Hyperchem 7.5 - feb06093
.pdfФ Е Д Е РАЛ Ь Н О Е АГ Е Н Т С Т В О П О О БРАЗО В АН И Ю В О РО Н Е Ж С КИ Й Г О С У Д АРС Т В Е Н Н Ы Й У Н И В Е РС И Т Е Т
МАТ Е МАТ И ЧЕ С КО Е МО Д Е Л И РО В АН И Е С Т РУ КТ У РЫ С О Е Д И Н Е Н И Й С П О МО Щ Ь Ю П АКЕ Т А П РО Г РАММ HYPERCHEM 7.5
У ч ебно-м ет оди ч ес кое пос оби е пос пеци альнос т и
020101(011000) “Хи м и я ”
ВО РО Н Е Ж
2006
2
У тверж денонаучно-методическим советом химическогоф акул ьтета
(протокол № 6 от14.02.2006)
С оставител и: РезниковА.А., Ш апош никВ .А.
У чебно-методическое пособие подготовл енона каф едре анал итической химиихимическогоф акул ьтетаВ оронеж скогогосударственногоуниверситета.
Рекомендуется дл я студентов химическогоф акул ьтетапоспециал ьности “С овременны е пробл емы химии” .
3 |
|
С одерж ание |
|
В ведение.......................................................................................................... |
4 |
1. П Е РВ Ы Е Ш АГ И В HYPERCHEM ............................................................. |
5 |
1.1. Г л авное окноHyperChem...................................................................... |
5 |
1.2. И спол ьзование мы ш ивHyperChem..................................................... |
6 |
1.3. Кл авиатурны е ал ьтернативы икратчайш ие пути................................ |
6 |
1.4. О ткры тие ф айл аиустановкиотображ ения структур......................... |
8 |
2. П О С Т РО Е Н И Е И РЕ Д АКТ И РО В АН И Е О БЪ Е КТ О В ............................ |
11 |
2.1. С оздание отдел ьны хатомовисвя зей меж дуними........................... |
11 |
2.2. В ы дел ение атомовигрупп атомов..................................................... |
13 |
2.3. У дал ение атомов................................................................................. |
15 |
2.4. И спол ьзование буф ера........................................................................ |
15 |
2.5. О чисткарабочей обл асти.................................................................... |
15 |
2.6. С оздание пол ипептидов...................................................................... |
15 |
3. И ЗМЕ РЕ Н И Е П АРАМЕ Т РО В С Т РУ КТ У Р ............................................. |
19 |
3.1. Характеристикиатомов...................................................................... |
19 |
3.2. И змерениедл ин свя зей иугл ов.......................................................... |
19 |
3.2. В одородны е связи............................................................................... |
19 |
4. РАС ЧЕ Т Ы В HYPERCHEM ..................................................................... |
20 |
4.1. Меню Setup (Н астройки) .................................................................... |
20 |
4.1.1. Методы мол екул я рной механики................................................. |
22 |
4.1.1.1. Н астройкиметодаMM+......................................................... |
23 |
4.1.1.2. Н астройкиAMBER, BIO+(CHARMM) иOPLS .................... |
24 |
4.1.2. П ол уэмпирические методы .......................................................... |
25 |
4.1.2.1. Н астройкирасш иренногометодаХю ккел я .......................... |
28 |
4.1.2.2. Н астройкидругихпол уэмпирическихметодов.................... |
29 |
4.1.3. Расчеты всмеш анном реж име (QM/MM).................................... |
34 |
4.1.4. Н еэмпирические методы (ab initio).............................................. |
34 |
4.1.4.1. В ы борбазисногонабора........................................................ |
35 |
4.1.4.2. Н астройкиab initio.................................................................. |
35 |
4.2. Меню Compute (В ы числ ения) ............................................................ |
39 |
4.2.1. П ол ная энергия исреднеквадратический градиент.................... |
41 |
4.2.2. О птимизация геометрии............................................................... |
41 |
Л итература..................................................................................................... |
42 |
4
В ведени е
Н асегодня ш ний день методы вы числ ител ьной химиипол учил иш ирокое распространение в компью терном модел ировании эл ектронной и атомной
структур |
систем разл ичной сл ож ности. |
Э то свя зано с технол огическим |
||
развитием |
соответствую щ его программного обеспечения и |
возмож ностей |
||
современной |
вы числ ител ьной техники. |
К основны м |
инструментам |
|
вы числ ител ьной химииотнося тся : |
|
|
||
∙ Методы |
мол екул я рной механики |
|
|
∙П ол уэмпирическиеметоды
∙Н еэмпирические методы
∙П л отностно-ф ункционал ьны е методы
∙ |
Методы |
мол екул я рной динамики |
∙ |
Методы |
вы числ ений кол ичественны х cоотнош ений структура- |
|
активность |
∙Г раф ическоепредставл ениехимическихструктуриихсвойств
Сейчас в мире ф ункционирует много современны х вы числ ител ьны х
компл ексов, реал изую щ их |
методы |
квантовой |
химии и мол екул ярной |
|||||
динамики, |
например, |
Gaussian |
(www.gaussian.com), |
Gamess |
||||
(http://www.msg.ameslab.gov/GAMESS/GAMESS.html). Д л я |
ш ирокогокруга |
|||||||
пол ьзовател ей |
доступность |
испол ьзования всех описанны х вы ш е методов |
||||||
обеспечивается |
известны м |
квантово-химическим |
пакетом |
HyperChem. |
Н а |
|||
момент создания |
этой методической |
разработки наибол ее соверш енной |
||||||
явл ял ась версия HyperChem 7.5. |
|
|
|
|
|
|||
Беспл атную |
демонстрационную |
версию |
этой |
программы |
и |
|||
документацию |
на англ ийском язы ке мож но пол учить на сайте корпорации |
|||||||
HyperCube (www.hyper.com). |
|
|
|
|
|
|||
Д л я успеш ного изучения материал а требую тся навы ки |
работы |
на |
||||||
персонал ьном компью тере воперационной системе Windows. |
|
|
|
5
1. П Е РВ Ы Е Ш А ГИ В HYPERCHEM
1.1. Главное окно HyperChem
О бл асть |
О бл асть названия |
|
меню |
||
|
Кнопка сверты вания окна
П анел ь нструментов
О бл асть сообщ ений
Кнопка разверты вания окна
Кнопка закры тия программы
Рабочая обл асть
Т екущ ий вы числ ител ьны й метод
|
Рис.1. О кнодокументаHyperChem |
|
К эл ементам окнаHyperChem относятся : |
1. |
О бластьназвани я показы ваетимя ф айл а, скоторы м В ы работаете. П ри |
|
работе вовновь созданном ф айл е отображ ается untitled (без названия ). |
2. |
О бластьменю вкл ю чаетвсебя сл едую щ ие меню : |
∙File (Ф айл )
∙Edit (Редактировать)
∙Build (С троить)
∙Select (В ы брать)
∙Display (О тображ ать)
∙Databases (Базы данны х)
∙Setup (Н астройки)
∙Compute (В ы числ ить)
∙Annotations (П римечание)
∙Cancel (О тменить)
∙Script (С ценарий)
∙ |
6 |
Help (С правка) |
|
3. |
П анельи нструментов представл яетсобой набор кнопокдл я создания , |
|
вы бора, отображ ения иперемещ ения атомаил и мол екул ы , дл я работы с |
|
ф айл ами, копирования и вставки структур, вы вода на печать, а такж е |
|
вы зовасправки. |
4.Рабоч ая областьпредназначенадл я отображ ения изучаемой структуры .
5. |
О бласть сообщ ени й показы вает текущ ую |
инф ормацию , такую как |
|
|
кол ичествовы бранны х атомов в мол екул е, |
расстоя ние меж ду атомами, |
|
|
угл ы , этапы |
вы числ ений, энергию , вел ичинуградиента. |
|
6. |
Текущ и й |
выч и сли тельный метод отображ ает тип вы пол няемого |
|
|
расчета, напримерMm+, CNDO, Ab Initio. |
|
|
|
|
1.2. И спользовани е мыш и в HyperChem |
|
|
Работав HyperChem в основном происходитприпомощ имы ш и. Мож но |
||
вы пол ня ть: |
|
|
|
∙ |
П еремещ ение мы ш и |
|
|
∙ |
L-нажати е (щ ел чокл евой кнопкой мы ш и) |
|
|
∙ |
R-нажати е (щ ел чокправой кнопкой мы ш и) |
||
∙ |
Двойное нажати е (бы стры й двойной щ ел чокл евой кнопкой мы ш и) |
||
∙ |
L-протяжка ил и R-протяжка (наж атие на л евую ил и правую кнопку |
||
|
мы ш ииперемещ ение, не отпуская кнопки, |
курсорав новую позицию в |
|
|
рабочей обл асти) |
|
∙LR-протяжка (наж атие иудерж ание л евой кнопкимы ш и, затем правой кнопкииперемещ ение курсоравновую позицию врабочей обл асти)
∙RL-протяжка (так ж е, как LR-протяж ка, новначал е наж атие правой кнопкимы ш и)
Курсормы ш и способен изменять ф орму. Чтобы этоувидеть, вы пол ните сл едую щ ие действия :
П ереместите мы ш ь на кнопку Draw (Рисовать), размещ енную на панел иинструментов, инаж мите л евую кл авиш умы ш и. П ереместите мы ш ь на
рабочую обл асть. Курсорприобрететвид: Å
Т еперь наж мите кнопку Select (В ы бор), размещ енную рядом с кнопкой Draw. П ереместите мы ш ь нарабочую обл асть. Е е курсорбудетиметь вид: ¥
Анал огичноизменяется ф орма курсора при вы боре сл едую щ их ш ести кнопокпанел иинструментов.
1.3. К лави атурные альтернати вы и кратч айш и е пути
Как и многие программы в Windows, |
HyperChem |
предоставл я ет |
кл авиатурны е ал ьтернативы действиям мы ш ью . |
Н апример, |
чтобы откры ть |
7
меню , наж мите кнопку [Alt] и, не отпуская ее, [S]. О ткроется меню вы бора
Select (Рис.4.)
Т акж е мож нооткры ть и все остал ьны е меню , наж имая одновременнос [Alt] накл авиш упервой буквы названия (искл ю чение: дл я откры тия Databases
наж мите [Alt] + [A], дл я Setup - [Alt] + [T], Annotations - [Alt] + [O], Script - [Alt] + [R]).
Д л я закры тия меню наж мите [Alt] ил икл авиш у[Esc].
Чтобы вы брать один из пунктов уж е откры того меню , испол ьзуйте кнопки со стрел очками: [В верх] ил и [В ни з]. Д л я откры тия пункта меню , наж мите [Enter].
Рис.2. Меню В ы бораSelect
Д л я часто испол ьзуемы х операций HyperChem имеет сл едую щ ие кратчайш ие кл авиатурны е пути:
∙ [Ctrl] + [N] - создать новы й ф айл (New в меню File);
∙[Ctrl] + [O] - откры ть ф айл (Open);
∙[Ctrl] + [S] - сохранить ф айл (Save);
∙[Alt] + [F4] - вы ход(Exit);
∙[Ctrl] + [X] - вы резать (Cut вменю Edit);
∙[Ctrl] + [C] - копировать (Copy);
∙[Ctrl] + [V] - вставить (Past);
∙[F4] – запускдиал огасоздания изоповерхности;
∙ |
[F9] – копирование изображ ения рабочей обл астивбуф ер; |
∙ |
[Esc] - отмена. |
8
1.4. О ткрыти е файла и установки отображени я структур
В |
программе HyperChem создать структуру в рабочей обл асти мож но |
|||
тремя разл ичны миспособами: |
|
|
||
∙ |
И нструментал ьны е средства даю т возмож ность |
создать двухмерную |
||
|
(2D) структуру и преобразовать ее с помощ ью |
построител я модел ей |
||
|
HyperChem (пунктAdd H & Model Build меню |
Build) в трехмерны й |
||
∙ |
(3D) вид. |
|
|
|
В ы бор остатков позвол яет создать бел ки и нукл еиновы е кисл оты , |
||||
|
посл едовател ьно вы брав из |
базы данны х HyperChem уж е готовы е |
||
∙ |
остаткиаминокисл отинукл еотидов. |
|
||
Чтение данны х (т.е. типы |
атомов, координаты ), которы е бы л и |
|||
|
сохранены |
в ф ормате ф айл а HyperChem (ф айл |
с расш ирением HIN) |
|
|
ил и ф ормате Бел ковогобанкаданны х Brookhaven Protein Data Bank |
|||
|
(ф айл срасш ирением ENT), атакж е вря де другихф орматов. |
|||
Д л я откры тия HIN-ф айл атребуется : |
|
|||
1. |
П ереместить указател ь мы ш и в л евую верхню ю |
часть окна на меню |
||
|
File. |
|
|
|
2. |
Н аж атием л евой кнопкимы ш иоткры ть ф айл овое меню . |
|||
3. |
В диал оговом окне вы брать Open (О ткры ть). |
|
||
4. |
П оя вится |
список ф айл ов |
(Рис.3.), среди которы х необходимо L- |
|
|
наж атием |
кнопки мы ш и вы брать нуж ны й и откры ть его, наж ав на |
||
|
кнопкуOpen. К откры тию ф айл априводити двойной щ ел чокмы ш ью |
|||
|
поф айл у. |
|
|
|
Рис.3. О кнодиал огаоткры тия ф айл а
В резул ьтате поя вится мол екул а, сохраненная в ф айл е, например - бензол а:
9
Рис.4. О ткры ты й ф айл бензол а
HyperChem автоматически |
применя ет |
установки отображ ения |
|
преды дущ его сеанса работы |
(на Рис.4. дл я каж дого атома показан его |
||
порядковы й номер). |
Display |
|
|
И спол ьзуя пункт меню |
(О тображ ать), мож но изменять цвета |
||
атомов (Element Color), подписи (Labels), виды |
пространственного показа |
структур(Rendering).
Чтобы убрать все подписи, нуж но зайти в Display, затем в Labels, вы брать пункты None в группах Atoms (Атомы ), Residues (О статки), Bonds (С вя зи) инаж ать OK (Рис.5).
Рис.5. О ткл ю чение подписей
10
Дл я отображ ения подписей отметьте в диал оговом окне интересую щ ие пункты , например, – Symbol (Химические символ ы ), Charge (Заря ды ) и т.д. и наж мите О К .
Дл я изменения вариантовпоказаструктурзайдите впунктDisplay, затем
-в Rendering, назакл адке Rendering Method (Методотображ ения ) вы берите
пунктBalls and Cylinders (Ш ары и Ц ил индры ), т.е. атомы будутпоказаны в виде ш аров, асвя зиввиде цил индров:
Рис.6. В ы борметодаотображ ения
Рис.7. Мол екул абензол авреж име отображ ения Balls and Cylinders