Hyperchem 7.5 - feb06093

Ф Е Д Е РАЛ Ь Н О Е АГ Е Н Т С Т В О П О О БРАЗО В АН И Ю В О РО Н Е Ж С КИ Й Г О С У Д АРС Т В Е Н Н Ы Й У Н И В Е РС И Т Е Т

МАТ Е МАТ И ЧЕ С КО Е МО Д Е Л И РО В АН И Е С Т РУ КТ У РЫ С О Е Д И Н Е Н И Й С П О МО Щ Ь Ю П АКЕ Т А П РО Г РАММ HYPERCHEM 7.5

У ч ебно-м ет оди ч ес кое пос оби е пос пеци альнос т и

020101(011000) “Хи м и я ”

ВО РО Н Е Ж

2006

2

У тверж денонаучно-методическим советом химическогоф акул ьтета

(протокол № 6 от14.02.2006)

С оставител и: РезниковА.А., Ш апош никВ .А.

У чебно-методическое пособие подготовл енона каф едре анал итической химиихимическогоф акул ьтетаВ оронеж скогогосударственногоуниверситета.

Рекомендуется дл я студентов химическогоф акул ьтетапоспециал ьности “С овременны е пробл емы химии” .

3
С одерж ание
В ведение..........................................................................................................	4
1. П Е РВ Ы Е Ш АГ И В HYPERCHEM .............................................................	5
1.1. Г л авное окноHyperChem......................................................................	5
1.2. И спол ьзование мы ш ивHyperChem.....................................................	6
1.3. Кл авиатурны е ал ьтернативы икратчайш ие пути................................	6
1.4. О ткры тие ф айл аиустановкиотображ ения структур.........................	8
2. П О С Т РО Е Н И Е И РЕ Д АКТ И РО В АН И Е О БЪ Е КТ О В ............................	11
2.1. С оздание отдел ьны хатомовисвя зей меж дуними...........................	11
2.2. В ы дел ение атомовигрупп атомов.....................................................	13
2.3. У дал ение атомов.................................................................................	15
2.4. И спол ьзование буф ера........................................................................	15
2.5. О чисткарабочей обл асти....................................................................	15
2.6. С оздание пол ипептидов......................................................................	15
3. И ЗМЕ РЕ Н И Е П АРАМЕ Т РО В С Т РУ КТ У Р .............................................	19
3.1. Характеристикиатомов......................................................................	19
3.2. И змерениедл ин свя зей иугл ов..........................................................	19
3.2. В одородны е связи...............................................................................	19
4. РАС ЧЕ Т Ы В HYPERCHEM .....................................................................	20
4.1. Меню Setup (Н астройки) ....................................................................	20
4.1.1. Методы мол екул я рной механики.................................................	22
4.1.1.1. Н астройкиметодаMM+.........................................................	23
4.1.1.2. Н астройкиAMBER, BIO+(CHARMM) иOPLS ....................	24
4.1.2. П ол уэмпирические методы ..........................................................	25
4.1.2.1. Н астройкирасш иренногометодаХю ккел я ..........................	28
4.1.2.2. Н астройкидругихпол уэмпирическихметодов....................	29
4.1.3. Расчеты всмеш анном реж име (QM/MM)....................................	34
4.1.4. Н еэмпирические методы (ab initio)..............................................	34
4.1.4.1. В ы борбазисногонабора........................................................	35
4.1.4.2. Н астройкиab initio..................................................................	35
4.2. Меню Compute (В ы числ ения) ............................................................	39
4.2.1. П ол ная энергия исреднеквадратический градиент....................	41
4.2.2. О птимизация геометрии...............................................................	41
Л итература.....................................................................................................	42

4

В ведени е

Н асегодня ш ний день методы вы числ ител ьной химиипол учил иш ирокое распространение в компью терном модел ировании эл ектронной и атомной

структур	систем разл ичной сл ож ности.		Э то свя зано с технол огическим
развитием	соответствую щ его программного обеспечения и			возмож ностей
современной		вы числ ител ьной техники.	К основны м	инструментам
вы числ ител ьной химииотнося тся :
∙ Методы		мол екул я рной механики

∙П ол уэмпирическиеметоды

∙Н еэмпирические методы

∙П л отностно-ф ункционал ьны е методы

∙	Методы	мол екул я рной динамики
∙	Методы	вы числ ений кол ичественны х cоотнош ений структура-
	активность

∙Г раф ическоепредставл ениехимическихструктуриихсвойств

Сейчас в мире ф ункционирует много современны х вы числ ител ьны х

компл ексов, реал изую щ их			методы	квантовой	химии и мол екул ярной
динамики,	например,		Gaussian	(www.gaussian.com),			Gamess
(http://www.msg.ameslab.gov/GAMESS/GAMESS.html). Д л я						ш ирокогокруга
пол ьзовател ей	доступность		испол ьзования всех описанны х вы ш е методов
обеспечивается	известны м		квантово-химическим		пакетом	HyperChem.		Н а
момент создания		этой методической		разработки наибол ее соверш енной
явл ял ась версия HyperChem 7.5.
Беспл атную		демонстрационную		версию	этой	программы		и
документацию	на англ ийском язы ке мож но пол учить на сайте корпорации
HyperCube (www.hyper.com).
Д л я успеш ного изучения материал а требую тся навы ки							работы	на
персонал ьном компью тере воперационной системе Windows.

5

1. П Е РВ Ы Е Ш А ГИ В HYPERCHEM

1.1. Главное окно HyperChem

	О бл асть	О бл асть названия
	меню

Кнопка сверты вания окна

П анел ь нструментов

О бл асть сообщ ений

Кнопка разверты вания окна

Кнопка закры тия программы

Рабочая обл асть

Т екущ ий вы числ ител ьны й метод

	Рис.1. О кнодокументаHyperChem
	К эл ементам окнаHyperChem относятся :
1.	О бластьназвани я показы ваетимя ф айл а, скоторы м В ы работаете. П ри
	работе вовновь созданном ф айл е отображ ается untitled (без названия ).
2.	О бластьменю вкл ю чаетвсебя сл едую щ ие меню :

∙File (Ф айл )

∙Edit (Редактировать)

∙Build (С троить)

∙Select (В ы брать)

∙Display (О тображ ать)

∙Databases (Базы данны х)

∙Setup (Н астройки)

∙Compute (В ы числ ить)

∙Annotations (П римечание)

∙Cancel (О тменить)

∙Script (С ценарий)

∙	6
	Help (С правка)
3.	П анельи нструментов представл яетсобой набор кнопокдл я создания ,
	вы бора, отображ ения иперемещ ения атомаил и мол екул ы , дл я работы с
	ф айл ами, копирования и вставки структур, вы вода на печать, а такж е
	вы зовасправки.

4.Рабоч ая областьпредназначенадл я отображ ения изучаемой структуры .

5.	О бласть сообщ ени й показы вает текущ ую		инф ормацию , такую как
	кол ичествовы бранны х атомов в мол екул е,		расстоя ние меж ду атомами,
	угл ы , этапы	вы числ ений, энергию , вел ичинуградиента.
6.	Текущ и й	выч и сли тельный метод отображ ает тип вы пол няемого
	расчета, напримерMm+, CNDO, Ab Initio.
		1.2. И спользовани е мыш и в HyperChem
	Работав HyperChem в основном происходитприпомощ имы ш и. Мож но
вы пол ня ть:
∙	П еремещ ение мы ш и
∙	L-нажати е (щ ел чокл евой кнопкой мы ш и)
∙	R-нажати е (щ ел чокправой кнопкой мы ш и)
∙	Двойное нажати е (бы стры й двойной щ ел чокл евой кнопкой мы ш и)
∙	L-протяжка ил и R-протяжка (наж атие на л евую ил и правую кнопку
	мы ш ииперемещ ение, не отпуская кнопки,		курсорав новую позицию в
	рабочей обл асти)

∙LR-протяжка (наж атие иудерж ание л евой кнопкимы ш и, затем правой кнопкииперемещ ение курсоравновую позицию врабочей обл асти)

∙RL-протяжка (так ж е, как LR-протяж ка, новначал е наж атие правой кнопкимы ш и)

Курсормы ш и способен изменять ф орму. Чтобы этоувидеть, вы пол ните сл едую щ ие действия :

П ереместите мы ш ь на кнопку Draw (Рисовать), размещ енную на панел иинструментов, инаж мите л евую кл авиш умы ш и. П ереместите мы ш ь на

рабочую обл асть. Курсорприобрететвид: Å

Т еперь наж мите кнопку Select (В ы бор), размещ енную рядом с кнопкой Draw. П ереместите мы ш ь нарабочую обл асть. Е е курсорбудетиметь вид: ¥

Анал огичноизменяется ф орма курсора при вы боре сл едую щ их ш ести кнопокпанел иинструментов.

1.3. К лави атурные альтернати вы и кратч айш и е пути

Как и многие программы в Windows,	HyperChem	предоставл я ет
кл авиатурны е ал ьтернативы действиям мы ш ью .	Н апример,	чтобы откры ть

7

меню , наж мите кнопку [Alt] и, не отпуская ее, [S]. О ткроется меню вы бора

Select (Рис.4.)

Т акж е мож нооткры ть и все остал ьны е меню , наж имая одновременнос [Alt] накл авиш упервой буквы названия (искл ю чение: дл я откры тия Databases

наж мите [Alt] + [A], дл я Setup - [Alt] + [T], Annotations - [Alt] + [O], Script - [Alt] + [R]).

Д л я закры тия меню наж мите [Alt] ил икл авиш у[Esc].

Чтобы вы брать один из пунктов уж е откры того меню , испол ьзуйте кнопки со стрел очками: [В верх] ил и [В ни з]. Д л я откры тия пункта меню , наж мите [Enter].

Рис.2. Меню В ы бораSelect

Д л я часто испол ьзуемы х операций HyperChem имеет сл едую щ ие кратчайш ие кл авиатурны е пути:

∙ [Ctrl] + [N] - создать новы й ф айл (New в меню File);

∙[Ctrl] + [O] - откры ть ф айл (Open);

∙[Ctrl] + [S] - сохранить ф айл (Save);

∙[Alt] + [F4] - вы ход(Exit);

∙[Ctrl] + [X] - вы резать (Cut вменю Edit);

∙[Ctrl] + [C] - копировать (Copy);

∙[Ctrl] + [V] - вставить (Past);

∙[F4] – запускдиал огасоздания изоповерхности;

∙	[F9] – копирование изображ ения рабочей обл астивбуф ер;
∙	[Esc] - отмена.

8

1.4. О ткрыти е файла и установки отображени я структур

В	программе HyperChem создать структуру в рабочей обл асти мож но
тремя разл ичны миспособами:
∙	И нструментал ьны е средства даю т возмож ность			создать двухмерную
	(2D) структуру и преобразовать ее с помощ ью			построител я модел ей
	HyperChem (пунктAdd H & Model Build меню			Build) в трехмерны й
∙	(3D) вид.
	В ы бор остатков позвол яет создать бел ки и нукл еиновы е кисл оты ,
	посл едовател ьно вы брав из		базы данны х HyperChem уж е готовы е
∙	остаткиаминокисл отинукл еотидов.
	Чтение данны х (т.е. типы		атомов, координаты ), которы е бы л и
	сохранены	в ф ормате ф айл а HyperChem (ф айл		с расш ирением HIN)
	ил и ф ормате Бел ковогобанкаданны х Brookhaven Protein Data Bank
	(ф айл срасш ирением ENT), атакж е вря де другихф орматов.
Д л я откры тия HIN-ф айл атребуется :
1.	П ереместить указател ь мы ш и в л евую верхню ю			часть окна на меню
	File.
2.	Н аж атием л евой кнопкимы ш иоткры ть ф айл овое меню .
3.	В диал оговом окне вы брать Open (О ткры ть).
4.	П оя вится	список ф айл ов	(Рис.3.), среди которы х необходимо L-
	наж атием	кнопки мы ш и вы брать нуж ны й и откры ть его, наж ав на
	кнопкуOpen. К откры тию ф айл априводити двойной щ ел чокмы ш ью
	поф айл у.

Рис.3. О кнодиал огаоткры тия ф айл а

В резул ьтате поя вится мол екул а, сохраненная в ф айл е, например - бензол а:

9

Рис.4. О ткры ты й ф айл бензол а

HyperChem автоматически		применя ет	установки отображ ения
преды дущ его сеанса работы	(на Рис.4. дл я каж дого атома показан его
порядковы й номер).	Display
И спол ьзуя пункт меню		(О тображ ать), мож но изменять цвета
атомов (Element Color), подписи (Labels), виды			пространственного показа

структур(Rendering).

Чтобы убрать все подписи, нуж но зайти в Display, затем в Labels, вы брать пункты None в группах Atoms (Атомы ), Residues (О статки), Bonds (С вя зи) инаж ать OK (Рис.5).

Рис.5. О ткл ю чение подписей

10

Дл я отображ ения подписей отметьте в диал оговом окне интересую щ ие пункты , например, – Symbol (Химические символ ы ), Charge (Заря ды ) и т.д. и наж мите О К .

Дл я изменения вариантовпоказаструктурзайдите впунктDisplay, затем

-в Rendering, назакл адке Rendering Method (Методотображ ения ) вы берите

пунктBalls and Cylinders (Ш ары и Ц ил индры ), т.е. атомы будутпоказаны в виде ш аров, асвя зиввиде цил индров:

Рис.6. В ы борметодаотображ ения

Рис.7. Мол екул абензол авреж име отображ ения Balls and Cylinders