Cеми-эмпирические вычисления: Mopac

Для установки переменных надо ввести следующие команды:
export PATH=${PATH}:/home/preps/golovin/progs/bin
export MOPAC_LICENSE=/home/preps/golovin/progs/bin


1. Оптимизация порфирина.

   Аннотация порфирина в виде SMILES:
   c1cc2cc3ccc(cc4ccc(cc5ccc(cc1n2)[nH]5)n4)[nH]3
   файл 1.smi
   С помощью obgen, была построена 3D структура порфирина:
   obgen 1.smi > 1.mol
   Полученная структура была просмотрена в PyMol:
   
   
   
   2 водорода лишние, ненужные водороды были удалены ( atom->remove atoms):
   
   
   
   см. pdb файл
   
   С помощью babel координаты в mol формате были переформатированы во входной файл для Mopac:
   babel -ipdb porf.pdb -omop 1_opt.mop -xk "PM6" - c помощью -xk мы задаем параметризацию типа pm6.
   Полученный файл был обработан с помощью программы Mopac:
   MOPAC2009.exe 1_opt.mop
   Выходной файл: 1_opt.out. Для сравнения он был переформатирован в pdb: babel -imopout 1_opt.out -opdb 1_opt.pdb
   
   
   
   Полученная структура плоская, в отличие от исходной.
   Аналогичным образом была проведена оптимизация с параметризацией AM1:
   babel -ipdb porf.pdb -omop 2_opt.mop -xk "AM1"
   MOPAC2009.exe 2_opt.mop
   babel -imopout 2_opt.out -opdb 2_opt.pdb
   
   pdb
   
   Полученная струтура тоже плоская. Разницы между результатами этих двух оптимизаций нет, как видно из наложения структур:
   
   

2. Возбужденные состояния порфирина и спектр поглощения молекулы.

   Для расчета возбужденных состояний была создана копия mop файла из предыдущего пункта: 1_opt_spectr.mop. Для указания Mopac о необходимости расчета возбужденного состояния в конец файла было добавлено:
   пустая строка
   cis c.i.=4 meci oldgeo
   some description
   Выдача MOPAC ( MOPAC2009.exe 1_opt_spectr.mop): 1_opt_spectr.out. Значения энергий для электронных переходов указаны в конце файла:
   
   
   
   На основании значений энергий переходов и формулы E=(hc)/λ были рассчитаны длины волн, при которых происходят эти переходы:
   
   
   
   

3. Оптимизация 1,4-бензохинона (парабензохинона).

   Для молекулы 1,4-бензохинона (SMILE: O=C1C=CC(=O)C=C1) была определена геометрия как с помощью obgen (benz.mol), так и Мopac (benz.pdb): obgen benz.smi > benz.mol
   babel -ipdb benz.pdb -omop benz_opt.mop -xk "PM6"
   MOPAC2009.exe benz_opt.mop
   babel -imopout benz_opt.out -opdb benz_opt.pdb
   
   
   
   Геометрия, полученная obgen, выделена красным, а Mopac - синим. Из картинки заметно, что связи C-C, рассчитанные в obgen, немного короче этих же связей, рассчитанных в Mopac. Также была определена геометрия дианиона этой молекулы. Для этого в первую строчку mop файла было добавлено слово CHARGE=-2, затем явным способом было указано на каких атомах должен находиться отрицательный заряд (см. файл):
   
   было стало
   
   MOPAC2009.exe benz_opt_modified.mop
   babel -imopout benz_opt_modified.out -opdb b_opt_m.pdb
   
   
   
   Как видно, связь C-O в дианионе длиннее, чем в нейтральной молекуле (magenta - дианион, синий - исходная структура).
   

4. Тиминовые димеры

   Дан димер.
   1) Проведена оптимизация геометрии этого димера, при заряде системы 0.
   2) Проведена оптимизация результата из пункта 1) , при заряде системы +2.
   3) Проведена оптимизация результата из пункта 2), при заряде системы 0.
   Энергии всех трех состояний (1, 2, 3)
   I состояние: TOTAL ENERGY = -3273.58217 EV
   II состояние: TOTAL ENERGY = -3253.90755 EV
   III состояние: TOTAL ENERGY = -3273.69464 EV
   Возбужденное состояние при добавлении электронов не перешло обратно в исходно состояние, потому что переход в начальное состояние менее энергетически выгоден.