Exp3 Computational Chemistry and Quantum Tunneling 계산 화학

목차

1. Object
2. Introduction
3. Background Information
4. Apparatus
5. Procedure
6. Pre-Laboratory questions
7. Results & Discussion
8. Conclusion
9. Reference

본문내용

1. Object
계산을 통해 amine과 phosphine의 반전에서의 화학적 경향성을 예측하고, quantum tunneling에 대해서 이해할 수 있다.

2. Introduction
Hatree-Fock이나 Density functional theory같은 전자 구조 이론은 분자들의 다양한 성질을 계산할 수 있게 해준다. 이러한 이론들은 반응물, 전이상태, 생성물의 자유에너지를 구함으로써 반응 경로를 찾는데 유용하게 사용될 수 있다. 컴퓨터 소프트웨어의 발전으로 지금은 분자의 기하학적 구조, 분광학적 정보, 반응 경로 등 다양한 분자의 성질을 이론적인 예측만이 아니라 직접 계산해보고 실험값과 비교해 볼 수 있게 되었다. 정확한 계산 화학이 가능하게 됨으로써 직접적인 반응을 시켜보지 않고도 값싸고 빠르게 분자의 특성을 알아낼 수 있게 되었다. 이 실험에서는 반응에서의 삼각뿔의 반전을 quantum tunneling을 이용한 계산화학으로 조사해본다.

<중 략>

5. Procedure
1) Avogadro 프로그램을 이용하여 분자를 그린다. Nitrogen를 누르고 window를 클릭하면 ammonia 분자가 그려진다. H에 다른 원자를 입력하면 연결이 가능하다.
2) GAMESS input generator 열기
Extensions -> GAMESS -> input generator
아래 값을 입력한다.(최적화 작업, &앞에 공백 한칸 추가 필수)
$BASISGBASIS=N21NGAUSS=3 NDFUNC=1 $END
$CONTRL RUNTYP=OPTIMIZE DFTTYP=B3LYP $END
$STATPT OPTTOL=0.005NSTEP=200$END
$SYSTEM MWORDS=10 $END
Transition state의 구조를 만든다. Inverting atom과 결합된 3개의 atom들이 같은 평면 위에 있어야 한다. Boron으로 분자를 그린 후 Ctrl+Alt+O를 눌러 분자구조를 유지시키고 N이나 P로 boron을 교체시키면 그릴 수 있다.

참고 자료

Attila Szabo and Neil S. Ostlund, Modern Quantum Chemistry: Introduction to Advanced Electronic Structure Theory, Dover Publications, Inc: New York, 1996.
Jorge Kohanoff, Electronic structure calculations for solids and molecules: Theory and Computational Methods, Cambridge University Press, 2006.
Wolfram Koch and Max C. Holthausen, A Chemist's Guide to Density Functional Theory, 2nd ed.; Wiley-VCH, 2001.
J. Chem. Phys. 98, 5648 (1993).
Claude Cohen-Tannoudji, Bernard Diu, and Franck Laloe, Quantum Mechanics, Wiley-VCH, 2005. vol. 1, pp 67-78, 455-469.
GAMESS Manual. http://wild.life.nctu.edu.tw/~jsyu/gamess2k/
Get Avogadro. http://avogadro.openmolecules.net/wiki/Get_Avogadro
J. Chem. Educ. 90, 661 (2013).
Quantum Tunneling in Chemical Reactions, Diane Carrera.