МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тверской государственный университет»

УТВЕРЖДАЮ

Руководитель ООП подготовки

магистров _

2012 г.

Учебно-методический комплекс по дисциплине Компьютерное моделирование молекулярных систем, 1, 2 курс (на и мено ва ние дисци п ли ны, кур с) 020100.68 - Химия_ (шифр, название направления подготовки) _Аналитическая химия (название специализированной программы подготовки магистров) Обсуждено на заседании кафедры Составитель:

«_» 2012 г. д.х.н., профессор Протокол № _ В.Г. Алексеев Зав. кафедройМ.А. Феофанова Тверь Пояснительная записка Цели и задачи дисциплины, ее место в подготовке магистра Курс направлен на выработку у студентов навыков владения специализированным химическим программным обеспечением и применения его для обработки и представления результатов химического эксперимента. Курс включает обучение работе с программами статистической и графической обработки экспериментальных данных (New DALSFEK, Distribu, Microcal Origin), моделирования структуры и энергетики молекулярных систем (ISIS Draw, Chem Draw, Chem 3D, Hyper Chem), а также знакомство с химическими ресурсами интернета.

Место дисциплины в структуре ООП магистратуры Дисциплина входит в вариативную часть цикла М.1 дисциплин по выбору (профиль – аналитическая химия). Дисциплина закладывает знания для выполнения магистерской диссертации и прохождения научноисследовательской практики. Дисциплина непосредственно связана с дисциплинами «Органические реагенты в современной химии», «Химические основы нанотехнологии», «Актуальные задачи современной химии», а также ряда дисциплин курсов по выбору цикла М2.

Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц, академических часов Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины 1. умение принимать нестандартные решения (ОК-2);

2. владение современными компьютерными технологиями, применяемыми при обработке результатов научных экспериментов и сборе, обработке, хранении и передачи информации при проведении самостоятельных научных исследований (ОК-5);

3. наличие представления о наиболее актуальных направлениях исследований в современной теоретической и экспериментальной химии (синтез и применение веществ в наноструктурных технологиях, исследования в экстремальных условиях, химия жизненных процессов, химия и экология и другие) (ПК-1);

4. способность анализировать полученные результаты, делать необходимые выводы и формулировать предложения (ПК-5);

5. умение представлять полученные в исследованиях результаты в виде отчетов и научных публикаций (стендовые доклады, рефераты и статьи в периодической научной печати) (ПК-7).

В результате освоения дисциплины студент должен:

Знать основные методы моделирования структуры молекул и расчета энергии молекул и их систем.

Уметь использовать персональный компьютер для создания и визуализации моделей молекул и молекулярных систем, расчета их энергетических характеристик, подобрать и установить соответствующее программное обеспечение.

Владеть программным обеспечением для моделирования структуры и энергии молекул и их систем методами квантовой химии и молекулярной динамики.

Образовательные технологии: Лекция, лекция-визуализация, практическое занятие работа, активизация творческой активности, подготовка отчетов по экспериментальным работам в виде презентаций.

Значительная часть занятий проходит в компьютерных классах.

Формы контроля Контроль освоения учебной программы курса студентами осуществляется на основе рейтинговой системы оценки качества учебной работы студентов ТвГУ и включает: контроль текущей успеваемости (посещение занятий, выполнение практических работ), рубежный контроль в форме письменной работы. Форма отчетности: 2 семестр – зачет, семестр – экзамен.

Модуль 1. Аналитическая химия в интернете Поиск химической информации в сети интернет. Просмотр рефератов и текстов статей на серверах научных издательств. Работа с открытыми базами данных (NIST WebBook и др.) в режиме on-line.

Химическое программное обеспечение в интернете.

Модуль 2. Математическое моделирование химических равновесий в растворах Расчет констант химических равновесий в растворах с экспериментальных кривых титрования.

Расчет распределения равновесных форм кислот и оснований с использованием программы Distribu. Экспорт и модифицирование полученных графических зависимостей в MS Word.

Модуль 3. Статистическая и графическая обработка экспериментальных данных Использование программы Microcal Origin для статистической и графической обработки экспериментальных данных. Создание электронной таблицы. Пересчет переменных, ввод формул пересчета, сортировка данных. Расчет статистических параметров для ряда значений переменной. Построение графиков и диаграмм различных типов. Экспорт и импорт файлов формата origin в другие форматы.

Модуль 4. Создание структурных формул Использование программы ISIS Draw для создания структурных формул. Использование программы Chem Draw для создания структурных формул. Создание структурной формулы по названию, названия по структурной формуле. Расчет спектра протонного магнитного резонанса.

Модуль 5. Создание компьютерных моделей молекул Использование программы Chem 3D для создания моделей молекул.

Построение моделей путем импорта структурных формул, созданных в Chem Draw. Построение моделей непосредственно в Chem 3D. Создание моделей различного типа (шаростержневых, с визуализацией электронных орбиталей и др.). Перевод моделей в структурные формулы (экспорт в Chem Draw). Использование программы Hyper Chem для создания моделей молекул. Создание моделей различного типа (шаростержневых, с визуализацией электронных орбиталей и др.). Визуализация молекулярных колебаний методом молекулярной динамики Модуль 6. Расчет конформации молекул и термодинамических параметров веществ Получение моделей молекул в оптимальной конформации с помощью программах Chem 3D и Hyper Chem. Использование полуэмпирических квантовомеханических методов MM2 и MOPAC для расчета и визуализации оптимальной конформации молекул. Расчет длины связей и размеров молекул. Расчет теоретических значений термодинамических констант для моделированных молекул.

Наименование разделов и тем Всего Аудиторные занятия СРС Экз химия в интернете моделирование химических равновесий в растворах графическая обработка экспериментальных данных структурных формул компьютерных моделей молекул конформации молекул и термодинамических параметров веществ Интерактивные формы обучения по дисциплине предусматривают:

Участие студентов в выполнении практических работ.

Обсуждение возникающих проблем и способ решения практических заданий.

Защита практических работ в виде компьютерного эксперимента.

Методические указания к выполнению практических работ Расчет химических равновесий в растворах. Анализ потенциометрического эксперимента в программе New DALSFEK Программа New DALSFEK предназначена для решения обратных задач равновесия по данным потенциометрических измерений.

Оригинальный алгоритм поиска глобального минимума основан на анализе матрицы вторых производных минимизируемой функции.

Программа запускается на выполнение набором в командной строке [имя программы (r.exe)] [имя файла данных] [имя файла результатов].

Второй и третий параметр не обязателен (при необходимости программа запросит их из командной строки).

> r file1.dat file2.dat Для успешной загрузки данных в программу необходимо правильно составить файл входных данных. Программа использует метод компонентных матриц (канонический вид записи равновесий или метод Бринкли), хорошо известный из литературы. Численные данные отделяются как минимум одним пробелом.

Формат файла данных 1 строка: буквенно-цифровая стока - заголовок системы (не более символов, оканчивающихся возвратом каретки). Если первый символ T(t), то используется режим титрования.

2 строка : lo nс ns nv