Предметная комиссия по квантовой химии РХТУ им. Д.И.Менделеева 1999г.
Методические указания
к выполнению задания семинара №9 по курсу "квантовая химия"
Цель работы: получение практических навыков по поиску квантово-химической информации в сети Internet.
ВНИМАНИЕ! С соответствии с договором между Менделеевским университетом и Провайдером (организацией, предоставляющей доступ в Internet) при работе в сети Вы должны соблюдать определенные правила.
Только в случае согласия с ними Вам предоставится возможность работы в сети. Их нарушение возлагает на Вас личную ответственность за последствия.
Перед началом занятий преподаватель знакомит Вас с этими правилами.
Для решения практических задач инженер-технолог должен уметь пользоваться следующими классическими источниками информации:
В настоящее время этих навыков недостаточно для оперативного решения большинства задач. Некоторые периодические издания выходят как в виде полиграфической продукции, так и в "электронном" виде. Информация распространяется на дискетах, CD ROM и иных носителях. Ближайшие планы издателей научных журналов предусматривают сокращение выпуска бумажных копий, а ряд вновь создаваемые научные журналов существует только в виде компьютерных файлов. Файлы могут распространяться как на носителях, так и с использованием компьютерных телекоммуникационных технологий, с том числе сетевых. Наибольшее распространение получила глобальная международная сеть Internet.
Прежде чем синтезировать новое или уже известное вещество, но другим путем, проводят литературный поиск. Современные компьютерные базы данных содержат информацию обо всех открытых в настоящее время веществах. Проведение компьютерных расчетов методами квантовой химии позволяет оценить термодинамическую устойчивость соединения и осуществимость процесса синтеза, предсказать свойства еще не полученного соединения, выбрать один из возможных путей осуществления процесса.
Для этого могут потребоваться некоторые
термодинамические и структурные характеристики веществ:
спектральные свойства:
Из сети Internet могут быть получены также программы квантово-химических расчетов, наборы базисных функций элементов, свойства веществ, рассчитанные методами квантовой химии.
В Менделеевском университете читаются курсы по работе в сети Internet на базе информационного центра. Поэтому мы не ставим задачу охватить все возможные аспекты использования химиками ресурсов этой сети. Также нет возможности рассмотреть в деталях математический аппарат методов и привлечь студентов к разработке теоретических основ квантовой химии. Мы ограничим себя поиском квантово-химической информации.
Задание 1
Обратите внимание на информацию об авторах программы, условиях ее распространения, версии, изменениях последней версии, URL разработчиков.
Предлагается следующий список программ:
№ | Ab initio | полуэмпирические | макромолекулы | вспомогательные | |||
GAUSSIAN | 10 | MOPAC | 14 | VAMP | 20 | MOLDEN | |
GAMESS | 11 | AMPAC | 15 | ASP | 21 | Chem-3D | |
HyperChem | 12 | Chem-X | 16 | DIVA | 22 | BABEL | |
CADPAC | 13 | PCModel | 17 | Пакет TSAR | 23 | GEOMVIEW | |
SPARTAN | 18 | DL_POLY | 24 | Moledit | |||
CRYSTAL | 19 | MacroModel | 25 | Glu | |||
ALCHEMY | 26 | Gm | |||||
SYBYL | 27 | Mv | |||||
XHF | 28 | Vega |
Задание 2
В первой лабораторной работе Вы пользовались программой неэмпирических и полуэмпирических квантово-химических расчетов GAMESS. Полученные Вами результаты, сохраненные в LOG файлах, могут быть легко обработаны специализированными визуализационными и интерпретационными программами.
Вам предлагается:
Задание 3
Во второй лабораторной работе Вы пользовались программой полуэмпирических квантово-химических расчетов. Если это были программы MOPAC или АMPAC, полученные Вами результаты могут быть легко обработаны специализированными визуализационными и интерпретационными программами. Если были использованы другие программы, воспользуйтесь тестовыми примерами, входящими в пакет программ.
Для квантово-химических расчетов пленок, полимеров и кристаллов разработана программа CRYSTAL. Базисные функции, используемые в программе постоянно дополняются, т.о. позволяя рассчитывать свойства более широкого спектра соединений.
Задание 5
В первой лабораторной работе Вы составляли исходный файл для расчетов по программе GAMESS. Исходная геометрия молекулы задавалась в виде Z-матрицы. Отсутствие описания длин связей и углов в явном виде делает невозможным просмотр получившейся структуры молекулы.
Каждая квантово-химическая программа имеет свой собственный формат входного (и выходного) файла. Это делает практически недоступным использование квантовой химии химиками, не знакомыми с основами программирования.
Любая программа требует задания геометрии молекулы. Наиболее известными являются форматы Z-матрицы программы MOPAC (отличается от формата программы GAMESS!!!) и задание координат ядер в декартовом прямоугольном пространстве. Авторы программы BABEL выполнили непосильную задачу, написав программу, преобразующую файлы из одного формата в другой (входные и выходные файлы около 60 программ!!!).
Необходимо:
Задание 6
К наиболее серьезным преимуществам работы в сети является возможность выполнения расчетов на удаленном компьютере. Все современные научные, исследовательские и учебные центры, университеты, где сталкиваются с преподаванием и практическим использованием квантово-химических расчетов в своем компьютерном парке имеют суперкомпьютеры - рабочие станции, как правило, RISC - архитектуры. Персональные же компьютеры используются лишь для обеспечения терминального доступа к ним. На персоналках составляются задания - входные и отладочные файлы. Таким образом обеспечивается рациональное использование вычислительных ресурсов. Что касается неэмпирических расчетов, то их выполнение на персоналках пять лет назад даже для простых молекул было по времени счета нереальным.
Для примера в приложении приведена страничка, с которой можно на удаленном компьютере посчитать молекулу воды.
Найти:
Результатом проделанной работы являются файлы, сохраненные в директории одноименной с группой (к примеру, F-36) в поддиректории номера задания данного документа. После выполнения задания преподаватель принимает работу и оценивает ее.
Приложение 1
Пример странички, с помощью которой можно посчитать на удаленном компьютере молекулу воды.
Two popular programs for geometry optimisation and other fundamental structural properties are Gaussian and MOPAC. Extending the ideas developed elsewhere about chemical MIME types to specify input file types for Gaussian or MOPAC is straightforward. Thus by defining:-
in a local .mailcap on a UNIX system (or its equivalent on other platforms) one can readily check the format of a gaussian or MOPAC job submission file. An example here is the input file for a restricted Hartree-Fock geometry optimisation run on Gaussian for the interesting molecule bisbenzenechromium. The file consists of a number of "option cards" (cards for christsake!) which describe the type of calculation to be run, and a title for the job, etc. The next block of data describes the initial geometry of the molecule (as a so-called Z matrix). Finally some initial guesses for the bond lengths and angles are given. We can check that this file correctly describes the molecule by invoking xmol. If you have edited your .mailcap and have xmol installed clicking here should spawn xmol as an external viewer (the file that is being read here is a symbolic link to the the gaussian input text file above but with a file extension ".gau").
Xmol can also convert between file formats so that one could read, for example, a ".xyz" file type and write a ".gau" file type. In the future this feature might be used to launch a remote job on a compute server. We can demonstrate how this might be done with a simple MOPAC calculation (an AM1 minimisation) on water. We have constructed a forms based interface, although other structures are no doubt possible, and you can test it here (It really works now ed.).
Приложение 2
Последняя редакция 19 December, 1999