Universidad de La Habana, Cuba

MANUAL TUTORIAL PARA EL CÁLCULO DE LAS HIPERSUPERFICIES DE MÚLTIPLES MÍNIMOS

GENERACIÓN DE CELDAS CON AGREGADOS MOLECULARES OPTIMIZADOS

 

El método de las hipersuperficies de múltiples mínimos permite la exploración completa del espacio multidimensional de agregados moleculares con la finalidad de determinar sus energías de asociación estadísticas y la obtención de la o las estructuras más favorecidas energéticamente en todo el espacio considerado. La teoría de este método puede consultarse en el artículo Montero, L.A., Esteva, A.M., Molina, J., Zapardiel, A., Hernández, L., Márquez, H., Acosta, A., “A Theoretical Approach to Analytical Properties of 2,4–Diamino–5-Phenylthiazole in Water Solution. Tautomerism and Dependence on pH”, J. Am. Chem. Soc., 120, 12023, (1998).

 

A continuación se describirán los pasos a seguir para obtener los resultados deseados.

 

  1. La construcción de los agregados se realiza mediante el programa GRANADA. El manual de este programa está disponible en este sitio web.

 

  1. Para operar con GRANADA es necesario disponer de archivos con las estructuras iniciales del sistema poliatómico central (que llamaremos soluto) y de los sistemas del ambiente (que llamaremos disolvente). Es conveniente que tanto los archivos iniciales del soluto como el de los disolventes hayan sido previamente optimizados por el mismo método con el que se pretende optimizar cada agregado molecular en las celdas. El programa GRANADA permite que estas moléculas de entrada estén lo mismo en coordenadas cartesianas (con el formato .CAR) que en coordenadas internas de MOPAC. En el caso de hidrataciones, el programa GRANADA contiene ya coordenadas optimizadas de H2O con el método semiempírico MNDO-PM3.

 

  1. Todos los archivos de entrada y de salida del procedimiento MMH están o deben crearse en el código ASCII.

 

  1. Es conveniente operar en un subdirectorio del sistema de archivos de MS-Windows en cualquiera de sus variantes. Una vez que se seleccione el subdirectorio de operación es necesario abrir una ventana del sistema MS-DOS (“llamada” de comandos), convertir ese directorio en el implícito (mediante el comando cd) y trabajar todo el tiempo ulterior en la línea de comandos con ese directorio como implícito.

 

  1. La operación con GRANADA requiere de la creación del archivo input (sin extensión) que debe escribirse de acuerdo con las instrucciones del manual. Este archivo puede elaborarse con el editor de textos ASCII edit, que es un comando del sistema MS-DOS, o con cualquier otro editor de textos ASCII. El archivo input tiene que estar presente en el directorio implícito al ejecutarse el programa GRANADA.

 

  1. De los datos necesarios para el archivo input son particularmente importantes el número de moléculas de solvente nlim, las dimensiones de la celda dimen y el número de celdas aleatorias a generar nconf.

 

  1. La selección de nlim depende del plan del usuario para la tarea dada en cuanto al número de moléculas ambientales. Una vía recomendable es la exploración de este valor mediante la generación y cálculo de series que incrementen su número desde el valor 1 hasta el que manifieste la mayor (más negativa) energía de asociación por mol de solvente. Se puede considerar que cuando se llegue a este tipo de agregado molecular, el mismo sería el microestado más factible.

 

  1. La selección de dimen depende del tamaño del soluto y de los solventes. Es recomendable indagar la máxima distancia en Ångstroms de cada una de las dimensiones X, Y y Z. Encontrada está distancia máxima, en cualquiera de tales dimensiones la llamaremos Ds y la equivalente del solvente Da. Una fórmula aproximada para este indicador puede ser:

 

dimen = (Ds + 2Da) / 2

 

  1. El número de celdas aleatorias a generar nconf depende mucho del tipo de tarea a emprender. Un valor recomendable puede ser 50.

 

  1. La linea de comandos de MOPAC recomendada puede ser:

 

pm3 precise xyz t=3d ef

 

o

 

am1 precise t=3d xyz ef

 

Puede consultarse en el manual de MOPAC el significado de éstas y muchas otras opciones.

 

  1. Es conveniente que la salida del programa GRANADA cuyo nombre es SOLVATED.MOP sea renombrada (con el comando ren) a un nombre específico que identifique la tarea que se esté realizando. En este tutorial, denominaremos a este archivo una vez renombrado como tarea.mop.

 

  1. La tarea de optimización se realiza corriendo la sucesión de ejemplos contenida en tarea.mop en una misma operación:

 

c:\working.dir>mopac6 tarea y

 

  1. El resultado de este cálculo, que puede ser muy demorado con respecto a optimizaciones comunes con MOPAC, arrojará tres tipos de archivos de salida relevantes: tarea.out (con la información completa), tarea.rsm (con la información resumida acerca de cada caso) y tarea.car (con todos los archivos de cartesianas).

 

  1. Para el procesamiento estadístico del resultado se procede con el programa Q3, cuyos detalles de operación aparecen en su manual. Es preciso entonces generar una lista de energías totales de todas las conformaciones optimizadas. Para ello se utiliza el siguiente comando MS-DOS:

 

c:\working.dir>find "TOTAL ENE" tarea.out > tarea.enr

 

      que puede crear un archivo de energías sucesivas tarea.enr.

 

  1. El archivo resultante tarea.enr se convierte fácilmente mediante algún editor de textos (puede ser el edit de MS-DOS) en el de entrada input.q para el programa Q3. Es preciso disponer también del fichero tarea.rsm que había sido creado por el MOPAC para que Q3 haga el análisis de las estructuras redundantes geométricamente que afectan el resultado de la entropía de asociación.

 

  1. El cálculo con el programa Q3 solo requiere su invocación, sin opción alguna, en la llamada de comandos del MS-DOS, si en el directorio implícito ya existe el fichero input.q y el correspondiente .rsm. El resultado final aparece en un fichero que se denomina output.q3 que aporta tanto los valores estadísticos de asociación, como las energías relativas de cada agregado molecular optimizado, lo que permite seleccionar los de más baja energía, y esperablemente más frecuentes. Un dato importante también proporcionado por Q3 son las poblaciones relativas de cada agregado, de acuerdo con una distribución de Boltzmann.

 

  1. ¡Disfrútelo!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


ARCHIVOS .CAR

Los archivos .CAR tienen el siguiente formato:

 

          Línea 1:

          cols. 2-4:            N                     #Número de  átomos en la entrada.

          Líneas 2 y 3:

          80 cols.:                         #Comentarios

          Línea 4 hasta la 3+N:

          Para cada átomo I:

          cols 2-11:           X(I)               #coordenada X en Ångstroms

          cols 12-21:          Y(I)               #coordenada Y en Ångstroms

          cols 22-31:          Z(I)               #coordenada Z en Ångstroms

          cols 32-35:          NAT(I)          #número atómico