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.
Poslední úprava: Kvíčala Jaroslav prof. Ing. CSc. (22.10.2019)
The course is targeted mainly on the student with zero knowledge of computational chemistry, oriented on inorganic, organic and macromolecular chemisty. Students will learn how to use Gaussian, Firefly and Orca computational programs. Special attention is devoted to visualization of the computational results, namely optimized geometries, infrared and NMR spectra, canonical and localized molecular orbitals, electrostatic potential and reaction mechanisms. For this, both commercial (GaussView) and free of charge (WxMacMolPlt, Avogadro, AscalaphDesigner) visualization programs will be used.
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
Poslední úprava: Kvíčala Jaroslav prof. Ing. CSc. (21.10.2019)
Students will be able to:
work with Gaussian16 program, perform ab initio and DFT computations
work with GaussView6 program and its use for visualization of the results of Gaussian16 computations
work with Firefly program and its use for ab initio and DFT computations
work with WxMacMolPlt and AscalaphDesigner programs and their use for visualization of the results of Firefly computations
work with Orca program and its use for ab initio and DFT computations
work with Avogadro program and its use for visualization of the results of Orca computations
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.
Poslední úprava: Kvíčala Jaroslav prof. Ing. CSc. (21.10.2019)
A: 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
A: 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
Poslední úprava: Kubová Petra Ing. (14.10.2019)
Electronic version of lectures
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.
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.
Poslední úprava: Kvíčala Jaroslav prof. Ing. CSc. (22.10.2019)
1. Overview of commercial and free of charge available computational and vizualization programs. Computational methods (molecular mechanics, semiempirical, SCF ab initio, post-SCF, DFT).
2. Short overview of theoretical principles of computational methods, summary of approaches and approximations in the MO-LCAO method. Basic principles of DFT methods.
3. Gaussian03W program, basic keywords. GaussView program as the interface for Gaussian03W, building the molecule, input deck for Gaussian03W.
4. Computation of the molecule energy, geometry optimalization. Computations of vibration frequencies, vizualization of infrared spectra.
5. Vizualization of calculation results, canonical and localized orbitals using GaussView program. Natural bond orbital method, calculation of charges.
6. Calculations using post-SCF methods. The use of DFT method for the calculations of NMR shielding and coupling constants, vizualization of the NMR spectra. Simulation of reaction mechanisms.
7. Calculation of reaction path (IRC), vizualization of reaction mechanisms using GaussView. Freezing the bond lengths, bond angles and torsion angles.
8. Calculations of the molecules in simulated solvents, SCRF methods (Onsager, PCM and SCF-PCM).
9. Multilayer methods (ONIOM) as the approach for obtaining acceptable results for large systems.
10. Import of the data from Cambridge Crystallographic Data Centre or from the results of crystallographic experiments into GaussView program.
11. Free of charge available computational programs, Gamess, Orca and PCGamess. Free of charge available programs for building the molecule, WxMacMolPlt, ChemSketch and ArgusLab.
12. The use of Firefly program for the calculation of localized molecular orbitals and reaction mechanisms (IRC).
13. Free of charge available vizualization programs Molekel, Avogadro and WxMacMolPlt. Vizualization of the results of the computations of localized molecular orbitals.
14. The use of ArgusLab program for the calculations of docking substrate in the enzyme molecule. Import of data from Cambridge Crystallographic Data Centre or crystallographic experiments using the OpenBabel and ArgusLab programs.
Studijní prerekvizity -
Poslední úprava: Kubová Petra Ing. (14.10.2019)
Žádné.
Poslední úprava: Kubová Petra Ing. (14.10.2019)
No.
Podmínky zakončení předmětu (Další požadavky na studenta) -
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.
Poslední úprava: Kvíčala Jaroslav prof. Ing. CSc. (21.10.2019)
The subject is finished by examination consisting of theoretical and experimental part. Student can approach the examination after obtaining assessment based on three finished computational projects.
