Ejercicio de metodos semiempiricos para modelización de moleculas

Ejercicio de métodos semiempíricos para Modelización Molecular.

Introducción.

Gaussian es un software que predice las energías, estructuras moleculares y frecuencias de vibración de sistemas moleculares, junto con las diversas propiedades moleculares que se derivan. Permite realizar cálculos mecanocuánticos de estructuras electrónicas tanto a nivel ab initio como a nivel semiempírico.

El Método de Parameterización 3 (PM3) fue desarrollado por el investigador Stewart, esta basado en el mismo modelo que Modified Neglect of Diatomic Overlap (MNDO), al igual que el método Austin Model 1 (AM1). PM3 utiliza un procedimiento de parametrización automatizado, en comparación con AM1, donde los parámetros se ajustaron manualmente con la ayuda del conocimiento químico o la intuición. Además, el método PM3 difiere de AM1 en el número de términos gaussianos en las funciones centrales de repulsión. Por lo tanto, PM3 utiliza solo dos términos Gaussianos por átomo en lugar de hasta cuatro utilizados por AM1. Tanto AM1 como PM3 predicen varios parámetros estructurales y termodinámicos con casi el mismo nivel de precisión. Estadísticamente, PM3 es más preciso que los otros métodos semiempíricos. Los ‘heats of formation’ o calores de formación, son más precisos que MNDO o AM1.

En estudios recientes, Stewart comparó la precisión de algunos métodos semiempíricos y algunos de teoría de la densidad funcional (DFT) para predecir los calores de formación. Se observó que los métodos PM3 y PM5 dieron valores mucho mejores de los calores de formación que todos los demás métodos para un conjunto de 1276 moléculas.

Actividad. Realice un análisis rotacional para un sistema del tipo carbonilos α,β-insaturados.

Primeramente se modelizó la molécula requerida en la lista según los grupos R* asignados (Figura 1). Se realizó la conformación s-trans sin modificar el ángulo diedro, cabe mencionar que la captura a continuación es la molécula sin optimizar como indican las instrucciones en el archivo pdf. El archivo en .gjf se guardó como 1_s-trans-Jaa y el resultado es la siguiente captura de imagen:

[pic 1]
Figura 1. Modelización de la molecula en su conformación inicial (s-trans).

Posteriormente se procedió a editar dicho fichero y se modificó para poder cambiar el ángulo diedro. Seleccionando los átomos C=C-C=O se pinchó en la opción Modify Dihadreal del programa GaussView y se seleccionó 90° para obtener la conformación perpendicular. Se guardó el archivo como 2_Perpendicular_90-Jara_Ochoa en .gjf y el resultado es la siguiente captura de imagen:

Figura 2. Modelización de la molécula en su conformación perpendicular de 90°.

Se realizó una segunda modificación para obtener la molécula en su conformación s-cis a 0° (Figura 3). Se guardó la estructura con esta nueva conformación con el nombre de 3_s-cis_0_ en formato .gjf y el resultado es la siguiente captura de imagen (cabe mencionar que en este paso la molécula no se encuentra optimizada).

Figura 3. Modelización de la molécula en su conformación s-cis 0°.

Una vez terminadas las modelizaciones solicitadas se realizó el cálculo desde el programa Gaussian abriendo el archivo guardado en .gjf como 1_s-trans-, se llevó a cabo el análisis bajo el comando “opt nosymm freq pm3” que fue el comando designado según mi nombre en la lista. Una vez terminado el analisis desde el programa GaussView se abró el Summary o resumen del primer analisis para determinar la estructura más estable (Figura 4) y el resultado fue la siguiente captura de pantalla:

Figura 4. Optimización de la molécula en conformación s-trans.

A continuación se muestran los resultados del Output notes:

 Zero-point correction=                           0.204467 (Hartree/Particle)

 Thermal correction to Energy=                    0.216793

 Thermal correction to Enthalpy=                  0.217737

 Thermal correction to Gibbs Free Energy=         0.164721

 Sum of electronic and zero-point Energies=              0.102479

 Sum of electronic and thermal Energies=                 0.114805

 Sum of electronic and thermal Enthalpies=               0.115749

 Sum of electronic and thermal Free Energies=            0.062733

                     E (Thermal)             CV                S

                      KCal/Mol        Cal/Mol-Kelvin    Cal/Mol-Kelvin

 Total                  136.040             46.291            111.583

 Electronic               0.000              0.000              0.000

 Translational            0.889              2.981             41.405

 Rotational               0.889              2.981             31.433

 Vibrational            134.262             40.329             38.746

Se realizó el mismo paso con la segunda molécula (Figura 5), guardada como 2_Perpendicular_90-Jara_Ochoa en .gjf y el resultado es la siguiente captura de imagen:

Figura 5. Optimización de la molécula en conformación perpendicular a 90°.

A continuación se muestran los resultados del Output notes:

Zero-point correction=                           0.204467 (Hartree/Particle)

 Thermal correction to Energy=                    0.216792

 Thermal correction to Enthalpy=                  0.217736

 Thermal correction to Gibbs Free Energy=         0.164725

 Sum of electronic and zero-point Energies=              0.102479

 Sum of electronic and thermal Energies=                 0.114804

 Sum of electronic and thermal Enthalpies=               0.115749

 Sum of electronic and thermal Free Energies=            0.062737

                     E (Thermal)             CV                S

                      KCal/Mol        Cal/Mol-Kelvin    Cal/Mol-Kelvin

 Total                  136.039             46.291            111.573

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