Изучение свойств молекулы сульфапиридазина с помощью компьютерных программ Gaussian и GaussView

Определение принципов построения молекулы сульфапиридазина. Проведение оптимизации молекулы сульфапиридазина двумя различными способами и расчет энергии, дипольного момента, UV-VIS спектра и UV спектра как её основных физико-химических характеристик.

Рубрика Химия
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 28.03.2019
Размер файла 2,7 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Курский государственный медицинский университет»

Министерства здравоохранения Российской Федерации

(ФГБОУ ВО КГМУ Минздрава России)

Изучение свойств молекулы сульфапиридазина с помощью компьютерных программ Gaussian и GaussView

Погорелов Владимир Сергеевич

Студент 2 курса 4 группы фармацевтического факультета

Аннотация:

В процессе написания статьи были освоены принципы построения молекулы сульфапиридазина. Проведена ее оптимизация двумя различными способами и были рассчитаны ее некоторые характеристики, а именно ее энергия, дипольный момент, UV- VIS спектр и UV спектр.

Ключевые слова: построение молекулы, оптимизация молекулы, дипольный момент, UV- VIS спектр, UV спектр.

энергия спектр молекула сульфапиридазин

Введение

Целью написания статьи послужило более подробное изучение квантовой химии и относительно молодой связанной с ней компьютерной химии. Изучение этих разделов химии является весьма актуальными в наши дни, так как развитие вычислительной техники дало развитие науки, как в целом, так и развитие этих отдельных дисциплин в частности. Но что изучают эти науки? Квантовая химия - это раздел химии, которая изучает строение и свойства химических соединений, а именно реакционную способность, кинетику и механизм химических реакций на основе принципов квантовой механики. Основной задачей квантовой химии является решение уравнения Шредингера для атомов и молекул. С квантовой химией неразрывно связана и компьютерная химия - дисциплина, использующая математические методы для расчета молекулярных свойств веществ и амплитуду нахождения электронов в атомах. Использование квантово-механических расчетов для предсказания геометрического строения, энергии, термодинамических характеристик и др. для известных и предполагаемых молекул является, в настоящее время, одним из важных и быстроразвивающихся химических исследований, как в нашей стране, так и за рубежом. Компьютерное моделирование структуры и свойств веществ не только дополняет экспериментальные методы исследования, но и дает принципиально новую информацию. В настоящее время существует большое количество программ предназначенных для квантово-химических расчетов и одним из таких компьютерных комплексов является Gaussian. Данный комплекс позволяет строить структуры, показывать различные спектры, рассчитывать энергию молекулы. Изучать молекулы можно, как в чистом виде, так и в каком-либо предлагаемом программой растворе.

Основное содержание

После установки и входа в программу нужно построить нужную молекулу, а именно молекулу сульфапиридазина. Осуществить это возможно с помощью подпрограммы GaussView, которая является графическим редактором программы Gaussian. GaussView позволяет получить графическое изображение молекулярных структур, а также позволяет ее вращать и перемещать в пространстве. GaussView состоит из одной контрольной панели, но в ходе работы с ней будут открываться новые окна, предназначенные для различных действий и решения различных задач. Для создания активного окна, в котором будет расположена наша молекула, нажимаем комбинацию клавиш Ctrl+N.(рис.1). Так как это гетерофункциональное соединение, поэтому построить эту молекулу можно только по ее отдельным фрагментам и затем эти фрагменты соединить.

Рис. 1 Контрольная панель и активное окно.

Для построения фрагментов в контрольной панели имеется таблица элементов, а также некоторые уже готовые фрагменты. Выбранный определенный фрагмент первоначально появляется на контрольной панели и только затем после нажатия мыши появляется в активном окне. В начале, нам надо добавить в активное окно молекулу бензола, чтобы ее добавить находим на панели команду Ringfragment. Затем нам нужно добавить аминогруппу к бензолу, для этого нажимаем Elementfragment и заменяем один атом водорода в бензоле на азот, а также добавляем два атома водорода, которые будут расположены свободно относительно первоначальной молекулы. Чтобы соединить нужные атомы ковалентной связью, нажимаем на контрольной панели ModifyBond и соединяем их. Чтобы выровнять длины связей между расположенными атомами, нажимаем на контрольной панели команду Clean. В результате мы получаем молекулу анилина (Рис. 2) После построения молекулы анилина по -пара положению достраиваем остальные фрагменты молекулы, а именно: достраиваем анилин до молекулы сульфонильной группы. После этого создаем фрагмент пиридазина с метокси группой и соединяем ее сульфонильной группой. В результате построения получаем нашу молекулу (Рис. 3)Для удобства построения можно перемещать молекулу. Для перемещения молекулы в активном окне используем следующие клавиши: с помощью левой кнопки осуществляется вращение молекулы, Shift + левая кнопка мыши - перемещение молекулы вплоскости экрана. Правая кнопка мыши - перемещение молекулы перпендикулярно плоскости экрана активного окна.

Рис. 2 Построенная молекула анилина

Рис. 3 Построенная молекула сульфапиридазина

Как говорилось ранее в основе работы программы Gaussian лежит уравнение Шредингера. Это уравнение описывает стационарное состояние атома, то есть то состояние, при котором оно имеет постоянную энергию. При этом используется адиабатическое приближение Борна-Оппенгеймера. Суть этого приближения заключается в том, что в системе раздельно описывают состояние ядра и электронов. Это в свою очередь позволяет не учитывать движения ядер атомов, рассчитывая лишь движение электронов. В результате получается определенное приближение, возрастающее прямо пропорционально с возрастанием количества электронов в системе. Для того, чтобы просчитать спектры и другие характеристики молекулу нужно ее оптимизировать.

Для оптимизации молекулы были использованы два метода: Hartree-Fock и Semi-empirical. Метод Хартри-Фока основан на естественном приближении, согласно которому каждый электрон перемещается в потенциале, созданном ядром и средним потенциалом всех других электронов атома. Это приводит к модели независимой частицы, которая позволяет перейти от многоэлектронной проблемы к проблеме решения множества взаимосвязанных одноэлектронных уравнений. Во время расчета, программа делит систему на условно одночастичные системы, затем эти системы рассчитываются до получения устойчивого значения энергии системы. Этот метод обладает высокой точностью, но и при этом требует мощную работу вычислительной системы, также очень много времени. Вместо точного оператора Фока используется приближенный, элементы которого получают из экспериментальных данных. Недостаток этого метода в том, что его применение ограничено соединениями заложенное программой. Если попытаться подсчитать соединения, не входящие в этот список можно получить совершенно неверные результаты.

В начале, был подсчет по методу Хартри-Фока. (Рис. 4)После проведения подсчетом программа предоставила 37 положений, из которых последняя является наиболее выгодной. Также была предоставлена сводка полученных результатов. ( Рис. 5)

Как мы видим, общее время необходимое на проведения оптимизации составило 6 часов 25 минут. Е(RHF)=-1263.33822969 a.u.(E(RHF) - энергия по ограниченному методу Хартри-Фоку). DipoleMoment=4.8324 Debye (Это число означает распределение положительных и отрицательных зарядов в электрически нейтральной частице).

Рис. 4 Оптимизация молекулы по методу Хартри-Фока.

Рис. 5 Краткий результат оптимизации сульфапиридазина по методу Хартри-Фока.

Теперь ради эксперимента оптимизируем молекулу по методу Semiempirical.(Рис.6). После оптимизации мы имеем всего 16 положений (рис.7)

Рис. 6 Оптимизация молекулы по полуэмпирическому методу

Рис. 7 Положение молекулы сульфапиридазинапо по полуэмпирическому методу.

Время на проведения всей оптимизации составило всего 21 секунду. Е(RPM6)=-0.06826203a.u.DipoleMoment=7.1015Debye(Рис.8)

Рис. 8 Краткий результат оптимизации сульфапиридазина по полуэмпирическому методу.

Также с помощью программы были подсчитаны IR Spectrumи UV-VIS Spectrum после оптимизации по методу Semi-empirical.

Заключение

В заключении я бы хотел обратить внимание на различии дипольных моментов после оптимизации молекулы способами Hartree-Fock и Semiempirical. На мой взгляд, это различие связано больше не из-за ошибки вычисления программы, а из-за положений, способов и методов оптимизации молекулы. Благодаря, этой программы и многим другим сходным можно получить данные, которые другим способом бывает иногда получить невозможно или проблематично и поэтому, на мой взгляд, развитие компьютерной химии должно продолжаться и дальше, так как это поможет людям, которые связали свою жизнь не только химией, но и с наукой в целом.

Использованные источники

1.[Электронный ресурс]. - http://dic.academic.ru

2.[Электронный ресурс]. - http://bibliofond.ru

3.[Электронный ресурс]. - http://www.studfiles.ru

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Квантово-химический расчет термодинамических данных при полной оптимизации геометрии и оценка количественного содержания наиболее стабильных таутомерных форм молекулы нитрогуанидина при стандартных условиях в газовой фазе с помощью программы GAUSSIAN-03.

    курсовая работа [937,6 K], добавлен 08.06.2012

  • Понятие аммиакатов, их использование в химическом анализе. Характеристика и свойства азота, строение молекулы. Степени окисления азота в соединениях. Форма молекулы аммиака. Проведение эксперимента по исследованию свойств аммиакатов, меди, никеля.

    курсовая работа [237,1 K], добавлен 02.10.2013

  • Расчет параметров молекулы, состоящей из катиона имидазолия и аниона тетрафторобората с помощью программного обеспечения. Получение структуры молекул, распределение электронной плотности по их поверхности. Расположение критических точек связей.

    контрольная работа [2,8 M], добавлен 24.11.2013

  • Электронная модель молекулы. Теория отталкивания электронных пар валентной оболочки. Реакционная способность молекул. Классификация химических реакций. Степени свободы молекулы, их вращательное движение. Описание симметрии колебаний, их взаимодействие.

    презентация [230,6 K], добавлен 15.10.2013

  • Свойства воды как наиболее распространенного химического соединения. Структура молекулы воды и атома водорода. Анализ изменения свойств воды под воздействием различных факторов. Схема модели гидроксила, иона гидроксония и молекул перекиси водорода.

    реферат [347,0 K], добавлен 06.10.2010

  • Характеристика строения атома. Определение числа протонов, электронов, нейтронов. Рассмотрение химической связи и полярности молекулы в целом. Уравнения диссоциации и константы диссоциации для слабых электролитов. Окислительно-восстановительные реакции.

    контрольная работа [182,3 K], добавлен 09.11.2015

  • Электронные термы двухатомной молекулы. Переходы между электронно-колебательно-вращательными уровнями, правила отбора. Спектр поглощения йода при увеличении спектрального разрешения. Основные типы многокристальных сборок. Таблица спектральных линий ртути.

    контрольная работа [1,0 M], добавлен 08.07.2012

  • Характеристика понятия, физико-химических свойств органических веществ - фенолов, молекулы которых содержат радикал фенил, связанный с одной или несколькими гидроксогруппами. Классификация фенолов по атомности. Кольца Рашига. Симптомы отравления фенолом.

    презентация [717,1 K], добавлен 11.03.2013

  • Применение полуэмпирических методов для оценки основных термодинамических параметров химических реакций. Параметры метода INDO. Сущность популярных современных методов MNDO, AM1, PM3, MNDO-d. Расчет молекулярных характеристик, геометрии молекулы.

    курсовая работа [174,0 K], добавлен 01.03.2015

  • Сопоставление молекулы с группой симметрии. Установление полной симметрии молекулы и классификация атомов на эквивалентные. Матричное произведение исходных представлений. Соответствие преобразованию симметрии некоторой матрицы. Примеры набора матриц.

    реферат [41,1 K], добавлен 13.07.2009

  • Рассмотрение лекарственных препаратов, содержащих ибупрофен. Преимущества и недостатки ибупрофена. Основные квантово-химические свойства молекулы ибупрофена. Распределение электронной плотности внешних валентных электронов в молекуле ибупрофена.

    презентация [2,2 M], добавлен 18.03.2018

  • Обзор метода исследования различных объектов под действием ультрафиолетового облучения. Измерение интенсивности люминесценции атомов, ионов, молекул при их возбуждении различными видами энергии. Люминесцентные зонды и метки. Флуоресцирующие молекулы.

    презентация [767,3 K], добавлен 05.04.2018

  • Распространение воды на планете Земля. Изотопный состав воды. Строение молекулы воды. Физические свойства воды, их аномальность. Аномалия плотности. Переохлажденная вода. Аномалия сжимаемости. Поверхностное натяжение. Аномалия теплоемкости.

    курсовая работа [143,0 K], добавлен 16.05.2005

  • Получение, применение и свойства полиакрилонитрила. Расчет Ван-дер-ваальсовых объемов полимера, показатель преломления. Плотность энергии когезии и параметр растворимости Гильдебранда. Расчет физико-химических свойств замещенного полиакрилонитрила.

    курсовая работа [2,4 M], добавлен 12.01.2013

  • Влияние гидроксидов d-металлов на электрохимические характеристики и скорость диссоциации молекулы воды в биполярной мембране. Методы исследования: вольт-амперометрия, частотный спектр электрохимического импеданса. Расчёт эффективных констант скорости.

    дипломная работа [1,9 M], добавлен 30.12.2014

  • Структурная формула, кристаллы и молекулы сахарозы, ее содержание в продуктах питания. Описание химических и физических свойств (молекулярная и молярная масса, растворимость), взаимодействие с реагентами. Формула химической реакции сахарозы с водой.

    презентация [280,2 K], добавлен 20.05.2011

  • Приближение линейных комбинаций атомных орбиталей. Методы теории функционала плотности. Способы оптимизации (молекулярное моделирование). Основные возможности пакета GAUSSIAN-03, принцип его работы. Проведение расчета и структура выходного файла.

    методичка [1,7 M], добавлен 17.10.2012

  • Вода (оксид водорода) — бинарное неорганическое соединение. Описание строения молекулы воды, ее физических и химических свойств. Общий запас воды на Земле, сферы ее применения. Рассмотрение аномалий данной жидкости, отличающих ее от других природных тел.

    реферат [1,2 M], добавлен 27.04.2015

  • Химический элемент - совокупность атомов одного вида. Открытие химических элементов. Размеры атомов и молекул. Формы существования химических элементов. Некоторые сведения о молекулярном и немолекулярном строении веществ. Атомно-молекулярное учение.

    презентация [33,3 K], добавлен 15.04.2012

  • Приближение самосогласованного поля. Метод оптимизации геометрии. Расчет спектрофизических характеристик молекул. Построение модельных структур различных химических форм полианилина и определение квантовохимическими методами их относительной устойчивости.

    дипломная работа [1,3 M], добавлен 06.01.2016

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.