Исследование моделей молекулярных систем порфирина

Введение 3
1 Исследование свойств молекулярных моделей 5
1.1 Методы квантовой химии 5
1.2 Свойства моделей молекулярных ансамблей 7
1.3 Молекулы производных порфирина и нанокристаллы типа А2B6 как объекты компьютерного моделирования 10
1.3.1 Порфирин 10
1.3.2 Квантовые точки 13
2 Исследование молекулы тетрафенилпорфирина в программе HyperChem 15
2.1 Исходные данные, условия моделирования, упрощения… 15
2.2 Полученные результаты и их обсуждение 16
2.2.1 Сравнение результатов моделирования полученных методом ММ+ и АМ1. 16
2.2.2 Изучение модели с двумя молекулами ТРР и ТРР2-. 23
2.2.3 Исследование молекулы тетрафенилпорфирина в программе ORCA 30
2.2.4 Исследование взаимодействия молекулы тетрафенилпорфирина с квантовой точкой CdSe. 36
2.2.5 Исследование взаимодействия молекулы тетрафенилпорфирина с квантовой точкой ZnS. 39
Заключение 44
Список используемой литературы 45

Весь текст будет доступен после покупки

Модели играют важную роль в химических исследованиях, помогая нам понять и объяснить различные химические явления и процессы. Они представляют собой упрощенные идеализированные представления реальных систем, которые позволяют нам анализировать и предсказывать их поведение.
Одной из основных ролей моделей в химических исследованиях является объяснение и понимание структуры и свойств веществ. Модели помогают нам представить, как атомы и молекулы устроены и как они взаимодействуют друг с другом. Например, шаростержневая модель позволяет нам визуализировать молекулярную структуру вещества и понять, какие связи существуют между атомами.
Кроме того, модели помогают нам предсказывать и объяснять химические реакции. Они позволяют нам увидеть, какие атомы и молекулы участвуют в реакции, какие связи образуются и разрушаются, и какие продукты образуются в результате. Модели также позволяют нам определить энергетические изменения, происходящие во время реакции, и предсказать ее скорость и направление.
Модели также используются для прогнозирования и предсказания новых химических соединений и материалов. Они позволяют нам исследовать различные комбинации атомов и молекул и предсказывать их свойства и реакционную способность. Это особенно полезно в разработке новых лекарственных препаратов, катализаторов и материалов с определенными свойствами.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Исследование свойств молекулярных моделей
1.1 Методы квантовой химии
Современные методы квантовой химии образуют три большие группы: неэмпирические методы, также называемые методами ab initio; методы теории функционала плотности (DFT); и полуэмпирические методы. Иногда DFT также относят к неэмпирическим методам, хотя строго говоря, эта теория включает ряд приближений, выбираемых эмпирически. Кроме того, иногда квантовохимические методы подразделяют на методы волновой функции (неэмпирические и полуэмпирические) и методы функционала плотности (DFT).
Неэмпирические методы (методы ab initio, от лат. «с начала») основаны на решении исходного уравнения Шредингера путем последовательного применения упрощающих приближений, строгость которых контролируется, а расчетные формулы выводятся дедуктивным путем. Таким путем получаются строгие расчетные выражения, для которых можно добиться очень высокого уровня точности, хотя вычислительные затраты для решения этих строгих уравнений также остаются высокими [3].
К неэмпирическим методам относятся метод Хартри-Фока (HF), методы теории возмущений Мёллера-Плессета (MP2, MP4), методы связанных кластеров (СС, их варианты CCSD, CCSD(T)), метод бракнеровских пар (BD), методы конфигурационного взаимодействия (CI, CIS, CISD, MCSCF, CASSCF).
В основе теории функционала плотности лежит отказ от использования волновой функции для описания системы и использование для этой цели функции электронной плотности. В результате основным уравнением становится не уравнение Шредингера, а его аналог – уравнения Кона-Шэма или другие выражения. Выигрышем при этом является высокая вычислительная эффективность при незначительном ухудшении точности. Недостатком DFT является то, что при таком подходе остаются неизвестными точные и строгие формулы, описывающие ряд компонент энергии, что приводит к определенному произволу при выборе расчетных формул. Такие расчетные формулы в DFT принято называть функционалами DFT. В настоящее время предложено около 130 различных функционалов, каждый из которых обладает определенными достоинствами и недостатками и часто ориентирован на различные системы. Различаются также точность и вычислительная эффективность каждого функционала, причем точность часто зависит от типа рассматриваемой химической системы.
В зависимости от того, какие физические эффекты описывают функционалы (хартри-фоковский обмен или корреляцию электронов), различают обменные или корреляционные функционалы. Большинство современных вариантов DFT включают формулы, описывающие комбинацию обменных и корреляционных эффектов.
Другое важное деление функционалов основано на приближении, используемом для описания электронной энергии. Выделяют следующие группы функционалов:
• LDA – функционалы, в которыхэлектронная энергия зависит только от функции электронной плотности (приближение локальной плотности, LDA);
• GGA – включают зависимость энергии от электронной плотности и ее градиента (обобщенное градиентное приближение, GGA). Поскольку GGA приближение более высокого уровня, чем LDA, большинство современных функционалов DFT используют именно его;

Весь текст будет доступен после покупки

1. Моделирование в химии: понятие, типы и применение в научных и промышленных исследованиях [Electronic resource]. URL: https://nauchniestati.ru/spravka/modeli-v-himii/ (accessed: 06.06.2024).
2. Grimme S. et al. Density functional theory with dispersion corrections for supramolecular structures, aggregates, and complexes of (bio)organic molecules // Org Biomol Chem. 2007. Vol. 5, № 5. P. 741–758.
3. Неэмпирические методы [Electronic resource]. URL: https://xumuk.ru/encyklopedia/2/2869.html (accessed: 17.06.2024).
4. Бейдер Р. Атомы в молекулах. Квантовая теория. Москва: Мир, 2001. 532 p.
5. Игнатов С.К. Квантовохимическое моделирование атомно-молекулярных процессов.
6. Юдин А.Л. Лабораторный практикум Квантово-химическое моделирование соединений в пакете HyperChem Учебно-методическое пособие [Electronic resource] // StudFiles. 2013. URL: https://studfile.net/preview/11562203/ (accessed: 17.06.2024).
7. ORCA – An ab initio, DFT and semiempirical SCF-MO package – Research Computing, HKU ITS [Electronic resource]. URL: https://hpc.hku.hk/hpc/software/orca/ (accessed: 17.06.2024).
8. Полуэмпирические методы квантовохимических расчетов - Квантовохимическое изучение фотофизических свойств полианилина [Electronic resource] // Studbooks. URL: https://studbooks.net/2266333/matematika_himiya_fizika/poluempiricheskie_metody_kvantovohimicheskih_raschetov (accessed: 11.06.2024).

Весь текст будет доступен после покупки