ĐỀ THI VÀ ĐÁP ÁN-Môn học Phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ - Mã số đề thi 07 K192010

GVHD: PGS. TS. Huỳnh Thành ðạt HVTH: Nguyễn Thanh Tú

Báo cáo môn: Phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ
1

ðỀ THI
Môn học: Phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ
Mã số ñề thi: 07/K19/2010
1. Xây dựng mô hình cho phân tử acrolein (CH
2
-CH-CHO). Lưu tập tin dữ liệu vào với tên
là acrol.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) ñể xác ñịnh:
a. Năng lượng của phân tử.
b. Phân bố ñiện tích trên các nguyên tử của phân tử.
c. Momen lưỡng cực của phân tử.
d. Bảng ñịnh hướng chuẩn. Từ bảng ñịnh 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 ñịnh ñộ dài liên kết của các liên kết C=O và liên kết
C=C.
f. Lập bảng. Vẽ phổ Raman và phổ hồng ngoại của acrolein. Xác ñịnh tần số dao
ñộng hóa trị của nhóm carbonyl C=O.

Bài làm
1.
Xây dựng mô hình cho phân tử acrolein (CH
2
-CH-CHO).

Mô hình cho phân tử acrolein (CH
2
-CH-CHO).

GVHD: PGS. TS. Huỳnh Thành ðạt HVTH: Nguyễn Thanh Tú

Báo cáo môn: Phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ
2

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) thu ñược:
a. Năng lượng của phân tử.
SCF Done: E(RHF) = -190.766791257 A.U. after 1 cycles
Như vậy năng lượng phân tử là
:
-190.766791257 A.U.

b. Phân bố ñiện tích trên các nguyên tử của phân tử.

Mulliken atomic charges:
1
1 C -0.215209
2 C -0.235377
3 C 0.373572
4 H 0.147789
5 H 0.175922
6 H 0.147687
7 H 0.103443
8 O -0.497827
Sum of Mulliken charges= 0.00000

Sự phân bố ñiện tích thể hiện trên hình vẽ bằng phần mềm Gaussview

Sự phân bố ñiện tích của phân tử CH
2
-CH-CHO
GVHD: PGS. TS. Huỳnh Thành ðạt HVTH: Nguyễn Thanh Tú

Báo cáo môn: Phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ
3


c. Momen lưỡng cực của phân tử.

Dipole moment (field-independent basis, Debye):
X= 0.1354 Y= 2.9132 Z= 0.0000 Tot= 2.9163

d. Bảng ñịnh hướng chuẩn.

Standard orientation:

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

1 6 0 1.315866 0.778305 0.000000
2 6 0 0.000000 0.892752 0.000000
3 6 0 -0.881678 -0.303266 0.000000
4 1 0 1.958808 1.639965 0.000000
5 1 0 1.779070 -0.191891 0.000000
6 1 0 -0.481503 1.856058 0.000000
7 1 0 -1.956455 -0.093199 0.000000

8 8 0 -0.488131 -1.427210 0.000000

Từ bảng ñịnh hướng chuẩn ta thấy z=0 như vậy các phân tử nằm trong mặt
phẳng OXY. Vậy phân tử có cấu trúc phẳng
Ta có thể quan sát ñiều này bằng phần mềm Gaussview

Phân tử CH
2
-CH-CHO trong hệ tọa ñộ Descartes
GVHD: PGS. TS. Huỳnh Thành ðạt HVTH: Nguyễn Thanh Tú

Báo cáo môn: Phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ
4

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).


! Optimized Parameters !
! (Angstroms and Degrees) !
!
Name Definition Value Derivative Info.
!

! R1 R(1,2) C=C 1.3208 -DE/DX = 0.0
! R2 R(1,4) C-H 1.0751 -DE/DX = 0.0
! R3 R(1,5) C-H 1.0751 -DE/DX = 0.0
! R4 R(2,3) C-C 1.4859 -DE/DX = 0.0
! R5 R(2,6) C-H 1.0769 -DE/DX = 0.0

! R6 R(3,7) C-H 1.0951 -DE/DX = 0.0
! R7 R(3,8) C=O 1.1909 -DE/DX = 0.0
! A1 A(2,1,4) C=C-H 121.7583 -DE/DX = 0.0
! A2 A(2,1,5) C=C-H 120.4922 -DE/DX = 0.0
! A3 A(4,1,5) H-C-H 117.7495 -DE/DX = 0.0
! A4 A(1,2,3) C=C-C 121.426 -DE/DX = 0.0
! A5 A(1,2,6) C=C-H 121.5287 -DE/DX = 0.0
! A6 A(3,2,6) C-C-H 117.0453 -DE/DX = 0.0
! A7 A(2,3,7) C-C-H 115.3376 -DE/DX = 0.0
! A8 A(2,3,8) C-C=O 124.3056 -DE/DX = 0.0
! A9 A(7,3,8) H-C=O 120.3567 -DE/DX = 0.0
! D1 D(4,1,2,3) H-C=C-C 180.0 -DE/DX = 0.0
! D2 D(4,1,2,6) H-C=C-H 0.0 -DE/DX = 0.0
! D3 D(5,1,2,3) H-C=C-C 0.0 -DE/DX = 0.0
! D4 D(5,1,2,6) H-C=C-H 180.0 -DE/DX = 0.0
! D5 D(1,2,3,7) C=C-C-H 180.0 -DE/DX = 0.0
! D6 D(1,2,3,8) C=C-C=O 0.0 -DE/DX = 0.0
! D7 D(6,2,3,7) H-C-C-H 0.0 -DE/DX = 0.0
! D8 D(6,2,3,8) H-C-C=0 180.0 -DE/DX = 0.0
Phân tử
CH
2
-CH-CHO vẽ bằng Gaussview
GVHD: PGS. TS. Huỳnh Thành ðạt HVTH: Nguyễn Thanh Tú

Báo cáo môn: Phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ
5

Xác ñịnh ñộ dài liên kết của các liên kết C=O
R7 R(3,8) C=O 1.1909

ðộ dài liên kết C=O là 1,1909
ðộ dài liên kết C=C
R1 R(1,2) C=C 1.3208

ðộ dài liên kết C=C là
1.3208


f. Lập bảng tần số và cường ñộ dao ñộng hồng ngoại, Raman của acrolein.

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



GVHD: PGS. TS. Huỳnh Thành ðạt HVTH: Nguyễn Thanh Tú

Báo cáo môn: Phương pháp tính toán lượng tử mô phỏng trong quang phổ
6

Phổ hồng ngoại của CH
2
-CH-CHO

Phổ Raman của CH

2
-CH-CHO

Tần số dao ñộng hóa trị của nhóm carbonyl C=O. là 2004.99 cm
-1
• Ở tần số này phổ hồng ngoại có cường ñộ mạnh: 179,136
• còn phổ Raman có cường ñộ yếu hơn: 16,3025