Tài liệu đề thi môn môn học phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ đề 6

Phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ GVHD: PGS.TS. HUỲNH THÀNH ĐẠT HVTH: LÝ NGỌC THỦY TIÊN ĐỀ THI Môn học: Phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ Mã số đề: 06/K19/2010 1. Xây dựng mô hình cho phân tử phenol C6H5OH. Lưu tập tin dữ liệu vào với tên là phenol.gjf. 2. Thực hiện tính toán tối ưu hóa và tần số của phân tử nói trên bằng phương pháp RHF với hệ hàm cơ sở 6-31G(d,p) để xác định: a. Năng lượng của phân tử. b. Phân bố điện tích trên các nguyên tử của phân tử. c. Momen lưỡng cực của phân tử. So so sánh với momen lưỡng cực của Benzene. d. Bảng định hướng chuẩn. Từ bảng định hướng chuẩn nhận xét về cấu trúc của phân tử. e. Bảng các thông số cấu trúc của phân tử sau khi tối ưu hóa (chiều dài liên kết, góc liên kết, góc nhị diện). Xác định độ dài liên kết của liên kết O-H. f. Lập bảng các số liệu theo mẫu bên dưới. Vẽ phổ Raman và phổ IR của phenol. Xác định tần số dao động hóa trị của nhóm O-H. STT Hồng ngoại (IR) Raman Tần số (cm-1) Cường độ Tần số (cm-1) Cường độ 1 GVHD: PGS.TS. Huỳnh Thành Đạt Page 1 Phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ 2 … Ghi chú: Ngoài các kết quả trên, đề nghị học viên nộp tập tin dữ liệu vào (phenol.gjf) và tập tin dữ liệu xuất (phenol.out). Bài làm 1. Xây dựng mô hình cho phân tử phenol C6H5OH. Lưu tập tin dữ liệu vào với tên là phenol.gjf. Mô hình phân tử phenol 2. Thực hiện tính toán tối ưu hóa và tần số của phân tử nói trên bằng phương pháp RHF với hệ hàm cơ sở 6-31G(d,p) để xác định: a. Năng lượng của phân tử: SCF Done: E(RHF) = -305.532637795 A.U. after 15 cycles Năng lượng phân tử: -305.532637795 A.U b. Phân bố điện tích trên các nguyên tử của phân tử. Mulliken atomic charges: GVHD: PGS.TS. Huỳnh Thành Đạt Page 2 Phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ 1 1 C 0.391004 2 C -0.220022 3 C -0.128917 4 C -0.175495 5 C -0.130224 6 C -0.181769 7 O -0.655727 8 H 0.347954 9 H 0.138707 10 H 0.151322 11 H 0.146634 12 H 0.152029 13 H 0.164503 Sum of Mulliken charges= 0.00000 Xem xét trên Gauss View c. Momen lưỡng cực của phân tử. So so sánh với momen lưỡng cực của Benzene. Dipole moment (field-independent basis, Debye): GVHD: PGS.TS. Huỳnh Thành Đạt Page 3 Phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ X= 0.7419 Y= -1.0845 Z= 0.8110 Tot= 1.5442 d. Bảng định hướng chuẩn. Từ bảng định hướng chuẩn nhận xét về cấu trúc của phân tử. Standard orientation: --------------------------------------------------------------------Center Atomic Number Atomic Number Type Coordinates (Angstroms) X Y Z --------------------------------------------------------------------1 6 0 0.934194 -0.024154 -0.000236 2 6 0 0.264801 1.188952 0.000053 3 6 0 -1.121893 1.208461 0.000119 4 6 0 -1.843725 0.029346 -0.000091 5 6 0 -1.161504 -1.180133 -0.000014 6 6 0 0.219288 -1.214450 7 8 0 2.283107 -0.107994 -0.000043 8 1 0 2.673735 0.749887 0.000348 9 1 0 0.819840 2.112506 0.000073 10 1 0 -1.634076 2.154667 -0.000056 11 1 0 -2.918487 0.048395 -0.000152 12 1 0 -1.710601 -2.105460 0.000089 13 1 0 0.757761 -2.144182 0.000220 0.000140  Nhận xét cấu trúc phân tử: các tọa độ trên các trục tọa độ đều khác 0, như vậy phân tử phân bố trong không gian Oxyz. Phân tử là không phẳng. Xem xét trên Gauss View: GVHD: PGS.TS. Huỳnh Thành Đạt Page 4 Phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ Sự phân bố của phenol trong tọa độ Oxyz e. Bảng các thông số cấu trúc của phân tử sau khi tối ưu hóa (chiều dài liên kết, góc liên kết, góc nhị diện). Xác định độ dài liên kết của liên kết O-H. ! Optimized Parameters ! ! (Angstroms and Degrees) ! -------------------------! Name Definition -------------------------Value Derivative Info. ! -------------------------------------------------------------------------------! R1 R(1,2) 1.3855 -DE/DX = 0.0 ! R2 R(1,6) 1.3885 -DE/DX = 0.0001 ! R3 R(1,7) 1.3515 -DE/DX = 0.0 ! R4 R(2,3) 1.3868 -DE/DX = 0.0001 ! R5 R(2,9) 1.0775 -DE/DX = 0.0 ! ! R6 R(3,4) 1.3825 -DE/DX = 0.0 ! ! R7 R(3,10) 1.0759 -DE/DX = 0.0 ! ! R8 R(4,5) 1.3886 -DE/DX = -0.0002 ! R9 R(4,11) 1.0749 -DE/DX = GVHD: PGS.TS. Huỳnh Thành Đạt 0.0 ! ! ! ! ! ! Page 5 Phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ ! R10 R(5,6) 1.3812 -DE/DX = 0.0 ! ! R11 R(5,12) 1.076 -DE/DX = 0.0 ! ! R12 R(6,13) 1.0744 -DE/DX = 0.0 ! ! R13 R(7,8) 0.9426 -DE/DX = 0.0 ! ! A1 A(2,1,6) 120.1205 -DE/DX = 0.0 ! ! A2 A(2,1,7) 122.4465 -DE/DX = 0.0 ! ! A3 A(6,1,7) 117.433 -DE/DX = 0.0 ! ! A4 A(1,2,3) 119.6959 -DE/DX = 0.0 ! ! A5 A(1,2,9) 120.105 -DE/DX = 0.0 ! ! A6 A(3,2,9) 120.1991 -DE/DX = 0.0 ! ! A7 A(2,3,4) 120.6681 -DE/DX = 0.0 ! ! A8 A(2,3,10) 119.2328 -DE/DX = 0.0 ! ! A9 A(4,3,10) 120.0991 -DE/DX = 0.0 ! ! A10 A(3,4,5) 119.1002 -DE/DX = 0.0 ! ! A11 A(3,4,11) 120.4588 -DE/DX = 0.0 ! ! A12 A(5,4,11) 120.4411 -DE/DX = 0.0 ! ! A13 A(4,5,6) 120.8494 -DE/DX = 0.0 ! ! A14 A(4,5,12) 119.8891 -DE/DX = 0.0 ! ! A15 A(6,5,12) 119.2616 -DE/DX = 0.0 ! ! A16 A(1,6,5) 119.5659 -DE/DX = 0.0 ! ! A17 A(1,6,13) 118.9324 -DE/DX = 0.0 ! ! A18 A(5,6,13) 121.5018 -DE/DX = 0.0 ! ! A19 A(1,7,8) 110.9251 -DE/DX = 0.0 ! ! D1 D(6,1,2,3) -0.0286 ! D2 D(6,1,2,9) 179.9808 -DE/DX = 0.0 ! ! D3 D(7,1,2,3) 180.0136 -DE/DX = 0.0 ! ! D4 D(7,1,2,9) 0.023 GVHD: PGS.TS. Huỳnh Thành Đạt -DE/DX = -DE/DX = 0.0 0.0 ! ! Page 6 Phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ ! D5 D(2,1,6,5) 0.039 -DE/DX = 0.0 ! D6 D(2,1,6,13) 180.0191 -DE/DX = 0.0 ! ! D7 D(7,1,6,5) -180.0011 -DE/DX = 0.0 ! ! D8 D(7,1,6,13) -0.021 ! D9 D(2,1,7,8) 0.003 -DE/DX = -DE/DX = ! 0.0 0.0 -DE/DX = ! ! ! D10 D(6,1,7,8) -179.9559 ! D11 D(1,2,3,4) 0.0005 ! D12 D(1,2,3,10) -179.9756 -DE/DX = 0.0 ! ! D13 D(9,2,3,4) -180.0089 -DE/DX = 0.0 ! -DE/DX = 0.0 0.0 ! ! ! D14 D(9,2,3,10) 0.0149 -DE/DX = 0.0 ! ! D15 D(2,3,4,5) 0.0168 -DE/DX = 0.0 ! ! D16 D(2,3,4,11) -179.9931 -DE/DX = 0.0 ! ! D17 D(10,3,4,5) 179.9927 -DE/DX = 0.0 ! ! D18 D(10,3,4,11) -0.0171 -DE/DX = 0.0 ! ! D19 D(3,4,5,6) -0.0062 -DE/DX = ! D20 D(3,4,5,12) -180.0162 -DE/DX = 0.0 ! ! D21 D(11,4,5,6) 180.0037 -DE/DX = 0.0 ! ! D22 D(11,4,5,12) -0.0063 -DE/DX = 0.0 ! -DE/DX = 0.0 0.0 ! ! D23 D(4,5,6,1) -0.0216 ! ! D24 D(4,5,6,13) -180.0011 -DE/DX = 0.0 ! ! D25 D(12,5,6,1) 179.9883 -DE/DX = 0.0 ! ! D26 D(12,5,6,13) 0.0088 -DE/DX = 0.0 ! ------------------------------------------------------------------------------- Xác định độ dài liên kết của liên kết O-H: R13 R(7,8) O-H 0.9426 Xem xét trên Gauss View GVHD: PGS.TS. Huỳnh Thành Đạt Page 7 Phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ Độ dài liên kết O(7)-H(8) f. Lập bảng các số liệu theo mẫu bên dưới. STT Hồng ngoại (IR) Tần số (cm-1) GVHD: PGS.TS. Huỳnh Thành Đạt Cường độ Raman Tần số (cm-1) Cường độ Page 8 Phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ Phổ IR của phenol C6H5OH Infrared 80 Infrared (Intensity) 60 40 20 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 tanso (cm-1) GVHD: PGS.TS. Huỳnh Thành Đạt Page 9 Phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ Phổ Raman của phenol C6H5OH Raman 250 Raman (Activity) 200 150 100 50 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 tanso (cm-1)  Xác định tần số dao động hóa trị của nhóm O-H. - Tần số dao động của nhóm O-H là:4196.78 cm-1 Tại tần số này IR có cường độ: 84.0858 và phổ Raman có cường độ: 78.6482. Như vậy phổ IR sẽ có cường độ mạnh hơn phổ Raman. GVHD: PGS.TS. Huỳnh Thành Đạt Page 10