Tiểu luận ứng dụng phần mềm hyperchem 8 08

Giới thiệu phần mềm HyperChem là phần mềm tính toán lượng tử với giao diện thân thiện được sử dụng để mô tả phân tử 3D, tối ưu cấu trúc hình học phân tử, tính toán các thông số hóa lý: đ

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM HYPERCHEM 8.08

1 Giới thiệu phần mềm

HyperChem là phần mềm tính toán lượng tử với giao diện thân thiện được sử dụng để

mô tả phân tử 3D, tối ưu cấu trúc hình học phân tử, tính toán các thông số hóa lý: độ dài liên kết, mật độ e, góc liên kết… và dự đoán phổ IR, UV, NMR…

Phần mềm Hyperchem phiên bản 8.08 với nhiều tính năng mới như: khả năng tương thích Microsoft Vista, tính toán entropies và năng lượng tự do, đặc biệt ra đời phương pháp bán kinh nghiệm mới RM1cho kết quả tính chính xác hơn rất nhiều,…

Phần mềm HyperChem dùng cho hệ điều hành Windows

Yêu cầu hệ thống cài đặt trên máy tính như sau:

 Hệ điều hành Windows 98, Me, NT4 SP4, 2000 or XP

 Bộ nhớ 32 Mb RAM

 Card màn hình VGA

Nhấp chuột vào biểu tượng HyperChem trên màn hình:

2 Các ứng dụng của HyperChem

a Vẽ cấu trúc nguyên tử:

Xây dựng các phân tử với HyperChem rất đơn giản: chỉ cần chọn một phần tử từ bảng tuần hoàn, click và kéo chuột để phác họa một cấu trúc như trên giấy, trước khi áp dụng xây dựng mô hình để chuyển đổi phác thảo 2D của bạn vào một cấu trúc 3D

Bước 1: Nhấp hai lần liên tiếp trái chuột (Double-click) vào công cụ vẽ Hộp thoại lựa chọn nguyên tố sẽ hiện ra Hoặc vào Menu Build/ Default Element Chọn nguyên tố muốn vẽ, ở đây lấy ví dụ chọn Carbon

 Allow Arbitrary : vẽ số liên kết lớn hơn hoá trị của nguyên tố của nó.

 Explicit Hydrogens: tự động thêm H liên kết vào nguyên tử cho đến bão hoà hoá

trị

Properties: Cho biết thuộc tính nguyên tố

Bước 2: Nhấp trái chuột, giữ và rê để vẽ các liên kết đến các điểm theo công thức phân

tử muốn vẽ

Tạo vòng benzen bằng cách nhấp liên tiếp hai lần chuột trái vào mạch vòng sáu cạnh.

Bước 3 Để vẽ liên kết đơn, ba ta nhấp chuột trái vào liên kết đơn một lần, hai lần

Chọn manu Build/ Add H and Model build

Bước 4 Bổ sung H và tối ưu cấu trúc gần đúng của phân tử

Chọn manu Build/ Add H and Model build

Để hiện thị nguyên tử chọn Display/Label Cửa sổ xuật hiện tích chọn Symbol

Nếu vẫn không thấy hydro xuất hiện thì hãy tích chọn Show Hydrogens trong Display menu.

Nếu chọn Build/ Add H thì chỉ bổ sung H, cấu trúc phân tử giữ nguyên như lúc vẽ.

b Chỉnh sửa các nguyên tử

Nhấp hai lần trái chuột vào công cụ vẽ trên thanh công cụ Bảng các nguyên tố sẽ hiện ra Chọn nguyên tố muốn thay thế Ví dụ chọn oxi

Nhấp trái chuột vào nguyên tử muốn thay thế trong phân tử đã vẽ Ví dụ H Nguyên tử H

sẽ được thay thế bằng nguyên tử oxi

Chọn nguyên tố O để vẽ CTCT

Lựa chọn, xoay, dịch thuật, và thay đổi kích thước các cấu trúc với các công cụ điều khiển chuột thuận tiện

Xác định loại nguyên tử, nguyên tử, khối lượng nguyên tử

Xây dựng các phân tử phức tạp, di chuyển từng nguyên tử và phân tử dễ dàng như di chuyển các nhóm;

Xây dựng chuỗi axit amin và axit nucleic từ acid amin và nucleotide

Cắt và dán các đoạn protein cho mô hình tương đồng; protein mô hình với hơn Gọi tên, xây dựng polyme mạch thẳng hoặc mạch nhánh polyme từ các monome, xác định tất cả các các thông số cấu trúc cho các mối liên kết monomer hoặc tùy chọn ngẫu nhiên liên kết 100.000 nguyên tử Đọc chuỗi protein và tạo ra cấu trúc thứ cấp cụ thể như là đầu vào để tính toán mô hình

Xây dựng tinh thể phân tử, thiết lập loại tinh thể và tế bào đơn vị Tạo ra các tinh thể nguyên tử với một loạt các tế bào đơn vị mẫu, có hoặc không có điều kiện biên định kỳ

c Hiển thị phân tử

Add H and Model build

- Sticks: Kiểu que.

Balls : Kiểu hình cầu.

Balls and Cyclinders: kiểu hình cầu và hình

que

Overlapping Spheres: Kiểu hình cầu chồng

lên nhau.

Tubes: kiểu ống

No Change: giữ nguyên

Add Dots:bổ sung chấm

Balls Balls and cyclinders Tubes Hiển thị phân tử bằng các mô hình kiểu que, cầu, ống, cầu và que, kiểu hình cầu chồng lên nhau Và cũng có thể điều chỉnh chiều rộng của thanh, bán kính có que, của ống, của hình cầu sao cho phù hợp Ngoài ra còn có thể thay đổi màu sắc cho các nguyên tử bằng cách chọn bất

kì trong 16 triệu màu

Sử dụng nhiều màu sắc lựa chọn cho người sử dụng phông nền cửa sổ, nguyên tử, lựa chọn, quỹ đạo; phần màu sắc của một hệ thống theo nhu cầu và thị hiếu của riêng bạn

Chỉnh sửa cơ phân tử hoặc các thông số bán thực nghiệm cho các nguyên tử được lựa chọn

Bản sao hiển thị hình ảnh thành file hoặc clipboard để đưa vào một chương trình khác như Microsoft PowerPoint hoặc cho hiển thị trên một trang web

Nắm bắt cấu trúc, quỹ đạo, hoặc phổ và ngay lập tức tạo ra một trang web cho phép hoạt động quay của phân tử, kiểm tra quỹ đạo, hoặc hình ảnh động của chế độ bình thường; tự do phân phối điều khiển web cho phép người khác xem nội dung hoạt động của bạn Phổ hiển thị bao gồm tần số, cường độ

d Chú thích

Tạo chú thích biểu tượng như văn bản trong một phông chữ và kích thước cụ thể

Ẩn lớp chú thích hoặc đặt nó ở phía trước hoặc phía sau phân tử Lưu các chú thích trong cùng một tập tin như hệ thống phân tử để lưu / khôi phục lại một bản vẽ

Lựa chọn và zoom / dịch chú thích với nguyên tử hoặc phân tử

e Cơ sở dữ liệu

HyperChem cung cấp cho các phân tử mô hình tính toán và lưu trữ kết quả của những tính toán Tạo ra một cơ sở dữ liệu mới của bản vẽ phân tử 2D với cấu trúc 3D liên kết dữ liệu phân tử

Mở một cơ sở dữ liệu hiện tại mặc định của hơn 10.000 phân tử chung

Tạo một bản ghi cơ sở dữ liệu mới từ HyperChem với một nút nhấn

Truy vấn cơ sở dữ liệu cho cấu trúc 2D và giá trị của các lĩnh vực cơ sở dữ liệu

Tạo ra một truy vấn 3D có mục đích chung nhưng liên kết với truy vấn (đúng, sai) kết quả của bất kỳ kịch bản HyperChem

Tạo ra một cơ sở dữ liệu của các phân tử mang theo trên điện thoại hoặc máy tính bỏ túi

Sử dụng tiêu chuẩn Microsoft Access

f Khảo sát phân tử

Bước 1: Vẽ cấu trúc phân tử

Bước 2: Tối ưu hình học phân tử: chọn phương pháp tối ưu (PP AM1 hoặc PM3)

Bước 3: Xác định một số đặc trưng hình học: độ dài liên kết, mật độ e trên nguyên tử, góc

liên kết (có trong file log tối ưu hoặc dùng công cụ select )

Bước 4: Tính các thông số lượng tử: Mômen lưỡng cực (AM1 hoặc PM3), Nhiệt hình

thành (AM1 hoặc PM3), Năng lượng toàn phần (Zindo/s), phổ dao động-Vibration (AM1 hoặc PM3)

g Hóa học tính toán

Các quan điểm và lý thuyết gần đúng nhằm đơn giản hóa phương trình Schroedinger áp dụng cho hệ nghiên cứu là phân tử nhiều electron Trên cơ sở đó người ta xây dựng các phương pháp tính gần đúng lượng tử

Hầu hết các phương pháp gần đúng đều dựa trên tư tưởng của phương pháp MO áp dụng vào lý thuyết trường tự hợp Các phương pháp lượng tử gần đúng bao gồm các phương pháp không kinh nghiệm ( phương pháp Ab-initio ) và các phương pháp bán kinh ngiệm : CNDO, INDO, MINDO/d, MNDO, AM1, PM3, RM1, TNDO

Bước 1: Tối ưu cấu trúc hình học

Vào manu setup\semi-emperical Cửa sổ xuất hiện, Click chuột trái chọn phương pháp tối

ưu Click vào nút OK

V

ào manu file\chọn start log để tạo file ghi kết quả tối ưu Vào manu compute \Geometry Optimization để thực hiện quá trình tối ưu

Vào manu file\chọn stop log để đóng file kết quả

Bước 2: Mở file log để ghi kết quả

Nếu không tạo file log để ghi kết quả, chương trình sẽ ghi vào file log ngầm định có tên

là chem.log

Nếu dòng start log chìm xuống và dòng stop log nổi lên, thì có một file log đã mở sẵn, chọn stop log để đóng file này Sau đó chọn start log để tạo file mới Nếu không đóng file log đang mở, chương trình tính sẽ ghi tiếp kết quả vào file đó

Bước 3: Thực hiện quá trình tối ưu

Vào manu Compute, chọn Geometry optimization Cửa sổ xuất hiện

Click vào OK để thực hiện quá trình tối ưu

Bước 4: Đóng file ghi kết quả

Covergence limit: 0,01

Iteration: 50

Điều kiện biên: Temination Condition

- RMS: 0,01

- Số vòng lặp tối đa: 195

Vào menu File chọn stop log để đóng file ghi kết quả đã tạo ra ở bước 2

Xem kết quả của quá trình tối ưu:

Hiện thị thuộc tính trên nguyên tử

Đo độ dài liên kết

Đo góc liên kết

Đo góc vặn

Đo khoảng cách giữa hai nguyên tử không liên kết

Hiện thị thuộc tính trên nguyên tử

Hiện thị thuộc tính trên nguyên tử

Vào manu Display trên thanh công cụ chọn Labels Hộp thoại Labels hiện ra với các lựa chọn khác nhau:

Đo độ dài liên kết

Nhấp trái chuột vào công cụ lựa chọn trên thanh công cụ

Nhấp trái chuột vào nguyên tử thứ nhất kéo đến nguyên tử thứ hai rồi nhả chuột ra

Liên kết giữa hai nguyên tử sẽ sáng hơn, độ dài liên kết hiện thị ở thanh trạng thái bên dưới

Đo góc liên kết

Nhấp chuột trái vào công cụ lựa chọn trên thanh công cụ

Nhấp trái chuột vào nguyên tử thứ nhất rê đến nguyên tử thứ ba (theo thứ tự tạo nên góc) rồi nhả chuột

Góc liên kết xuất hiện ở thanh trạng thái

Đo góc vặn

Nhấp trái chuột vào công cụ lựa chọn trên thanh công cụ

Nhấp trái chuột vào nguyên tử đầu rê đến nguyên tử thứ tư trong bốn phân tử tạo nên góc vặn rồi giải phóng chuột

Giá trị góc vặn hiển thị trong dòng tình trạng ở dưới

Các kiểu tính toán

Tối ưu cấu trúc hình học phân tử (Geometry Optimization ): xác định mật độ e, độ dài

liên kết, góc liên kết

Tính điểm đơn (Single Point): Tính các thông số lượng tử như mômen lưỡng cực (AM1

hoặc PM3), Nhiệt hình thành (AM1 hoặc PM3), Năng lượng toàn phần (Zindo/s)

Phân tích phổ dao động (Vibration, rotation Analysis): xác định tần số dao động

Một số phép tính khác

Tính momen lưỡng cực và nhiệt hình thành

Bước 1: Vào Manu Setup\ semi-emperical Click chọn PM3

Độ dài lk giữa C5-C6 là 1.3905 

Bước 2: Mở file log để ghi kết quả

Bước 3: Vào Menu Compute, chọn Singpoint

Bước 5: Đóng file log Vào manu file\chọn Stop log

Mở file log để xem kết quả (vào word chọn mở file log hoặc nhấp đúp chuột trái vào tên file để mở trong Notepad)

Mở file log để xem kết quả

Loại tính toán

Tính toán điểm duy nhất xác định năng lượng phân tử và các thuộc tính cho một hình học

cố định nhất định; SCF, tương tác cấu hình, hoặc MP2

Tính toán tối ưu hóa hình học sử dụng thuật toán giảm thiểu năng lượng để xác định vị trí cấu trúc ổn định Sáu các thuật toán giảm thiểu được cung cấp Thậm chí tính toán hình học với MP2 hoặc trạng thái kích thích

Tính toán tần số rung động tìm các phương thức rung động bình thường của một cấu trúc tối ưu hóa Các phổ dao động có thể được hiển thị (với cường độ IR) và các chuyển động rung động liên quan đến quá trình chuyển đổi cụ thể có thể được hoạt hình

Phổ điện tử với hình ảnh hiển thị tần số và cường độ.

Động học phân tử (MD) mô phỏng tính toán quỹ đạo điển cho các hệ thống phân tử Lực lượng lượng tử có thể được sử dụng để mô hình va chạm phản ứng Thời gian làm nóng, cân bằng, và làm mát có thể được sử dụng để mô phỏng luyện kim và cho nghiên cứu khác quá trình phụ thuộc nhiệt độ Cả năng lượng liên tục và mô phỏng nhiệt độ không đổi có sẵn

Tính toán năng lượng và dữ liệu ngẫu nhiên ở nhiệt độ T Sau đó có được năng lượng tự

do như A = E-TS

Tính hằng số cân bằng cho bất kỳ phản ứng

Tính toán hằng số tốc độ phản ứng từ HyperChem

Tính toán khả năng nhiệt cho các phân tử ở nhiệt độ T

Áp dụng một điện trường tác dụng lên bất kỳ hệ thống phân tử Xem những gì thay đổi này cho bất kỳ mô hình phân tử kết quả như cấu trúc, năng lượng học, và phản ứng

Áp dụng một từ trường tác dụng lên một hệ thống phân tử của một tập hợp các phương pháp bán thực nghiệm

Xác định rằng kết quả của bạn được mô tả bởi một trong ba hệ thống của các đơn vị - kJ, kCal, hoặc đơn vị nguyên tử (Hartrees.)

Tính toán thường áp dụng cho bất kỳ phương pháp áp dụng, ví dụ như ab initio MD hoặc

phổ rung động với DFT, vv

Tính QSAR (phí Gasteiger, diện tích bề mặt (2 phương pháp), khối lượng, năng lượng hydrat hóa, đăng nhập P, refractivity, tổng

polarizabilities trái phiếu, khối lượng)

NMR che chắn và khớp nối với các hằng số tùy chọn tính toán sau và màn hình hiển thị của phổ 1-D, công nghệ TNDO đặc biệt cho tính toán nhanh chóng của các thông số NMR với cải thiện độ chính xác hơn các phương pháp bán thực nghiệm khác

Cơ học lượng tử ab Initio

Lựa chọn từ nhiều bộ cơ sở thường được sử dụng (STO-1G đến 6-311 + + g2d2p) bao gồm các tiêu chuẩn STO-3G, 3-21G,6-31g *, và 6-31g ** bộ cơ sở

Hàm cơ sở thêm (s, p, d, sp, SPD) có thể được thêm vào các nguyên tử cá nhân hoặc nhóm nguyên tử

Người dùng có thể xác định bộ cơ sở của mình hoặc sửa đổi bộ cơ sở hiện dễ dàng bằng cách sử dụng tài liệu thiết lập cơ sở HyperChem của định dạng tập tin

Bộ cơ sở khác nhau có thể được sử dụng trên các nguyên tử khác nhau, sử dụng quỹ đạo

ma để loại bỏ phần mở rộng tập hợp cơ sở

Sử dụng điện trường, tương tác cấu hình, MP2, SCF trực tiếp và RHF hoặc UHF

Mật độ chức năng lý thuyết (DFT)

Tất cả các khả năng của Ab Initio mô-đun của HyperChem, ví dụ như động học phân tử,

…

Bất kỳ sự kết hợp của bảy tiềm năng trao đổi (Slater, Hartree-Fock, Becke 88, Perdew-Wang 91, Gill 96, PBE 96, HCTH 98) và 7 tiềm năng tương quan (VWN, Perdew-Zunger 81, Perdew 86, Lee-Yang-Parr, Perdew-Wang 91, PBE 96, HCTH 98)

Lai hay kết hợp tiềm năng B3-LYP, B3-PW91, EDF1, Becke 97

Cơ học lượng tử bán thực nghiệm

HyperChem cung cấp mười một phương pháp quỹ đạo phân tử bán thực nghiệm, với các tùy chọn cho các hợp chất hữu cơ và chính nhóm, cho phức kim loại chuyển tiếp, và để mô phỏng quang phổ

Lựa chọn mở rộng Huckel, CNDO, INDO, Mindo / 3, MNDO, AM1, RM1, PM3,

ZINDO / 1, ZINDO / S, và TNDO

Cơ phân tử

Bốn lĩnh vực hiệu quả cung cấp các phương pháp tính toán thuận tiện để khám phá sự ổn định và năng động của các hệ thống phân tử Sự linh hoạt của các loại nguyên tử người dùng định nghĩa và các thông số Lựa chọn MM +, một trường lực có mục đích chung, và ba trường lực phân tử sinh học chuyên ngành: Amber, BIO + (Charmm), và OPLS

Kiểm tra thuận tiện và chỉnh sửa tất cả các thông số

Tính toán chế độ hỗn hợp

HyperChem cho phép bạn thực hiện các tính toán lượng tử trên một phần của một hệ thống phân tử Kỹ thuật ranh giới này hiện có sẵn cho các phương pháp bán thực nghiệm, và với

một số giới hạn, cho ab initio và DFT calcula- vận hành.

Các tính năng khác

Tùy biến và mở rộng HyperChem với Developer Kit của Nhà hóa học

Sắp xếp menu của HyperChem Thêm các tính năng đồ họa và tính toán mới, tạo các menu tùy chỉnh cho các ứng dụng cụ thể

Giao diện Visual Basic, C, C + + và các chương trình FORTRAN Thêm hộp thoại cũng như các mục trình đơn Ví dụ, bạn có thể sử dụng HyperChem để hiển thị các cấu trúc và kết quả

từ các chương trình hóa học lượng tử phi đồ họa

Thủ tục liên kết HyperChem các chương trình khác của Windows như MS Word và Excel, kết quả lựa chọn trực tiếp đến các ứng dụng để phân tích thuận tiện và báo cáo

Dự đoán

Sự ổn định tương đối của các đồng phân

Nhiệt hình thành

Năng lượng kích thích

Chi phí nguyên tử

Khoảng cách năng lượng HOMO-LUMO

Năng lượng ion hóa

Ái lực điện tử

Mô men lưỡng cực

Mức năng lượng điện tử

Năng lượng tương quan MP2 điện tử

CI năng lượng trạng thái kích thích

UV-VIS hấp thụ quang phổ

Phổ hấp thụ hồng ngoại

Hiệu ứng đồng vị

Tác động va chạm trên thuộc tính cấu trúc

Sự ổn định của các nhóm

Protein tương đồng

3 Kết luận

HyperChem 8.08 là phần mềm dễ sử dụng, có hiệu quả cao Ngoài những ứng dụng của phần mềm HyperChem, nó còn mang những ứng dụng mới rất phong phú Vì vậy, trong Hóa học HyperChem 8.08 được sử dụng rất phổ biến