Вычисление параметров для молекулярной механики

1. Предоставлена оптимизированная структура этана в виде z-matrix :

    
    $DATA
   eth
   C1
    C   
    C      1   cc 
    H      2   ch   1   cchv 
    H      2   ch   1   cch   3   d1 0
    H      2   ch   1   cch   3   d2 0
    H      1   ch   2   cch   3   d3 0
    H      1   ch   2   cch   5   d3 0
    H      1   chv  2   cch   4   d3 0
    
   cc=1.52986
   ch=1.08439
   chv=1.08439
   cch=111.200
   cchv=111.200
   d1=120
   d2=-120
   d3=180
    $END
   

   Вместо значений длин и углов связей стоят переменные. Цель состоит в том, чтобы создать порядка 20 разных файлов для расчета энергии в Gamess с разными значениями по длине одной из связей. Для этого в представленных координатах одна связь или угол отличается названием переменной, но не ее значением.
   Автоматизируем процесс с помощью скрипта на bash.
   

2. Составим файл-заготовку для размножения, пусть имя файла будет et.inp.
   Для этого к координатам добавим шапку для dft из предыдущего практикума. Только надо изменить информацию о типе входных координат: заменим COORD=CART на COORD=ZMT.
   Проверим, работает ли файл-заготовка: выходной файл et.log не содержит ошибок, переходим к следующему пункту.

3. Теперь создадим текстовый файл скрипта make_b.bash со следующим содержанием:

    
   #!/bin/bash
   ### делаем цикл от -10 до 10 ##### 
    
   for i in {-10..10}; do 
    
   #### нам надо рассчитать новую длину связи #####
   #### с шагом 0.02 ангстрема,               #####
   #### воспользуемся калькулятором bc        #####
   #### и результат поместим в переменную nb  #####
    
        nb=$(echo "scale=5; 1.52986 + $i/50" | bc -l)
    
   #### пролистаем файл et.inp и заменим указание переменной ###
   #### на новое значение и пере направим результат в файл   ###
    
        sed "s/cc=1.001/cc=$nb/" et.inp  > b_${i}.inp
    
   done
   

   Запустим скрипт :

    bash ./make_b.bash 

   В результате получаем 21 inp файл и в каждом разное значение для переменной сс.
   
   

4. Запустим расчет для этих файлов. Для этого перед строчкой

   done

   вставим запуск Gamess:

   gms b_${i}.inp 1 > b_${i}.log

   Запустим скрипт.
   
   Теперь нужно извлечь значение энергии из log файла. Для этого удобно воспользоваться awk.
   Сначала в скрипте прокомментируем запуск Gamess, поставив в начало строчки

        gms b_${i}.inp 1 > b_${i}.log
   ####. 
   

   Добавим после этой строчки вызов awk (мы ищем строчку с TOTAL ENERGY и печатаем четвертое поле, считая, что поля разделены пробелами):

   awk '/TOTAL ENERGY =/{print $4}'  b_${i}.log

   Теперь удобно было бы выводить и значение длины связи. Для этого добавим перед вызовом awk распечатку переменой nb. Распечатаем переменную и несколько пробелов без переноса строки:

   echo -n "$nb    "

   Перенаправим поток вывода скрипта в файл bond:

   bash ./make_b.bash > bond

   В результате имеем файл bond с двумя столбцами (с длинами связи и соответствующими значениями энергии).
   
   

5. Получаем зависимость энергии молекулы от длины одной связи. Построим ее в gnuplot. Для этого просто введем:

   plot "bond"

   Получаем график с точками, похожими на параболу. Теперь надо найти коэффициенты в функции f(x)=a+k(x-b)^2 которые бы позволили наиболее близко описать наблюдаемую зависимость. Для этого воспользуемся возможностями Gnuplot. Сначала зададим функцию в развернутом виде, в строке gnuplot введем:

   f(x)=a + k*x*x - 2*k*x*b + k*b*b

   И зададим стартовые значения коэффициентов:

   a=-80
   k=1
   b=1.5

   Проведем подгонку коэффициентов под имеющиеся точки в файле bond:

   fit f(x) "bond" via a,k,b

   Значения коэффициентов сохраним в файле koeff.txt.
   
   
   Построим графики функции и значений энергии из Gamess:

   plot "bond", f(x)

   Изображение графика:
   
   
   
   

6. Проделаем аналогичные операции для валентного угла HCH (cch).
   Будем изменять его значения от 109.2 до 113.2 с шагом 0.2. В результате получим файл angle со значениями угла и соответствующими им энергиями. Зависимость энергии от угла была аппроксимирована параболой со значениями коэффициентов koeff2.
   
   График зависимости:
   
   
   
   

7. Проделаем аналогичные операции для торсионного угла d3.
   Будем изменять его значения от -180 до 180 с шагом 12. В результате получим файл tors со значениями угла и соответствующими им энергиями. Зависимость энергии от угла:
   
   
   
   Количество минимумов: 3 (правый и левый совпадают).