Đề tài Ứng dụng phần mềm hyperchem 8.08

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: 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: Các ứng dụng của HyperChem 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. 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  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. Hiển thị phân tử 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 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. 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 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). 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. Vào 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 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. 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 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