Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Hóa Seminar môn học: TÍNH TOÁN LƯỢNG TỬ HÓA HỌC, HOMO-LUMO PHÂN TÍCH 2-BROMO-5- NITROTHIAZOLE Họ và tên HV : Võ An Định MSHV : 12 53 003 GVHD: PGs.TS Bùi Thọ Thanh Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2013 Page 1 Mục lục I. Bài báo tham khảo II. Tính toán của bài seminar Tài liệu tham khảo: E. Gobinath a , R. John Xavier b,* , Molecular and Biomolecular Spectroscopy 104 (2013) 394–402. Page 2 I. Bài báo tham khảo Phân tử 2-bromo-5-nitrothiazol (BNT). 1. Giới thiệu Việc chuyển rung động và phân tích trong các dao động cơ bản của 2-Bromo-5- nitrothiazole (BNT) được thực hiện bằng cách sử dụng FTIR thử nghiệm và dữ liệu FT- Raman và các nghiên cứu hóa học lượng tử. Các dữ liệu dao động quan sát được so sánh với số sóng có nguồn gốc lý thuyết cho hình học tối ưu hóa các hợp chất từ HF và DFT- B3LYP tính toán bằng cách sử dụng bộ cơ sở 6-311 + + G (d, p). Tính chất nhiệt động như dữ liệu ngẫu nhiên, công suất nhiệt và năng lượng điểm không được tính toán cho các phân tử. Khoảng cách năng lượng HOMO-LUMO đã được tính toán. Trạng thái tiếp xúc nội phân tử được giải thích các phân tích obital liên kết tự nhiên Natural Bond Orbital (NBO) và obital nội phân tử tự nhiên Natural Localized Molecular Orbital (NLMO). Tính chất phi tuyến tính quan trọng như momen lưỡng cực và hyperpolarizability đầu tiên của BNT đã được tính toán sử dụng B3LYP tính hóa học lượng tử. 2. Tính toán chi tiết Tính toán hóa học lượng tử sử dụng nghiên cứu quang phổ dao động là hết sức quan trọng trong sự hiểu biết về dao động cơ bản của hóa chất các hợp chất. Tối ưu hóa hình học phân tử, tính toán năng lượng, tần số rung động, cường độ hồng ngoại và các hoạt động Raman đã được thực hiện cho BNT với phần mềm Gaussian 09 [11] sử dụng DFT/B3LYP kết hợp với [12,13] các tiêu chuẩn 6-311 + + G (d, p) thiết lập cơ sở. Hình học ban đầu Page 3 được tạo ra từ các thông số hình học tiêu chuẩn đã được giảm thiểu mà không có bất kỳ hạn chế về mặt năng lượng tiềm năng ở cấp Hartree-Fock áp dụng các bộ cơ sở tiêu chuẩn 6-311 + + G (d, p). hình học này sau đó được tối ưu hóa một lần nữa ở mức DFT sử dụng các Becke từ khóa 3LYP, mà gọi Becke của ba tham số-lai phương pháp [12] sử dụng chức năng tương quan của Lee và cộng sự. [13] thực hiện với các cơ sở cùng đặt ra cho mô tả tốt hơn các thuộc tính liên kết. Các thông số cấu trúc tối ưu đã được sử dụng trong các tính toán tần số rung động. Hơn nữa, những biến đổi của các trường lực, và phân tích tọa độ bình thường tiếp theo bao gồm sàng lọc vuông ít nhất là trong những yếu tố rộng, tính tổng phân phối năng lượng (TED) và dự đoán của hồng ngoại và Raman cường độ đã được thực hiện trên một máy tính với các chương trình MOLVIB (Phiên bản V7.0-G77) được viết bởi Sundius [14-16]. 3. Kết quả và thảo luận Hình học phân tử và tính chất cấu trúc Cấu trúc phân tử và số các nguyên tử của BNT được biểu diễn trong hình. 1. Các nguồn năng lượng tổng tối thiểu thu được bằng HF và DFT/B3LYP với cơ sở 6-311 + + G (d, p) thiết lập cho BNT được tính toán là -3342,6469 và -3347,2119 Hartrees theo thứ tự. Tối ưu hóa các thông số hình học của BNT thu được bằng HF và DFT/B3LYP với bộ cơ sở 6-311 + + G (d, p) tập hợp được giới thiệu trong bảng 1 bằng cách so sánh với thử nghiệm sự nhiễu xạ tia X[17] độ dài và góc của một hợp chất. Trong nghiên cứu này, các thông số tối ưu hóa hình học cho BNT có được sử dụng mà không đối xứng bất kỳ hạn chế. Trong bảng 1, cho thấy rằng chiều dài và các góc của các nối tính bằng phương pháp DFT/B3LYP và HF phù hợp với giá trị thực nghiệm. Tọa độ và tính đối xứng trong phân tử BNT được thể hiện trong bảng 2 và 3. Các kết quả được biểu diễn trong bảng sau: Page 4 Page 5 Trong bài báo (ở bảng 4): Page 6 Page 7 Tác giả bài báo đưa ra kết luận sau: Dao động cơ bản của hợp chất 2-Bromo-5-nitrothiazole đã được khảo sát bằng các phương pháp quang phổ FTIR và FT Raman. Các thông số cấu trúc phân tử như độ dài liên kết và góc liên kết, tính chất nhiệt động và tần số rung động của các phương thức cơ bản của hình học tối ưu đã được xác định từ tính toán DFT sử dụng bộ cơ sở thiết lập 6- 311 + + G (d, p). Các tính toán hình học các thông số được so sánh với các dữ liệu nhiễu xạ tia X quan sát các hợp chất tương tự. Các rung động của số sóng được thực hiện trên cơ sở phân phối năng lượng tiềm năng (PED). Gần như giống nhau giữa các thí nghiệm và các chương trình mô phỏng thu được. Các quỹ đạo phân tử có biên giới được hình dung và khoảng cách năng lượng HOMO-LUMO đã được tính toán. Sự ổn định và tương tác nội nguyên tử đã được giải thích bởi phân tích NBO / NLMO và chuyển cấu trúc ổn Page 8 định đã được xác định bởi chênh lệnh tính toán năng lượng nhiễu loạn thứ hai. Nhóm tác giả tin rằng nghiên cứu này cho thấy tính chất thú vị và quang phổ điện tử của hợp chất nghiên cứu và sẽ hữu ích cho việc nghiên cứu các chi tiết thực nghiệm và lý thuyết của phân tử nghiên cứu. II. Tính toán của bài seminar 1. Mục đích: Đối với bài tiểu luận này, em muốn dựa vào phần mềm gaussian (theo kết quả tối ưu hóa # hf/sto-3g fopt, # hf và B3LYP với bộ cơ sở 6-311++G(d,p) ) để tính toán năng lượng tổng, HOMO-LUMO của hợp chất 2-bromo-5-nitrothiazole. Và kết quả thu được là: 2. Kết quả: a. Kết quả năng lượng tổng: Năng lượng tổng: -3305.64473760 Hartrees với # hf/sto-3g fopt, -3342.36623853 hartrees với # hf/ 6-311++G(d,p) và -3346.95657825 hartrees với B3LYP/6-311+ +G(d,p) ( so với kết quả bài báo tính toán là-3342.6469 and -3347.2119 Hartrees theo thứ tự 2 phương pháp HF và DFT/B3LYP với bộ cơ sở là 6-311++G(d,p) đối với BNT) b. Kết quả LUMO, HOMO: Với # hf/sto-3g fopt thì: LUMO = 0.14000 a.u HOMO = -0.28861 a.u Với # hf/ 6-311++G(d,p) : LUMO = 0.00799a.u HOMO = -0.40811a.u Với #B3LYP/6-311++G(d,p): LUMO = -0.13607a.u HOMO = -0.29363a.u Kết quả của bài báo: Theo B3LYP/6-311++G(d,p): ∆E = E HOMO - E LUMO = 0.13028a.u c. Kết quả chiều dài nối (a.u), các góc: 1S-2C: 1.74993 2C-3N: 1.30571 3N-4C: 1.42203 4C-5C: 1.33899 5C-1S: 1.73558 5C-8N: 1.48777 8N-O9 1.27948 Page 9 8N-O10: 1.28115 4C-7H: 1.08444 2C-6Br: 1.86650 Ta thấy phương pháp #hf/STO-3G fopt các kết quả vế các nối trong phân tử gần giống với kết quả trính bày (theo phương pháp # hf/ 6-311++G(d,p) và #B3LYP/6-311++G(d,p)) trong bài báo. Kết quả về các góc cũng thu được từ file out. 3. Kết luận: Từ kết quả bài báo và kết quả tính toán bằng phần mềm Gaussian 09 đối với BNT. - Năng lượng tổng thu được từ các phương pháp tính toán khác nhau có thể cho ra kết quả tương đối giống nhau. - Mức năng lương của các vân đạo trống thấp nhất, vân đạo đầy cao nhất thu được từ các phương pháp tính toán khác nhau là tương đối khác nhau. - Kết quả độ dài các nối trong phân tử thu được từ các phương pháp khác nhau là tương đối giống nhau. Page 10 . dụng B3LYP tính hóa học lượng tử. 2. Tính toán chi tiết Tính toán hóa học lượng tử sử dụng nghiên cứu quang phổ dao động là hết sức quan trọng trong sự hiểu biết về dao động cơ bản của hóa chất. năng lượng điểm không được tính toán cho các phân tử. Khoảng cách năng lượng HOMO-LUMO đã được tính toán. Trạng thái tiếp xúc nội phân tử được giải thích các phân tích obital liên kết tự nhiên. Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Khoa Hóa Seminar môn học: TÍNH TOÁN LƯỢNG TỬ HÓA HỌC, HOMO-LUMO PHÂN TÍCH 2-BROMO-5- NITROTHIAZOLE Họ và tên HV : Võ An Định MSHV