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1991-10-06
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7KB
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149 lines
*** Hilfe für das HMO - Programm "HUECKEL.TOS" (24.04.91, UwS) ***
Allgemeines:
Dieses Programm berechnet die Energieeigenwerte und MO - Vektoren von
Pi - Systemen nach der Hückel - Näherung. Das übliche Vorgehen ist:
Eingabe der Verbindungsmatrix -> evtl. Eingabe von Heteroatomen
-> Rechnen -> Eingabe der Besetzungszahlen -> Ausgabe der Ergebnisse.
Grundlage dafür ist eine Diagonalisierung der Hückel-Matrix nach
dem Householder-Verfahren.
1. Neues Molekül
Hier wird einfach die Anzahl der Atome eingegeben. Es sind maximal 60
Atome vorgesehen. Dabei wird die alte topologische Matrix und die
Informationen über Heteroatome rigoros gelöscht. Ist die neue Atomzahl
größer als die alte, wird gefragt, ob man die alte topologische Matrix
übernehmen möchte (z.B. Benzol --> Anilin).
Nach Beendigung wird automatisch Menuepunkt 2 aufgerufen.
2. Topologische Matrix editieren
Hier gibt man neue Bindungen ein oder löscht alte. Aus praktischen Er-
wägungen genügen hier die Tasten des Ziffernblocks. Ist eine neu ein-
zugebene Bindung schon vorhanden oder eine zu löschende noch nicht
eingegeben, so ertönt nur ein Hinweiston.
Zweckmäßigerweise gibt man hier nur Bindungen ein, die Atome über
das Pi-System verbinden. Es ist hilfreich, sich das Pi-Gerüst vor
Eingabe des Moleküls auf ein Blatt Papier aufzuzeichnen und die Atome
mit Nummern zu versehen.
Mit 'r' oder '0' definiert man ein Ringsystem, z. B. Benzol zwischen
At. 1 und At. 6, und Naphthalin zwischen 1 und 6 sowie zwischen 5
und 10. Durch nachträgliches Löschen einer Bindung gelangt man
sehr schnell zur Definition langen Ketten (z.B. Eicosadecaen mit
0 1 20 - 1 20).
3. Heteroatom-Definitionen
Dieser Menüpunkt erlaubt die Eingabe von Heteroatomen. Momentan sind nur
N und O als 1-pi- und 2-pi-Donoren vorgesehen. Typische Beispiele sind:
- Pyridin mit N als 1-pi-Donor
- Anilin, Pyrrol und Indol mit N als 2-pi-Donor
- Benzophenon und Acrolein mit O als 1-pi-Donor
- Furan, Anisol und Divinylether mit O als 2-pi-Donor
Es ist nicht vorgesehen, daß zwei Hetero-Atome direkt über das pi-Gerüst
miteinander verbunden sind. In einem solchen Fall ertönt bei der Eingabe
eine Warnmeldung. Heteroatom-Definitionen können rückgängig gemacht
werden, indem man sie als C-Atom deklariert.
Die Statistik zeigt die gesetzten Heteroatome sowie deren Korrekturwerte
für das Coulomb-Integral (alpha -> alpha + delta alpha) und das Reso-
nanz-Integral (beta -> beta * f). Die voreingestellten Werte stammen aus
Heilbronner/Bock: "Das HMO-Verfahren".
4. Rechnen
Jetzt bekommt der Computer eine kleine Rechenaufgabe.
Er macht sich sogleich an die Arbeit und berechnet die
Eigenwerte und Eigenvektoren nach dem Householder-Verfahren.
Dabei werden die topologische Matrix und die Heteroatomdaten
natürlich nicht gelöscht.
Die Diagonalisierung ist ein n^3-Schritt und kann ein paar Sekunden
dauern.
5. Orbitalbesetzungen
Die Besetzung der MOs kann entweder automatisch über das Aufbau-Prinzip
erfolgen oder manuell eingegeben werden.
Im ersten Fall fragt das Programm nach der Gesamtladung des Moleküls
und berechnet daraus die Gesamtelektronen und aus den Orbitalenergien
die Besetztung der einzelnen MOs.
Bei der zweiten Wahl kann man die Eingabe durch eine negative Besetzungs-
zahl beenden.
Danach werden Dichtematrix (Bindungsordnungen) und freie Valenzen
errechnet. Dies ist auch ein n^3 Schritt.
6. Bildschirm-Ausgabe
Der Computer gibt in der Reihenfolge steigender Energie die Eigenwerte
sowie die Besetzung der MOs und die MO-Vektoren auf dem Monitor aus.
Danach gibt er Gesamtenergie und Resonanzstabilisierung im Vergleich
zu Ethen an, sofern keine Hetero-Atome im Molekül enthalten sind.
Die Bindungsordnungen beziehen sich natürlich nur auf den
Pi-Anteil; ein Wert von 1.00 entspricht einer ganzen Bindung,
wie sie im Ethen besteht. Die Werte in der Hauptdiagonalen dieser
Dreiecksmatrix geben an, wieviel das Atom der entsprechenden
Spalte (= Zeile) am Kuchen der Pi - Elektronen partizipiert.
Ein Wert von 1.00 entspricht einem neutralen C-Atom, wogegen
0.67 einer pos. Partialladung von 1/3 eines Elektrons entspricht.
Der Einfachheit halber werden die Partialladungen, die durch die
pi-MOs entstehen, auch noch ausgedruckt. Des weiteren erhält man die
Angabe der freien Valenzen der entsprechenden Atome.
7. Drucker- und File-Ausgabe
Die Ergebnisse werden auf einen Drucker ausgegeben oder in ASCII-Format
in ein File geschrieben.
Dabei kann noch eine Titelzeile eingegeben werden, und wahlweise kann
man auch die topolog. Matrix sowie die Heteroatom-Statistik ausgeben
lassen. Ansonsten s. 6. !
Bei der Datei-Ausgabe wird eine existierende Datei gleichen Namens nicht
überschrieben, sondern die neuen Ergebnisse werden angehängt, sodaß man
sich eine ganze Sammlung von Molekülen anlegen kann.
8. Zeichnen eines MO-Diagramms
Nach dem Zeichnen befindet man sich in einem einfachen Menue, in dem
man die Grafik unter einem einzugebenden Namen abspeichern kann oder
eine Hardcopy der Grafik auf den Drucker geben kann.
9. Hilfe
So wurde dieser Text auf den Bildschirm gezaubert.
Die (unsichtbaren) Tastenbelegungen sind hierbei:
- <SPACE> eine Bildschirseite weiter
- b eine Bildschirmseite zurück
- q Verlassen des Hilfsbildschirms
- sonst eine Zeile weiter
i. Einlesen vom Control-File
Die Dateien müssen sich im Ordner .\input befinden und auf .CTL
enden. Deshalb wird nur der maximal 8 Zeichen lange Hauptteil des
Namens gefragt. Gibt man hier den Leerstring ein, zo verlässt man
diesen Menuepunkt.
Beim Einlesen wird ausgegeben, welche Datengruppen gefunden worden
sind.
o. Ausgabe der Daten auf Control-File
Es gilt das gleiche wie unter dem letzten Punkt beschrieben.
Natürlich werden nur die Daten soweit vorhanden geschrieben.
0. Ende
Anregungen:
- Bestätige, daß zykl. 4n + 2 Elektronensysteme große Stabilisierungs-
energien haben (Hückel-Aromaten)!
- Warum reagiert Naphthalin in alpha-Stellung schneller als in beta?
Versuche, den ÜZ durch eine Zwischenverbindung nachzubauen!
- Verfolge den HOMO-LUMO - Abstand bei offenkettigen, konjugierten
Polyenen von C2 bis C20!
- An welchen Stellen reagieren Anthracen und Phenanthren gerne? Beachte
bei Phenanthren die Bindungsordnungen und freien Valenzen!
- Ist Azulen ein Dipol?
--- Fertig ---