3. TÍNH CẮP THIẾT CỦA ĐÈ TÀI
1.3 TÍNH TOÁN THÔNG TIN CẤU TRÚC
1.6.344 Trong các phương pháp lý thuyết liên quan đến việc tối ưu hóa hình học của câu trúc thì phương pháp cơ học phân tử (MM) khá thông dụng [18], [19]. Phương pháp MM có thể tính toán chính xác về cấu trúc hình học và năng lượng tương đối của các phân tử lớn vượt quá khả năng đối vói các phương pháp hóa lượng tử.
1.6.345 Năng lương ưủa oliân tử trong trường lưc là sự khác biệt về nâng iượng giừa phân tử thật va iýihuyét:
1.6.346 E = Eb + Ea + Et + Ev + Eh
+ Ee (t • ì)
1.6.347 Eb: năng lượng do sự co giãn liên kết
1.6.348--- Ea: năng lượng do sự khép mở góc liên kết---
1.6.349 Et: năng lượng do sự xoay quanh liên kết 1.6.350 Ev: năng lượng do sự tương tác van der Waals 1.6.351 Eh: năng lượng do sự tương tác hydrogen 1.6.352 Ee: năng lượng do sự tương tác tĩnh điện
1.6.353 Giữa cấu trúc và năng lượng có sự liên quan mật thiết với nhau do đó tối ưu hóa hình học của cấu trúc sẽ dẫn đến tối thiểu hóa năng lượng của phân tử.
1.6.354
1.6.355Hình 1.3 Phương pháp cơ học phân tử
1.6.356 Quá trình này là tạo một cấu trúc ứng với trạng thái năng lượng tôi thiêu (tôi uư vê hình học hay bền về năng lượng) nhằm mục đích:
1.6.357 THOIIỊỘ( nấp trúc, ứng với trọng thái năng lượng tối thiểu để từ đó có thể xem xét tọa độ của các nguyên tủ' hay năng lượng của phân tử. Chuẩn bị cấu trác tối ưu về hình học hay bền về
năng lượng phục vụ cho tính toán bằng phương pháp lượng tử: phương pháp nguyên lý ban đầu (ab- initio) hay phương pháp bán thực nghiệm để có dữ liệu về các thông tin cấu trúc.
1.6.358 Chuẩn bị cấu trúc có năng lượng tối thiểu phục vụ cho sự mô phỏng bằng phương pháp cơ học phân tử, nếu các lực trên các nguyên tử quá lớn thì các tích phân trong các phép toán khó giải được.
1.6.359 Quá trình trên được thể hiện qua Hình 1.3.
1.6.360_______ 1,3.2 PhưoTìg pháp hóa lượng tử
1.6.361 Đây là phương pháp dùng để tính toán các thông tin cấu trúc phân tử như:
điện tích (Qi), cấu trúc phổ NMR (r,-), tham số hóa lý,....
1.6.362 Phươ
ng pháp hóa lượng tử được thực hiện cơ sở giải phương trình Schroedinger cho một hệ gồm
các phàn tứ như hạt nhân và điện tử: ---
1.6.363 HVP = ET (1.2)
1.6.364 Trong đó: H - toán tử Hamilton 1.6.365 T: hàm số sóng;
1.6.366 E: năng lượng của hệ thống
1.6.367 Vì các hạt nhân có khối lượng rất lớn và di chuyển rất chậm so với các điện tử nên người ta có thể xem như nhân bất động và chỉ chú ý đên các điện tủ’ di chuyên xung quanh nó, khi ấy phương trình Schrodinger đơn giản hơn:
1.6.368---IICvPe ^ETC--- --- ---(1,3)
1.6.369 với: He - toán tử Hamilton 1.6.370 Tc - hàm số sóng điện tử
1.6.371 Trong phương pháp hóa lượng tử có hai trường phái: ab initio (tính toán thuân túy lý thuyết) và bán thực nghiệm. Giữa hai phương pháp có những nét giống và khác nhau rất cơ bản:
1.6.372 Giống nhau: hai phương pháp đều trải qua tất cả giai đoạn ước tính đối với hàm sô sóng Schrodinger.
1.6.373 Khác nhau: phương pháp ab initio xử lý tất cả các điện tử, tính toán đầy đủ các tích phân, không tham khảo dữ liệu thực nghiệm trong việc thành lập các thành phân của ma trận Fock, thường dùng các hàm cơ sở kiểu Gauss (GTO), cần dung lượng đia và thời gian
tính toán lớn hơn [13].
1.6.374 Phương pháp bán thực nghiệm chỉ xử lý điện tử hóa trị, bỏ qua một số tích phân, có tham khảo dữ liệu thực nghiệm khi thành lập ít nhất vài thành phần của ma trận Fock, thường dùng các hàm cơ sở kiểu Slaer (STO) vì vậy sẽ tiết kiệm được dung lượng đĩa và thời gian tính toán.
1.6.375 Có hai trường phái bán thực nghiệm, tùy theo toán tử Hamilton là tổng của các đại lượng do một điện tử (Huekel) hoặc tổng của các đại lượng do hai điện tử cùng với các đại lượng do một điện tử (PPP: Pariser-Parr-Pople). Trong trường phái “một điện tử”, ywnig Iiiiái lù phiwvng phộp MụoVpỊ ivinr rộng (EH: Extented Huekel theory). Trong trường phái “hai điện tử”, có nhiều phương phẵp kiểu PPP đã được phát triển: như CNDO, INDO, NDDO, MNDO, AMI, PM3, TNDO,....
1.6.376 Minh họa quá trình tính toán thông tin cấu trúc qua Hình 1.4. Phương pháp hóa lượng tử được chọn phải phù họp với đối tượng nghiên cửu, mức dộ chính xắc, L11ỪT gian tính toán cũng như kích thước của hệ.
1.6.377
1.6.378 Kích thước hộ