Otimização de geometria com o MOPAC



        O MOPAC é um programa de química computacional pago, que fornece licença para acadêmicos, nele encontramos e utilizar diversos métodos semiempíricos como: AM1 (Austin Model 1) [1], PM3 (Paramétric Model 3) [2], PM6 (Parametric Model 6) [3] e RM1 (Recife Model 1) [4] entre outros.  
A versão mais recente é o MOPAC2012, e nele podemos entre muitas tarefas, realizar o cálculo da geometria de equilíbrio, que é dita a de menor energia [5].
Entrando no endereço: http://www.openmopac.net/, podemos fazer o download do programa, bem como solicitar uma licença para acadêmicos. Em posse do programa e da licença temos que seguir os seguintes passos:
             1º - Vá em, C:\Program Files e crie uma pasta chamada Mopac;
             2º - Na pasta Mopac cole o executável e a licença do progama;
             3º - Jogue a licença dentro do executável, após isso irá aparecer algumas perguntas, então confirme elas com “Yes” e tecle Enter;
             4º - Crie um atalho do executável para a área de trabalho.
                Pronto, você pode começar a utilizar o MOPAC2012. Na página openmopac.net, você encontra o manual com toda teoria envolvida e o modo de manejar o programa.
               
                Como um primeiro exemplo vamos realizar um cálculo bem simples, que é o da otimização de geometria para a água. Para isso, temos que construir um arquivo de entrada contendo as palavras chave (comandos) e a geometria da molécula, que pode ser em XYZ, matriz-Z ou coordenadas esféricas.
Neste exemplo iremos trazer a geometria em matriz-Z no padrão MOPAC (.zmt), construída no post: Construindo uma Matriz-Z padrão MOPAC, a diferença é que iremos agora por as palavras chaves que servem como comando para o MOPAC2012. Neste exemplo utilizaremos:

RM1: utiliza o método semiempírico Recife Model 1 na cálculo;
PRECISE: Precisão do cálculo aumenta em 100 vezes;
AUX: gera um arquivo que contem a geometria em cada passo;
GNORM=0.01: Gradiente de normalização igual a 0.01, o cálculo termina quando o gradiente for menor que 0.01.

O nosso arquivo (input) deve conter na primeira linha as palavras chaves, a segunda e a terceira devem ficar em branco ou se preferir pode por algum comentário como fizemos abaixo, nosso arquivo fica então:

Figura 1. Input em matriz-Z para o MOPAC.

Salve o arquivo com extensão .mop no TextPad ou bloco de notas, Ex: H2O.mop. Para dar inicio ao cálculo jogue o arquivo H2O.mop encima do atalho do MOPAC2012 que colocamos na área de trabalho.
Terminado o cálculo encontraremos na pasta onde foi salvo o arquivo H2O.mop e os arquivos:
H2O.arc: Possui algumas propriedades química, dimensão e a geometria otimizada;
H2O.aux: possui um arquivo que contem a geometria em cada passo;
H2O.out: possui todos os dados contidos no H2O.arc e mais outros dados como por exemplo o valor de gradiente em cada passo.

Abaixo encontramos o arquivo de saída (output) nomeado como H2O.arc.
  
Figura 2. Arquivo de saida (output) H2O.arc.

Como podemos ver o arquivo H2O.arc possui vários dados importantes, que foram obtidos em apenas 0,047 segundos de cálculo em um laptop com processador Intel Celeron Duo Core de 1.8 GHz.
Para uma molécula tão pequena poderíamos utilizar métodos mais precisos como o DFT [6], mais se nossa estrutura tivesse 500 átomos ou mais, o método semiempírico é o mais recomendado.




[1] M. J. S. Dewar.; Zoebish, E.G.; Healy, E.F.; J. J. P. Stewart., J. Am. Chem. Soc. 107 (1985) 3902.
[2] J. J. P. Stewart., J. Comp. Chem. 10 (1989) 209.
[3] J. J. P. Stewart., J. Mol. Model. 13 (2007) 1173.

[4] G. B. Rocha.; R. O. Freire.; A. M. Simas., Stewart, J.J.P. J Comp. Chem. 27 (2006) 1101.
[5] www.penmopac.net.
[6] E. K. U. Gross.; W. Kohn., Physical Review Letters. 55 (1985) 2850.