Rafał Ślusarz

 
 
 
 

WdMM - ćwiczenie 5


Ćwiczenie nr 5.

Słowa kluczowe: energia konformacji, profil energii

  1. Przygotowanie do ćwiczenia
    Przygotuj macierz Z 1,2-dichloroetanu.

    Konstrukcję macierzy współrzędnych wewnętrznych rozpocznij od zbudowania łańcucha Cl-C-C-Cl
    Strukturę przygotuj w ten sposób, aby można było swobodnie zmieniać wartość kąta torsyjnego na wiązaniu pomiędzy atomami węgla (bez deformowania położenia podstawników). W praktyce oznacza to konieczność takiej definicji kolejności atomów, aby przez wiązanie C1-C2 nie "prowadzić definicji" innych, właściwych kątów torsyjnych (należy tu (niestety) dla atomów wodoru zdefiniować niewłaściwe kąty torsyjne wg kolejności: at. węgla>dalszy at. węgla>bliższy at. chloru).

    Dane strukturalne:
    Długości wiązań: C-C: 1,45 Å; C-Cl: 1,75 Å; C-H: 1,089 Å;.
    Ze względu na hybrydyzację sp3 atomów węgla, wszystkie kąty walencyjne w tej strukturze przyjmują wartość 109,471°
    Wartości kątów torsyjnych - zależnie od definicji i kolejności atomów.

  2. Przygotuj struktury do obliczeń.
    Jako struktury do wyliczeń energii przygotowywanych konformacji zapisz pliki ze współrzędnymi wewnętrznymi 1,2-dichloroetanu w takiej konformacji, aby wartość kąta torsyjnego Cl1-C1-C2-Cl2 wynosiła 0°, 5°, 10°, 15°, ..., 175°, 180°.
    Pliki muszą się nazywać dichl000.mop, dichl005.mop, ..., dichl175.mop, dichl180.mop (format MOPAC).
    Można je przygotować na dwa sposoby:
    1. Po przygotowaniu struktury startowej (np. 0° w kącie Cl1-C1-C2-Cl2) i zapisaniu jej z nazwą dichl000.mop można zmienić wartość kąta Cl1-C1-C2-Cl2 do 5°, zapisać pod nazwą dichl005.mop, znowu zmienić wartość tego kąta i zapisać pod nową nazwą, itp, itd.
    2. Po przygotowaniu struktury startowej (np. 0° w kącie Cl1-C1-C2-Cl2) i zapisaniu jej z nazwą dichl000.mop można przeedytować plik tekstowy dichl000.mop zmieniając wartość odpowiadającą kątowi Cl1-C1-C2-Cl2 z 0° na 5° i plik zapisać pod nową nazwą: dichl005.mop. Następnie tę samą wartość należy zmienić na 10° i plik zapisać pod nową nazwą, itp, itd.
    Niezależnie od sposobu przygotowania struktur, powinno w sumie powstać 37 plików.

  3. Wyliczenia energii
    Każdy z plików zawierających konkretną konformację 1,2-dichloroetanu należy uzupełnić nagłówkiem zawierającym instrukcje służące wyliczeniu energii całkowitej w programie mopac2009/mopac2016
    Do każdego pliku należy dopisać w pierwszej linii:

     AUX LARGE CHARGE=0 SINGLET NOOPT PM6

    Należy zadbać o to, aby współrzędne rozpoczynały się w linii czwartej.
    Opis poszczególnych słów kluczowych znajduje się na tej stronie.

  4. Przeprowadź obliczenia energii przygotowanych konformacji.

    Każdy z plików mop jest plikiem wejściowym do obliczeń w programie mopac2009/mopac2016. Aby uruchomić obliczenia, w terminalu należy wydać polecenie:

    mopac dichl000.mop

    Obliczenia powinny trwać mniej, niż 1/3 sekundy i tworzą trzy nowe pliki: out, arc i aux dla każdego pliku wejściowego.
    Dla nas (dzisiaj) najłatwiejszym sposobem odnlezienia interesującej nas wartości energii całkowitej jest odczytanie jej z pliku arc. Poszukiwana wartość znajduje się w linijce:

             TOTAL ENERGY            =       -XXX.XXXXX EV
    (wartość energii podana jest w elektronowoltach).

    W pliku tekstowym o nazwie energie.dat umieść znalezione wartości energii w formacie:
    wartość_kąta  wartość_energii
    na przykład:

    5  -800.21418
    10 -800.22432
    15 -800.25412
    

  5. Zapoznaj się z programem gnuplot

    Przygotuj prosty wykres liniowy w programie gnuplot:
    W terminalu tekstowym uruchom program, wydając polecenie gnuplot - uruchomi się interaktywna powłoka programu, w której poleceniami będzie można rysować wykresy i opisywać je.

    Dwa najważniejsze polecenia do podstawowego zastosowania to plot i quit

    W poleceniu plot w pojedynczych apostrofach podajemy nazwę zbioru danych a nastepnie opcjonalnie styl rysowania wykresu (np. wykres liniowy z zaznaczonymi punktami danych będzie wymagał podania argumentu with linespoints lub w skrócie w lp).
    Przykład:

    		plot '/big/WdMM/cw5/gnuplot_przyklad.dat' w lp
    
    (oczywiście powyższe polecenie należy wydać wewnątrz programu gnuplot...)

    Uruchom program gnuplot, narysuj przykładowy (powyższy) wykres.

    Ten sam zestaw danych i wykres z opisem osi, bez powtórzeń osi, z tytułemi i z wykorzystaniem dowykresu pierwszych dwóch kolumn pliku z danymi (using 1:2) oraz drugiego pliku z danymi, przy czym wartością odciętych był tu numer wiersza (using 0:1):

    set border 3
    set xtics nomirror
    set ytics nomirror
    set xlabel 'Kolejne dane'
    set ylabel 'Wartosci danych'
    set title 'Przykladowe wykresy'
    plot '/big/WdMM/cw5/gnuplot_przyklad.dat' u 1:2 w lp t 'dane z pierwszego pliku','/big/WdMM/cw5/gnuplot_przyklad2.dat' u 0:1 w lp t 'dane drugie'

    Program GNUPLOT posiada opcje eksportu wykresu do plików graficznych (bezpośrednio do PNG), lub skorzystanie z opcji zapisania w buforze/schowku systemowym grafiki obszaru wykresu. Taki obraz wykresu wykonuje się używając ikony schowka w lewym górnym roku okna z wykresem:

    clipboard>

    Tak zapamiętany obraz należy wkleić w oknie edytora grafiki (np. w Gimp'ie będzie to Ctrl-SHIFT-V) i przerobić/zapisać wg wymagań (nie trzeba tego oczywiście robić, jeżeli eksport bezpośrednio do PNG zadziała....). Nie trzeba też tego robić teraz, ponieważ narysowane wykresy to tylko przykład wykorzystania programu gnuplot.
    Istnieje też nieśmiertelna metoda otrzymania grafiki z takim wykresem przez wykonanie zrzutu ekranu i wycięcie z niego interesującego nas obszaru (np. w programie GIMP - dostępnym w pracowni)

    Szersze wykorzystanie programu Gnuplot zostało opisane w materiałach do wykładu.

  6. Sporządź wykres wartości energii całkowitej 1,2-dichloroetanu w zależności od położenia podstawnika chlorowego.
    Wykorzystaj przygotowany wcześniej plik z danymi: energie.dat
    Przygotowany wykres umieść w sprawozdaniu.

  7. Sprawozdanie z ćwiczenia.
    W sprawozdaniu (oprócz wykresu przygotowanego w p. VI) umieść odpowiedź na pytanie:
    Z czego bezpośrednio wynikają występujące na przygotowanym wykresie minima i maksima w wartościach energii oraz dlaczego występują one akurat w tych miejscach? (zwróć uwagę na cztery tego typu punkty ekstremalne wykresu)

  8. Udostępnienie do zaliczenia
    Na swój dysk Google, do foldera "WDMMcwiczenie5", prześlij pliki:
    1. energie.dat
    2. dichl000.mop
    3. dichl120.mop
    4. dichl180.mop
    5. dichl180.out
    6. sprawozdanie w formacie ODT
    7. to samo sprawozdanie w formacie PDF

    Tak zaopatrzony folder udostępnij prowadzącemu przed końcem zajęć; adres do udostępnień: rafal.slusarz@etoh.chem.univ.gda.pl

WdMM - powrót.

↑↑↑


  Data ostatniej modyfikacji strony: 12.01.2022 r.