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武汉大学分子模拟实验作业第八章分子轨道模拟

8-1-1
NO
键长:1.1 A
键能:-81100.1 Kcal/Mol (-129.24135 Hartrees) LUMO+1 (N=8) 163.155 eV
LUMO+1 (N=7) -2.832 eV
HOMO (N=6) -2.832 eV
HOMO-1 (N=5) -12.846 eV
HOMO-2 (N=4) -21.326 eV
HOMO-3 (N=3) -21.326 eV
HOMO-4 (N=2) -23.922 eV
HOMO-5 (N=1) -52.100 eV
NO 分子轨道能级图
NO+
键长:1.0 A
键能:-80892.0 Kcal/Mol (-128.90965 Hartrees) LUMO+1 (N=8) 272.183 eV
LUMO+1 (N=7) 0.932 eV
HOMO (N=6) 0.932 eV
HOMO-1 (N=5) -11.288 eV
HOMO-2 (N=4) -22.563 eV
HOMO-3 (N=3) -22.563 eV
HOMO-4 (N=2) -24.301 eV
HOMO-5 (N=1) -54.253 eV
NO +分子轨道能级图
NO分子的总能量为:E=-2.832+2×(-12.846)+2×(-21.326)+2×(-21.326)+2×(-23.922)+2×(-52.100)=-265.872 eV
NO+分子的总能量为:E=2×(-11.521)+2×(-22.395)+2×(-22.395)+2×(-24.244)+2×(-53.973)=-269.056eV
由上述比较可以看出,NO+的分子轨道总能量低于NO分子轨道的总能量,能量越低,结构越稳定,所以NO+更稳定。

8-1-2
NO
键长:1.1318Å
键能:E= -81100.1 Kcal/Mol (-129.24135 Hartrees)
小循环:
ITER EX TOTAL ENERGY E CHANGE DENSITY CHANGE ORB. GRAD INTEGRALS SKIPPED
1 0 -128.806552169 -128.806552169 0.421283477 0.000000000 28696 1
---------------START SECOND ORDER SCF---------------
2 1 -129.135589489 -0.329037320 0.381786738 0.151474544 28696 1
大循环:
1NSERCH= 1
COORDINATES OF ALL ATOMS ARE (ANGS)
ATOM CHARGE X Y Z
------------------------------------------------------------
N1 7.0 -0.5745456006 0.0000000000 0.0000000000
O2 8.0 0.4993950567 0.0000000000 0.0000000000
1NSERCH= 2
COORDINATES OF ALL ATOMS ARE (ANGS)
ATOM CHARGE X Y Z
------------------------------------------------------------
N1 7.0 -0.5932548417 0.0000000000 0.0000000000
O2 8.0 0.5181042978 0.0000000000 0.0000000000
前十个轨道的本征值:
1 2 3 4 5
-20.6943 -15.7022 -1.5838 -0.8477 -0.6473
6 7 8 9 10
-0.6274 -0.5518 -0.1053 0.0967 0.4978
其中1-8为占据轨道,9、10为未占据轨道,HOMO轨道为第8个,LUMO轨道为第9个。

NO+
键长:1.0Å
E= -80892.0 Kcal/Mol (-128.90965 Hartrees)
通过键长与能量的大小可以看出,NO的键长更长,能量较之NO+更小,稳定性高
1 2 3 4 5
-21.2344 -16.2560 -2.1937 -1.3490 -1.1712
6 7 8 9 10
-1.1712 -1.1446 -0.2704 -0.2704 0.1924
1-9为占据轨道,10为未占据轨道,HOMO轨道为第9个,LUMO轨道为第10个。

NO+键长更短,能量更低,更稳定。

CO总电子密度
键能:-70744.027355 Kcal/Mol (-112.737877 Hartrees) 键长:1.208 A
等值面值:0.002 a.u.
等值面值:0.001 a,u
等值面值:0.01 a,u
由上图可知,当等值面值小时,空间范围越大,表示分子大小和形状;当等值面值大时,空间范围越小,表示化学键信息。

8-3-1
静电势图
甘氨酸等值面:1.000a.u.
天冬酰胺等值面:1.000a.u.
静电势对总电子密度的映射图
CO分子的HOMO分子轨道对总电子密度的映射图
CO分子的LUMO轨道在总电子密度图上的映射:
UHF CALCULATION, NO. OF ALPHA ELECTRONS = 15
NO. OF BETA ELECTRONS = 14
------------ Mopac Interface ------------
Mopac Job: PM3 UHF 1SCF ALLVEC CHARGE=0 EF ESR GEO-OK GNORM=0.100 GRAPH MMOK SHIFT=80 SPIN
Spin Density:
C(1) 1.124
C(2) -0.0859
C(3) 0.0457
H(4) -0.0495
H(5) -0.0495
H(6) 0.0102
H(7) 0.0102
O(8) -0.009
O(9) 0.0015
H(10) 0.002406
Atomic Orbital Spin Density:
A. O. Density
-------- -----------
C1 s 0.154560
C1 px 0.168664
C1 py 0.077643
C1 pz 0.723121
C2 s -0.007687
C2 px -0.029087
C2 py -0.030196
C2 pz -0.018904
C3 s 0.016246
C3 px 0.005795
C3 py 0.004066
C3 pz 0.019595
H4 s -0.049535
H5 s -0.049537
H6 s 0.010203
H7 s 0.010186
O8 s 0.000020
O8 px -0.003947
O8 py -0.004156
O8 pz -0.000906
O9 s 0.000922
O9 px 0.000794
O9 py 0.000636
O9 pz -0.000902
H10 s 0.002406
Finished @ Heat of Formation = -54.70548 Kcal/Mol
自由基所在的碳原子(1)号碳上的电子云密度最大,(2)号和(3)号碳电子云密度相对来说都较小,故得出结论孤对电子没有发生离域。

8-6-1
蓝色亲水,红色疏水
氨基和羧基聚集的部位为亲水部位,脂肪烷基链聚集的部位为疏水部位
心得体会:
1. PM3为半经验公式,在计算轨道能量是会出现一定误差,导致π轨道的两个简并轨道能量差距大,如果不了解分子具体轨道构型无法判断其为π轨道。

2. 了解大小循环各自代表的意义并能在输出文件中找出来。

3. 当等值面值不同时,总电子密度图会发生改变。

当等值面值小时,空间范围越大,表示分子大小和形状;当等值面值大时,空间范围越小,表示化学键信息。

4. 对于静电视图而言,分辨率越高,图像越清晰但同时计算时间越长,因此需要正确处理两者关系,并不是分辨率越高越好。

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