte je do tabulek. C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -13- Výsledek Báze E Er Ei E (BSSE) Ei(BSSE) [au] [kcal/mol] [kcal/mol] [au] [kcal/mol] cc-pVDZ 0,0 cc-pVTZ cc-pVQZ cc-pV5Z CBS výsledek výpočtu relativní energie vůči bázi cc-pVDZ interakční energie mezi molekulami vody Dimer molekuly vody monomereri EEE *2dim −= interakční energie mezi molekulami vody výsledek výpočtu 𝐸𝑖(𝐵𝑆𝑆𝐸) = 𝐸dim 𝑒𝑟(𝐵𝑆𝑆𝐸) − 2 ∗ 𝐸 𝑚𝑜𝑛𝑜𝑚𝑒𝑟