Unam facultad de química. Química Orgánica I, Practica 2




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UNAM Facultad de química. Química Orgánica I, Practica 2

1 de septiembre de 2011


Calculo de parámetros geométricos con diferentes métodos de la química computacional.

Hernández Guerra Grecia Anaid


Introducción.-

La energía y geometría de una molécula, son las primeras propiedades que se obtienen en un cálculo de química computacional. Generalmente, este cálculo se inicia con una geometría de partida, generada con datos geométricos obtenidos experimentalmente o por intuición química. Esta geometría se optimiza de tal manera que corresponde a un punto estacionario (mínimo) en la superficie de energía potencial. Los métodos de cálculo para la optimización de la geometría son de dos tipos: los basados en la mecánica clásica (Mecánica molecular, Sybil, etc.) y los derivados de los postulados de la mecánica cuántica (Hartree-Fock, PosHartree-Fock, Semiempiricos y DFT). Estos métodos de cálculo presentan diferente grado de confiabilidad en la predicción de la geometría molecular. En general, los más precisos involucran un mayor costo computacional. En este experimento se emplearon estos métodos para determinar distancias y ángulos de varias moléculas sencillas (agua, etano, eteno y etino). Los parámetros calculados serán comparados con los obtenidos experimentalmente.

Desarrollo.-

Utilizando el programa Spartan ’02, construiremos las moléculas a las cuales les realizaremos las mediciones pertinentes; iniciaremos con la molécula de agua para adaptarnos a la utilización de los diferentes tipos de mediciones, de esta molécula se obtuvieron los siguientes resultados:

Tabla 1: Distancia y ángulos de enlace en la molécula de agua.

Método

Distancia de enlace (Å)

Angulo de enlace (º)

Tiempo de procesamiento (s)

Experimental

0.958

104.5

-

Molecular Mechanics

MMFF

0.969

103.98

000:00:00.2

Semi-Empirical

AM1

0.961

103.53

000:00:00.2

PM3

0.951

107.69

000:00:00.2

Hartree-Fock

6-31G**

0.943

105.93

000:00:00.2

Density Functional (B3LYP)

6-31G**

0.965

103.75

000:00:00.2



Después de realizada la parte introductoria, es decir de aprender la técnica para cambiar los parámetros y aplicarlos a cada molécula, de aplicaron a las moléculas de etano, eteno y etino. De estos nuevos cálculos se logro obtener lo siguiente:

Tabla 2: Distancias y ángulos de enlace en las moléculas de etano, eteno y etino.

Metodo

D c-c (Å)

D c-H (Å)

Angulo c-c-H (º)

etano

eteno

etino

etano

eteno

etino

etano

eteno

etino

Experimental

1.54

1.33

1.2

1.1

1.08

1.06

109.6

121.7

180

Semi-Empirical

AM1

1.5

1.326

1.195

1.117

1.098

1.061

110.7

122.7

180

Hartree-Fock

6-31G**

1.527

1.317

1.186

1.086

1.077

1.057

111.2

121.8

180

Density Functional (B3LYP)

6-31G**

1.53

1.33

1.205

1.095

1

1.066

111.4

121.8

180

Tabla 3: Tiempos de procesamiento empleados.

Metodo

Tiempo de procesamiento (s)

etano

eteno

etino

Semi-Empirical

AM1

000:00:00.2

000:00:00.2

000:00:00.2

Hartree-Fock

6-31G**

000:00:00.2

000:00:00.2

000:00:00.2

Density Functional (B3LYP)

6-31G**

000:00:00.2

000:00:00.2

000:00:00.2



Conclusión.-

Es claro que el método de Density Functional (B1LYP) es el que, en la mayoría de los casos, se acerca más a los valores experimentales de cada molécula. Además podemos asegurar que las distancias de enlace C-C o C-H son de esa manera gracias a las hibridaciones que puede presentar el átomo de carbono, dichas hibridaciones son: sp3, sp2 o sp.

Finalmente, podríamos utilizar esta técnica de cálculo para cualquier molécula de la que nosotros queramos saber los enlaces y los ángulos que presenta, esto gracias a las facilidades que nos ofrece el programa Spartan y con el cual las técnicas de química computacional son más accesibles y mucho más fáciles de realizar.



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