26
Ефект на разтворителя Ефект на разтворителя
Ефект на разтворителяЕфект на разтворителя
Тестови молекулиТестови молекули
вода формалдехид
метанфенхон
Модели включени в Модели включени в G03WG03W
Модел на Онзагер
сферична кухина
непрекъснатадиелектрична среда
Модел на Томази
кухината заема формата на молекулата
conductor reaction field (COSMO) модел
Входни данниВходни данни
Модел на Онзагер
#p rhf/sto-3g scrf=(dipole,dielectric=80.0,a0=1.6)
Задава модел на Онзагер
Диелектрична константа на разтворителя
Радиус на молекулата
или
#p rhf/sto-3g scrf=(dipole,a0=1.6,solvent=water)
Задава разтворителя
#p uhf/3-21g scrf=dipole geom=check............0 3
1.70 80.0............
илиИзчислява се отделно
#rhf/sto-3g volume
Входни данниВходни данни
Модел на Томази
#p rhf/6-31g* opt freq scrf=(pcm,solvent=water)
Задава стандартен PCM модел
Определя разтворителя
#p HF/6-31G* scrf=dpcm scf=tight
или
или#p B1LYP/6-31G(d,p) SCRF=(CPCM,READ,SOLVENT=WATER)
PCM модел ‘поляризиран проводник’
#p rhf/sto-3g scrf=(ipcm, solvent=water)
или PCM модел със статична изоплътностна повърхност
#P RHF/6-311G** opt=tight scrf=scipcm
или
Кухината се определя самосъгласувано от
изоплътностната повърхност
Входни данниВходни данни
COSMO модел
#p B3LYP/6-311+G(2d,2p) scrf=cosmors guess=read Gaussian Test Job 571 (Part 3):aspirin cosmo/rs input using new compensation and other defaults
0 1C -1.837269588 -2.304917575 0.064188871C -2.747884004 -1.284334788 -0.229222146C -2.326453301 0.043603872 -0.229072148...............
test571c.cosmoЗадава COSMO модел за
симулиране на разтворителя
Изисква допълнителен файл с параметри
Изходни данниИзходни данни
SCF Done: E(RHF) = -76.0274169737 A.U. after 5 cycles Convg = 0.2661D-04 -V/T = 2.0038 S**2 = 0.0000 Final SCRF E-Field is: Dipole : 0.00000000 0.00000000 0.02466273 Quadrupole : 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 Octapole : 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 Hexadecapole: 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 Polarization energy = -0.123356442304E-01 Total energy of solute = -76.0397526180 Total energy (include solvent energy) = -76.0274169737 Total energy (without reaction field) = -76.0150813295 KE= 7.574277399123D+01 PE=-1.982156830506D+02 EE= 3.764515011621D+01
OnsagerOnsager
Изходни данниИзходни данниPolarizable Continuum Model (PCM) ================================= Model : PCM. Atomic radii : UA0 (Simple United Atom Topological Model) Polarization charges : Total charges. Charge compensation : None. Solution method : Matrix inversion. Cavity : GePol (RMin=0.200 OFac=0.890). Default sphere list used, NSphG= 11. Tesserae with average area of 0.200 Ang**2. 1st derivatives : Analytical V*U(x)*V algorithm Cavity 1st derivative terms included. Solvent : Water, Eps= 78.390000. --------------------------------------------------------- GePol: Number of tesserae being generated = 1552 GePol: Average area of tesserae = 0.14 Ang**2 GePol: Minimum area of tessera = 0.10D-02 Ang**2 GePol: Maximum area of tessera = 0.32312 Ang**2 GePol: Number of small tesserae = 10 GePol: Fraction of small tesserae (<1% of avg) = 0.64% GePol: Total count of vertices = 5286 GePol: Maximum number of vertices in a tessera = 8 GePol: Cavity surface area = 217.915 Ang**2 GePol: Cavity volume = 261.123 Ang**3 GePol: Maximum number of non-zero 1st derivatives = 451
PCMPCMфенхон
Изходни данниИзходни данниError on total polarization charges = 0.00795 SCF Done: E(RHF) = -462.871298260 A.U. after 15 cycles Convg = 0.2094D-08 -V/T = 2.0000 S**2 = 0.0000 KE= 4.628538160505D+02 PE=-2.443339744048D+03 EE= 8.361887762283D+02 -------------------------------------------------------------------- Variational PCM results ======================= <psi(f)| H |psi(f)> (a.u.) = -462.861430 <psi(f)|H+V(f)/2|psi(f)> (a.u.) = -462.871298 Total free energy in solution: with all non electrostatic terms (a.u.) = -462.854918 -------------------------------------------------------------------- (Polarized solute)-Solvent (kcal/mol) = -6.19 -------------------------------------------------------------------- Cavitation energy (kcal/mol) = 24.78 Dispersion energy (kcal/mol) = -15.13 Repulsion energy (kcal/mol) = 0.63 Total non electrostatic (kcal/mol) = 10.28 -------------------------------------------------------------------- Partition over spheres: Sphere on Atom Surface Charge GEl GCav GDR 1 C1 0.00 0.000 0.00 0.00 0.00 2 C2 17.56 -0.037 -0.22 2.45 -1.61 3 C3 20.29 -0.017 -0.16 2.60 -1.83
PCMPCMфенхонфенхон
Експлицитни моделиЕксплицитни моделиМолекули на разтворителя се добавят около тази на разтвореното вещество и цялата система се третира с избрания квантово-химичен метод – подход на ‘супермолекулата’
Модел на супермолекулатаМодел на супермолекулатаНе изисква специални входни данни; изходните
данни са стандартни.
Предимства: възможност за отчитане на специфични
взаимодействия с молекулите на разтворителя, напр. Н-връзки;
получават се и МО на разтворителя; по-точна структура.
Недостатъци: по-трудно се разграничават приносите на
разтворителя и на разтвореното вещество; изисква огромни компютърни ресурси; обикновено се работи с методи от ниско
ниво.
Периодични гранични условия (Периодични гранични условия (PBC)PBC)Елементарна клетка (EU) се мултиплицира по
трите координатни оси – симулация на непрекъсната система.
Периодични гранични условияПериодични гранични условия
Кога са необходими?
при симулация на кристали, полимери или разтвори;
при нужда от избягване на краеви ефекти;
при моделиране на периодични дефекти.
Изборът на елементарна клетка е
определящ за качеството на резултатите!
EU трябва да бъде достатъчно голяма!!!
Входни и изходни данниВходни и изходни данни #LSDA 3-21G* PPВСВС(NkPoint=16,NCellMin=3,NCellMax=40)(NkPoint=16,NCellMin=3,NCellMax=40)...................... -2,0,2.454985259,0.0000001788,0.-2,0,2.454985259,0.0000001788,0............ Input orientation: --------------------------------------------------------------------- Center Atomic Atomic Coordinates (Angstroms) Number Number Type X Y Z --------------------------------------------------------------------- 1 6 0 -0.616974 0.324465 0.000000........... 5 -2 0 2.454985 0.000000 0.000000 --------------------------------------------------------------------- Lengths of translation vectors: 2.454985............ Periodicity: 1 0 0 Max integer dimensions: 22 0 0 PBC vector 1 X= 4.6392 Y= 0.0000 Z= 0.0000 Recp vector 1 X= 0.2156 Y= 0.0000 Z= 0.0000 Generated k point mesh (from -Pi to Pi): K space mesh: X= 16 Y= 0 Z= 0..............
ONIOM ONIOM изчисленияизчисления
Какво е Какво е ONIOM?ONIOM?Системата се разделя на части (слоеве) и всеки слой се пресмята на различно ниво на теорията
‘Висок’ слой (топки и черти)
‘Нисък’ слой (черти)
#ONIOM(BP86/3-21G*:AMBER=softfirst) opt dicaprine + 60 Waters, 2-layer ONIOM model 0 1O-OH--0.331 -1.863295 -2.223929 0.223738 HC-CT--0.030 -1.863295 -0.806629 0.223738 HO-OS--0.296 1.624080 -0.302200 -1.016160 H...............O-OW--0.383 -1.457251 -0.128744 6.594449 LH-Hw-0.191 -0.596069 -0.285797 6.207487 LH-Hw-0.191 -1.979203 -0.887671 6.334378 L...............HrmStr1 CT O 650.0 1.23HrmBnd1 OS CT O 80.0 120.0HrmBnd1 CT CT O 75.0 111.0
Входни данниВходни данни
Двуслоен ONIOM модел
#p opt freq oniom(b3lyp/lanl2dz:mp2/lanl2dz:hf/lanl2mb)
3-layer ONIOM optimization
0 1 0 1 0 1 CO,1,B1H,1,B2,2,A1C,1,B3,2,A2,3,180.000,0,Medium,HC,4,B4,1,A3,2,180.000,0,Low,HH,4,B5,1,A4,5,D1,0,MediumH,4,B5,1,A4,5,-D1,0,MediumH,5,B6,4,A5,1,180.000,0,Low...............
Трислоен ONIOM модел
Входни данниВходни данни
Изходни данниИзходни данни
Charge=0 Mult=1 for low level calculation on real systemCharge=0 Mult=1 for high level calculation on model systemCharge=0 Mult=1 for low level calculation on model system...............Read MM parameter file:Include all MM classes...............AMBER calculation of energy and first derivatives................ONIOM: saving gridpoint 3ONIOM: restoring gridpoint 17ONIOM: generating point 2 -- high level on model system................ONIOM: calculating energy.ONIOM: gridpoint 1 method: low system: model energy: 0.221415300507
Изходни данниИзходни данниONIOM: gridpoint 2 method: high system: model energy:-1803.908947680672ONIOM: gridpoint 3 method: low system: real energy: 0.268364343939ONIOM: extrapolated energy = -1803.861998637241ONIOM: calculating first derivatives.ONIOM: calculating electric field derivatives.ONIOM: Dipole=2.43096163D+00 5.91325103D-01 -4.31437269D-01ONIOM: Dipole moment (Debye): X= 6.1789 Y= 1.5030 Z= -1.0966 Tot= 6.4529 ONIOM: Integrating ONIOM file 5 number 695
Item Value Threshold Converged? Maximum Force 0.031907 0.000450 NO RMS Force 0.003229 0.000300 NO Maximum Displacement 1.560092 0.001800 NO RMS Displacement 0.166285 0.001200 NO Maximum MM Force 0.000044 0.000045 YES RMS MM Force 0.000011 0.000030 YES Predicted change in Energy=-2.789808D-03
Електрични свойстваДиполен момент
i
ii rq Класическа дефиниция (молекулна
механика)
A
AAZP Rrμ
Квантова дефиниция (квантова химия)
Диполен момент се изчислява при всички квантово-химични задачи – не се изискват
специални входни данни.
Пресмятат се и по-високи (до хексадека-) мултиполи.
Изходни данниИзходни данни
............... Dipole moment (field-independent basis, Debye): X= 4.2570 Y= 0.5142 Z= 0.4342 Tot= 4.3099 Quadrupole moment (field-independent basis, Debye-Ang): XX= -70.1767 YY= -64.4824 ZZ= -67.3288 XY= -16.7438 XZ= 1.9382 YZ= -2.1216 Traceless Quadrupole moment (field-independent basis, Debye-Ang): XX= -2.8474 YY= 2.8469 ZZ= 0.0005 XY= -16.7438 XZ= 1.9382 YZ= -2.1216 Octapole moment (field-independent basis, Debye-Ang**2): XXX= 105.1283 YYY= 7.5056 ZZZ= 0.2532 XYY= 18.8203 XXY= 8.7875 XXZ= 9.1942 XZZ= 1.8221 YZZ= 3.1093 YYZ= 1.5558 XYZ= -0.0920 Hexadecapole moment (field-independent basis, Debye-Ang**3): XXXX= -1451.3374 YYYY= -780.9086 ZZZZ= -137.3943 XXXY= -200.4047 XXXZ= 29.9122 YYYX= -45.9047 YYYZ= -15.4346 ZZZX= 1.5051 ZZZY= -0.1234 XXYY= -452.6645 XXZZ= -277.5538 YYZZ= -159.8235 XXYZ= -8.5972 YYXZ= 1.3931 ZZXY= 1.9139
RHF/6-31GRHF/6-31G
RHF/3-21GRHF/3-21G............... Dipole moment (field-independent basis, Debye): X= 4.2013 Y= 0.4773 Z= 0.4693 Tot= 4.2543
32 EEEp
Оптични свойства
поляризуемост(линеен отговор)първа хиперполяризуемост (SHG)
втора хиперполяризуемост (THG)
2
2
E
3
3
E
4
4
E
- обща енергия; E – външно електрично поле
Мерни единици1 a.u. = 1.481x10-25 esu = 1.649x10-41 C2m2J-1=0.5293x10-24cm3=1.481x10-1Å3
1 a.u. = 8.639x10-33 esu = 3.206x10-53 C3m3J-2=8.641 x 10-33 cm5=8.641x107Å5
1 a.u. = 5.037x10-40 esu = 6.235x10-65 C4m4J-3 =5.037x10-40cm7=5.037x1016Å3
Входни и изходни данниВходни и изходни данниВходни данни за пресмятане на статични
и :#RHF 3-21G* POLARPOLAR
Изходни данни от пресмятане на статични и :
...........SCF Done: E(RHF) = -638.208949700 A.U. after 17 cycles Convg = 0.6898D-08 -V/T = 2.0024 S**2 = 0.0000 Range of M.O.s used for correlation: 1 142 NBasis= 142 NAE= 49 NBE= 49 NFC= 0 NFV= 0 NROrb= 142 NOA= 49 NOB= 49 NVA= 93 NVB= 93 Differentiating once with respect to electric field. with respect to dipole field. Electric field/nuclear overlap derivatives assumed to be zero............. Exact polarizability: 159.693 10.414 143.621 0.000 0.000 26.606 Approx polarizability: 148.970 13.025 149.753 0.000 0.000 26.963..............|HyperPolar=548.2252317,198.3817603,29.6346879,-255.897294,0.,0.,0.,-0.9622357,-0.3302715,0...............
Данните са в горно-диагонална форма на тензора
Входни и изходни данниВходни и изходни данниВходни данни за пресмятане на динамични
и : #RHF 3-21G* POLAR POLAR CPHF=RdFreqCPHF=RdFreq......................0.10.1
Изходни данни от пресмятане на динамични и :
........... SCF Polarizability for W= 0.000000: 1 2 3 1 0.482729D+01 2 0.000000D+00 0.112001D+02 3 0.000000D+00 0.000000D+00 0.165696D+02 Isotropic polarizability for W= 0.000000 10.87 Bohr**3. SCF Polarizability for W= 0.100000: 1 2 3 1 0.491893D+01 2 0.000000D+00 0.115663D+02 3 0.000000D+00 0.000000D+00 0.171826D+02 Isotropic polarizability for W= 0.100000 11.22 Bohr**3.............
Честотата се задава в a.u.
ХиперполяризуемостиХиперполяризуемости
= 159.817 а.u. = 1.667 a.u.
= 159.693 а.u. = 548.225 a.u.
RHF/3-21GRHF/3-21G
