ĐỀ THI VÀ ĐÁP ÁN-Môn học Phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ - Mã số đề thi 06 K192010

Phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ

GVHD: PGS.TS. Huỳnh Thành Đạt Page 1

GVHD: PGS.TS. HUỲNH THÀNH ĐẠT
HVTH: LÝ NGỌC THỦY TIÊN


ĐỀ THI
Môn học: Phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ
Mã số đề: 06/K19/2010

1. Xây dựng mô hình cho phân tử phenol C
6
H
5
OH. Lưu tập tin dữ liệu vào với
tên là phenol.gjf.
2. Thực hiện tính toán tối ưu hóa và tần số của phân tử nói trên bằng phương
pháp RHF với hệ hàm cơ sở 6-31G(d,p) để xác định:
a. Năng lượng của phân tử.
b. Phân bố điện tích trên các nguyên tử của phân tử.
c. Momen lưỡng cực của phân tử. So so sánh với momen lưỡng cực của
Benzene.
d. Bảng định hướng chuẩn. Từ bảng định hướng chuẩn nhận xét về cấu
trúc của phân tử.
e. Bảng các thông số cấu trúc của phân tử sau khi tối ưu hóa (chiều dài
liên kết, góc liên kết, góc nhị diện). Xác định độ dài liên kết của liên
kết O-H.
f. Lập bảng các số liệu theo mẫu bên dưới. Vẽ phổ Raman và phổ IR của
phenol. Xác định tần số dao động hóa trị của nhóm O-H.

STT Raman Hồng ngoại (IR)
Tần số (cm
-1
) Cường độ Tần số (cm
-1
) Cường độ
1
Phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ

GVHD: PGS.TS. Huỳnh Thành Đạt Page 2

2
…

Ghi chú: Ngoài các kết quả trên, đề nghị học viên nộp tập tin dữ liệu vào
(phenol.gjf) và tập tin dữ liệu xuất (phenol.out).


Bài làm
1. Xây dựng mô hình cho phân tử phenol C
6
H
5
OH. Lưu tập tin dữ liệu vào
với tên là phenol.gjf.

Mô hình phân tử phenol
2. Thực hiện tính toán tối ưu hóa và tần số của phân tử nói trên bằng
phương pháp RHF với hệ hàm cơ sở 6-31G(d,p) để xác định:

a. Năng lượng của phân tử:
SCF Done: E(RHF) = -305.532637795 A.U. after 15 cycles
Năng lượng phân tử: -305.532637795 A.U
b. Phân bố điện tích trên các nguyên tử của phân tử.
Mulliken atomic charges:
Phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ

GVHD: PGS.TS. Huỳnh Thành Đạt Page 3

1
1 C 0.391004
2 C -0.220022
3 C -0.128917
4 C -0.175495
5 C -0.130224
6 C -0.181769
7 O -0.655727
8 H 0.347954
9 H 0.138707
10 H 0.151322
11 H 0.146634
12 H 0.152029
13 H 0.164503
Sum of Mulliken charges= 0.00000
Xem xét trên Gauss View

c. Momen lưỡng cực của phân tử. So so sánh với momen lưỡng cực
của Benzene.
Dipole moment (field-independent basis, Debye):
Phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ

GVHD: PGS.TS. Huỳnh Thành Đạt Page 4

X= 0.7419 Y= -1.0845 Z= 0.8110 Tot= 1.5442
d. Bảng định hướng chuẩn. Từ bảng định hướng chuẩn nhận xét về
cấu trúc của phân tử.
Standard orientation:

Center Atomic Atomic Coordinates (Angstroms)
Number Number Type X Y Z

1 6 0 0.934194 -0.024154 -0.000236
2 6 0 0.264801 1.188952 0.000053
3 6 0 -1.121893 1.208461 0.000119
4 6 0 -1.843725 0.029346 -0.000091
5 6 0 -1.161504 -1.180133 -0.000014
6 6 0 0.219288 -1.214450 0.000140
7 8 0 2.283107 -0.107994 -0.000043
8 1 0 2.673735 0.749887 0.000348
9 1 0 0.819840 2.112506 0.000073
10 1 0 -1.634076 2.154667 -0.000056
11 1 0 -2.918487 0.048395 -0.000152
12 1 0 -1.710601 -2.105460 0.000089
13 1 0 0.757761 -2.144182 0.000220
 Nhận xét cấu trúc phân tử: các tọa độ trên các trục tọa độ đều khác 0, như
vậy phân tử phân bố trong không gian Oxyz. Phân tử là không phẳng.
Xem xét trên Gauss View:
Phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ

GVHD: PGS.TS. Huỳnh Thành Đạt Page 5

Sự phân bố của phenol trong tọa độ Oxyz
e. Bảng các thông số cấu trúc của phân tử sau khi tối ưu hóa (chiều
dài liên kết, góc liên kết, góc nhị diện). Xác định độ dài liên kết
của liên kết O-H.
! Optimized Parameters !
! (Angstroms and Degrees) !

! Name Definition Value Derivative Info. !

! R1 R(1,2) 1.3855 -DE/DX = 0.0 !
! R2 R(1,6) 1.3885 -DE/DX = 0.0001 !
! R3 R(1,7) 1.3515 -DE/DX = 0.0 !
! R4 R(2,3) 1.3868 -DE/DX = 0.0001 !
! R5 R(2,9) 1.0775 -DE/DX = 0.0 !
! R6 R(3,4) 1.3825 -DE/DX = 0.0 !
! R7 R(3,10) 1.0759 -DE/DX = 0.0 !
! R8 R(4,5) 1.3886 -DE/DX = -0.0002 !
! R9 R(4,11) 1.0749 -DE/DX = 0.0 !
Phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ

GVHD: PGS.TS. Huỳnh Thành Đạt Page 6

! R10 R(5,6) 1.3812 -DE/DX = 0.0 !
! R11 R(5,12) 1.076 -DE/DX = 0.0 !
! R12 R(6,13) 1.0744 -DE/DX = 0.0 !
! R13 R(7,8) 0.9426 -DE/DX = 0.0 !
! A1 A(2,1,6) 120.1205 -DE/DX = 0.0 !
! A2 A(2,1,7) 122.4465 -DE/DX = 0.0 !

! A3 A(6,1,7) 117.433 -DE/DX = 0.0 !
! A4 A(1,2,3) 119.6959 -DE/DX = 0.0 !
! A5 A(1,2,9) 120.105 -DE/DX = 0.0 !
! A6 A(3,2,9) 120.1991 -DE/DX = 0.0 !
! A7 A(2,3,4) 120.6681 -DE/DX = 0.0 !
! A8 A(2,3,10) 119.2328 -DE/DX = 0.0 !
! A9 A(4,3,10) 120.0991 -DE/DX = 0.0 !
! A10 A(3,4,5) 119.1002 -DE/DX = 0.0 !
! A11 A(3,4,11) 120.4588 -DE/DX = 0.0 !
! A12 A(5,4,11) 120.4411 -DE/DX = 0.0 !
! A13 A(4,5,6) 120.8494 -DE/DX = 0.0 !
! A14 A(4,5,12) 119.8891 -DE/DX = 0.0 !
! A15 A(6,5,12) 119.2616 -DE/DX = 0.0 !
! A16 A(1,6,5) 119.5659 -DE/DX = 0.0 !
! A17 A(1,6,13) 118.9324 -DE/DX = 0.0 !
! A18 A(5,6,13) 121.5018 -DE/DX = 0.0 !
! A19 A(1,7,8) 110.9251 -DE/DX = 0.0 !
! D1 D(6,1,2,3) -0.0286 -DE/DX = 0.0 !
! D2 D(6,1,2,9) 179.9808 -DE/DX = 0.0 !
! D3 D(7,1,2,3) 180.0136 -DE/DX = 0.0 !
! D4 D(7,1,2,9) 0.023 -DE/DX = 0.0 !
Phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ

GVHD: PGS.TS. Huỳnh Thành Đạt Page 7

! D5 D(2,1,6,5) 0.039 -DE/DX = 0.0 !
! D6 D(2,1,6,13) 180.0191 -DE/DX = 0.0 !
! D7 D(7,1,6,5) -180.0011 -DE/DX = 0.0 !
! D8 D(7,1,6,13) -0.021 -DE/DX = 0.0 !
! D9 D(2,1,7,8) 0.003 -DE/DX = 0.0 !

! D10 D(6,1,7,8) -179.9559 -DE/DX = 0.0 !
! D11 D(1,2,3,4) 0.0005 -DE/DX = 0.0 !
! D12 D(1,2,3,10) -179.9756 -DE/DX = 0.0 !
! D13 D(9,2,3,4) -180.0089 -DE/DX = 0.0 !
! D14 D(9,2,3,10) 0.0149 -DE/DX = 0.0 !
! D15 D(2,3,4,5) 0.0168 -DE/DX = 0.0 !
! D16 D(2,3,4,11) -179.9931 -DE/DX = 0.0 !
! D17 D(10,3,4,5) 179.9927 -DE/DX = 0.0 !
! D18 D(10,3,4,11) -0.0171 -DE/DX = 0.0 !
! D19 D(3,4,5,6) -0.0062 -DE/DX = 0.0 !
! D20 D(3,4,5,12) -180.0162 -DE/DX = 0.0 !
! D21 D(11,4,5,6) 180.0037 -DE/DX = 0.0 !
! D22 D(11,4,5,12) -0.0063 -DE/DX = 0.0 !
! D23 D(4,5,6,1) -0.0216 -DE/DX = 0.0 !
! D24 D(4,5,6,13) -180.0011 -DE/DX = 0.0 !
! D25 D(12,5,6,1) 179.9883 -DE/DX = 0.0 !
! D26 D(12,5,6,13) 0.0088 -DE/DX = 0.0 !

 Xác định độ dài liên kết của liên kết O-H:
R13 R(7,8) O-H 0.9426
Xem xét trên Gauss View
Phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ

GVHD: PGS.TS. Huỳnh Thành Đạt Page 8


Độ dài liên kết O(7)-H(8)

f. Lập bảng các số liệu theo mẫu bên dưới.

STT Hồng ngoại (IR) Raman
Tần số (cm
-1
) Cường độ Tần số (cm
-1
) Cường độ

Phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ

GVHD: PGS.TS. Huỳnh Thành Đạt Page 9

Phổ IR của phenol C
6
H
5
OH
0 1000 2000 3000 4000 5000
0
20
40
60
80
Infrared (Intensity)
tanso (cm-1)
Infrared

Phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ

GVHD: PGS.TS. Huỳnh Thành Đạt Page 10

Phổ Raman của phenol C
6
H
5
OH

0 1000 2000 3000 4000 5000
0
50
100
150
200
250
Raman (Activity)
tanso (cm-1)
Raman

 Xác định tần số dao động hóa trị của nhóm O-H.
- Tần số dao động của nhóm O-H là:4196.78 cm-1
Tại tần số này IR có cường độ: 84.0858 và phổ Raman có cường độ: 78.6482.
Như vậy phổ IR sẽ có cường độ mạnh hơn phổ Raman.