1.2 Практическая часть

1.2.1 Построение молекул c использованием библиотек редактора GaussView

Геометрическое построение молекулярной структуры производится с использованием библиотек: элементов, циклических фрагментов, радикалов, биологических фрагментов и пользовательских структур (см. табл.1.1), для открытия соответствующей библиотеки необходимо произвести двойной щелчок левой кнопкой мыши по соответствующей иконке на панели команд. Выбрав тот или иной элемент из библиотеки, пользователь, тем самым, задает основные характеристики атома: массовое число и зарядовое число, электронный и ядерный спины в невозбужденном состоянии. Библиотеки молекулярных структур содержат информацию о всех элементах входящих в их состав, а также длины и углы связей между атомами.

На рис.1.3. представлена библиотека элементов GaussView. При выборе необходимого элемента в окне контрольной панели GaussView отображается выделенный атом. Ниже таблицы элементов доступны опции выбора числа и направления валентных связей. GaussView генерирует gjf-файл для структур, расположенных в рабочем окне редактора. Поэтому необходимо перенести выбранный атом из окна контрольной панели в активное окно редактора, данная операция осуществляется одиночным нажатием левой кнопкой мыши в поле рабочего окна. Пространственное положение, заданное указателем мыши является координатами Hot-атома в окне контрольной панели.

Рис.1.3 Библиотека элементов GaussView

1.2.2. Примеры задания конфигурации молекул в редакторе GaussView

Рассмотрим примеры задания конфигураций хорошо известных неполярных (О₂), полярных (H₂O) и органических молекул (C₂H₅OH).

Молекула кислорода O₂. Создаем новое рабочее окно, на панели меню выбираем File → New →Create New Molecule Group, этой же операции соответствует сочетание клавиш Ctrl+N. Рассмотрим два способа построения молекулы кислорода.

Способ №1. Длины связей известны заранее.

Двойной щелчок левой кнопкой мыши по иконке библиотеки элементов на контрольной панели GaussView. В таблице элементов выбираем атом кислорода (без связей). Нажатием левой кнопкой мыши в рабочем окне задаем положения двух атомов. Для измерения (или установки) длины и кратности химической связи на контрольной панели выбираем иконку Modify Bond ( ). В рабочем окне, нажатиями левой кнопки мыши, выделяем два атома, между которыми измеряется расстояние (рис.1.4).

Рис.1.4 Установка длины связи в молекуле кислорода

В появившемся окне отображается текущее расстояние между атомами кислорода, перемещая ползунок можно изменять расстояние между атомами. По табличным данным атомы кислорода в молекуле связаны двойной связью, длина которой 1.22 Å, устанавливаем данную длину связи. Процесс построения окончен.

Способ №2. Длины связей неизвестны.

В таблице элементов выбираем кислород с двойной связью, переносим его в активное окно. Указатель мыши наводим на свободные связи и нажимаем левой кнопки мыши. Процесс построения молекулы O₂ окончен.

Примечание: при таком способе задания конфигурации молекул, длины связей устанавливается в соответствии с базой данных редактора GaussView. В базе хранятся типичные значения длин связей между элементами. Так, длина двойной связи R_O=O=1.1616 Å, R_O-O=1.3200 Å, R_O-H=0.9600 Å. Следовательно, необходимо проводить процесс оптимизации для установления равновесных значений длин связей (подробнее о расчетах в Gaussian03 описано в лабораторной работе №2)

Молекула воды H₂O. Для построения молекулы воды достаточно на панели элементов выбрать атом кислород с двумя одинарными связями и перенести ее в активное окно редактора. Редактор GaussView на свободные одинарные связи автоматически добавит атомы водорода.

Молекула этилового спирта С₂H₅OH. Графическое представление молекулы этилового спирта можно построить несколькими способами. Самый простой представлен на рис.1.5: в библиотеке радикалов ( ) выбрать этил и нажать левой кнопкой мыши в активном окне. Затем в таблице элементов выбрать атом кислорода с двумя одинарными связями. В окне контрольной панели Hot-атомом установить кислород. В активном окне навести указатель мыши на один атомов водорода этила и нажать левой кнопкой мыши, при этом происходит замена водорода на функциональную группу OH.

Рис. 1.5 Вариант построения графического изображения молекулы этанола

Задание 1. Получить графическое представление молекул CO₂, NH₃, CO, NO₂, H₂S, HF, N₂, H₂SO₄, HNO₃, H₂O (см. приложение 3).

Рассмотрим библиотеку циклических соединений. Для входа в библиотек производим двойной щелчок левой кнопкой мыши по иконке Ring Fragment . По умолчанию в рабочем окне появится бензол C₆H₆ (рис. 1.6)

Рис. 1.6 Молекула бензола и библиотека циклических соединений

Задание 2. Получить графическое представление молекул: бензол (С₆Н₆), гексан (C₆H₁₄), метан (СН₄), муравьиная кислота (HCOOH), нафталин (С₁₀Н₈), пирен (C₁₆H₁₀), стирол (C₈H₈), тетрагидрофуран (С₄Н₈О), тетрахлорметан (ССl₄), толуол (С₆Н₅СН₃), тринитротолуол (C₇H₅N₃O₆), трифенилметан (C₁₉H₁₆), уксусная кислота (CH₃COOH), фуран (С₄Н₄О), этан (C₂H₆), этанол (C₂H₅OH), этилен (С₂Н₄), хлорбензол С₆Н₅Cl (см. приложение 4)

В нижнем правом углу библиотеки циклических соединений расположена иконка , нажав на нее, в рабочем окне отобразится молекула фуллерена С₆₀. Переносим фуллерен в активное окно.

Задание 3. Определить число пентагонов, гексагонов, двойных и одинарных связей фуллерена С₆₀.