PředmětyPředměty(verze: 877)
Předmět, akademický rok 2020/2021
  
Computations and Visualization of Molecules - AM110007
Anglický název: Computational Chemistry - Molecule Visualization
Zajišťuje: Ústav organické chemie (110)
Platnost: od 2020
Semestr: zimní
Body: zimní s.:4
E-Kredity: zimní s.:4
Způsob provedení zkoušky: zimní s.:
Rozsah, examinace: zimní s.:1/2 Z+Zk [hodiny/týden]
Počet míst: neomezen / neomezen (neurčen)
Minimální obsazenost: neomezen
Jazyk výuky: angličtina
Způsob výuky: prezenční
Úroveň:  
Pro druh: navazující magisterské
Poznámka: předmět je možno zapsat mimo plán
povolen pro zápis po webu
Garant: Kvíčala Jaroslav prof. Ing. CSc.
Rybáčková Markéta Ing. Ph.D.
Záměnnost : N110024
Anotace -
Poslední úprava: Kvíčala Jaroslav prof. Ing. CSc. (21.10.2019)
Předmět je určen zejména pro studenty s nulovými znalostmi výpočetní chemie, orientované na anorganickou, organickou a makromolekulární chemii. Studenti se naučí používat výpočetní programy Gaussian, Firefly a Orca. Zvláštní pozornost je věnována vizualizaci výsledků výpočtů, jako jsou optimalizovaná geometrie, infračervená a NMR spektra, kanonické a lokalizované molekulové orbitaly, elektrostatický potenciál a reakční mechanismy. Pro to budou využity jak komerční (GaussView), tak bezplatně dostupné (WxMacMolPlt, Avogadro, AscalaphDesigner) vizualizační programy.
Výstupy studia předmětu -
Poslední úprava: Kvíčala Jaroslav prof. Ing. CSc. (21.10.2019)

Studenti budou umět:

zvládnutí programu Gaussian 16, ab initio a DFT výpočtů

zvládnutí programu GaussView6 a jeho využití pro vizualizaci výsledků výpočtů v programu Gaussian16

zvládnutí programu Firefly a jeho využití pro ab initio a DFT výpočty

zvládnutí programů WxMacMolPlt a AscalaphDesigner pro vizualizaci výsledků výpočtů v programu Firefly

zvládnutí programu Orca a jeho využití pro ab initio a DFT výpočty

zvládnutí programu Avogadro pro vizualizaci výsledků výpočtů v programu Orca

Literatura -
Poslední úprava: Kvíčala Jaroslav prof. Ing. CSc. (21.10.2019)

Z: J. B. Foresman and A. Frisch, Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods, 3rd ed., Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, 2015. ISBN: 978-1-935522-03-4

Z: J. B. Foresman and A. Frisch, Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods, 2nd ed., Gaussian, Inc., Pittsburgh, USA, 1996. ISBN 0-9636769-3-8.

Studijní opory -
Poslední úprava: Kubová Petra Ing. (14.10.2019)

Elektronická verze přednášek

Sylabus -
Poslední úprava: Kvíčala Jaroslav prof. Ing. CSc. (22.10.2019)

1. Přehled komerčních a volně dostupných výpočetních a vizualizačních programů. Výpočetní metody (molekulová mechanika, semiempirické, SCF ab initio, post-SCF, DFT, dvojité hybridní metody.

2. Stručný přehled teoretických základů výpočetních metod, shrnutí použitých principů a aproximací u metody MO-LCAO. Základní principy DFT metody.

3. Program Gaussian16, základní klíčová slova. Program GaussView6 jako interface pro Gaussian16, výstavba molekuly, zadání vstupních dat.

4. Výpočet energie molekuly, optimalizace geometrie molekuly. Výpočty vibračních frekvencí, vizualizace infračervených spekter. Konformační analýza butanu.

5. Výpočet chemické reakce, volba sady funkcí báze, hledání tranzitního stavu metodami QST2, QST3 a TS, relaxovaný scan, role simulovaného rozpouštědla.

6. Výpočty pomocí post-SCF metod. Využití DFT metod pro výpočty NMR stínicích konstant a chemických posunů u 2-fluorbutanu, vizualizace NMR spekter.

7. Výpočet interakčních konstant u 2-fluorethenu, role sady funkcí báze, implementace externích sad funkcí báze.

8. Vizualizace kánonických a lokalizovaných orbitalů pomocí programu GaussView. Metoda přirozených vazebných orbitalů, výpočet náboje.

9. Výpočty a vizualizace náboje na jednotlivých atomech v molekule, vizualizace isoelektronového povrchu, namapování elektrostatického potenciálu na povrch.

10. Výpočty rozsáhlejších systémů vícevrstvou metodou ONIOM, rozdělení molekuly na vrstvy, porovnání cyklobutadienového a cyklobutandiidového systému.

11. Výpočetní program Firefly a vizualizační program WxMacMolPlt. Výpočty a vizualizace různých variant lokalizovaných MO (Edmiston-Rüdenberg, Pipek-Mezey).

12. Využití programů Firefly a WxMacMolPlt pro výpočty trojrozměrně aromatických systémů deltahedrálních karboranů. Konverze dat programem OpenBabel.

13. Výpočetní program Orca a vizualizační programy Avogadro a AscalaphDesigner. Vizualizace molekulových orbitalů z programu ORCA programem Avogadro.

14. Vizualizační program AscalaphDesigner a jeho využití pro nastavení výpočtů v programech Firefly a Orca, hledání TS click reakce v programu ORCA.

Studijní prerekvizity -
Poslední úprava: Kubová Petra Ing. (14.10.2019)

Žádné.

Podmínky zakončení předmětu -
Poslední úprava: Kvíčala Jaroslav prof. Ing. CSc. (21.10.2019)

Předmět je zakončen zkouškou, která sestává z teoretické a experimentální části. Student může přistoupit ke zkoušce po získání zápočtu, který získá na základě vyhotovení tří výpočetních projektů.

 
VŠCHT Praha