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Text File  |  1991-10-06  |  6.7 KB  |  149 lines
  1.     *** Hilfe für das HMO - Programm "HUECKEL.TOS" (24.04.91, UwS) ***
  2.  
  3. Allgemeines:
  4.     Dieses Programm berechnet die Energieeigenwerte und MO - Vektoren von
  5.     Pi - Systemen nach der Hückel - Näherung. Das übliche Vorgehen ist:
  6.     Eingabe der Verbindungsmatrix -> evtl. Eingabe von Heteroatomen
  7.     -> Rechnen -> Eingabe der Besetzungszahlen -> Ausgabe der Ergebnisse.
  8.     Grundlage dafür ist eine Diagonalisierung der Hückel-Matrix nach
  9.     dem Householder-Verfahren.
  10.  
  11.  
  12. 1.  Neues Molekül
  13.     Hier wird einfach die Anzahl der Atome eingegeben. Es sind maximal 60
  14.     Atome vorgesehen. Dabei wird die alte topologische Matrix und die 
  15.     Informationen über Heteroatome rigoros gelöscht. Ist die neue Atomzahl
  16.     größer als die alte, wird gefragt, ob man die alte topologische Matrix
  17.     übernehmen möchte (z.B. Benzol --> Anilin).
  18.     Nach Beendigung wird automatisch Menuepunkt 2 aufgerufen.
  19.  
  20.  
  21. 2.  Topologische Matrix editieren
  22.     Hier gibt man neue Bindungen ein oder löscht alte. Aus praktischen Er-
  23.     wägungen genügen hier die Tasten des Ziffernblocks. Ist eine neu ein-
  24.     zugebene Bindung schon vorhanden oder eine zu löschende noch nicht
  25.     eingegeben, so ertönt nur ein Hinweiston.
  26.     Zweckmäßigerweise gibt man hier nur Bindungen ein, die Atome über
  27.     das Pi-System verbinden. Es ist hilfreich, sich das Pi-Gerüst vor
  28.     Eingabe des Moleküls auf ein Blatt Papier aufzuzeichnen und die Atome
  29.     mit Nummern zu versehen.
  30.     Mit 'r' oder '0' definiert man ein Ringsystem, z. B. Benzol zwischen
  31.     At. 1 und At. 6, und Naphthalin zwischen 1 und 6 sowie zwischen 5
  32.     und 10. Durch nachträgliches Löschen einer Bindung gelangt man
  33.     sehr schnell zur Definition langen Ketten (z.B. Eicosadecaen mit
  34.     0 1 20 - 1 20).
  35.  
  36.     
  37. 3.  Heteroatom-Definitionen
  38.     Dieser Menüpunkt erlaubt die Eingabe von Heteroatomen. Momentan sind nur
  39.     N und O als 1-pi- und 2-pi-Donoren vorgesehen. Typische Beispiele sind:
  40.     - Pyridin mit N als 1-pi-Donor
  41.     - Anilin, Pyrrol und Indol mit N als 2-pi-Donor
  42.     - Benzophenon und Acrolein mit O als 1-pi-Donor
  43.     - Furan, Anisol und Divinylether mit O als 2-pi-Donor
  44.     Es ist nicht vorgesehen, daß zwei Hetero-Atome direkt über das pi-Gerüst
  45.     miteinander verbunden sind. In einem solchen Fall ertönt bei der Eingabe
  46.     eine Warnmeldung. Heteroatom-Definitionen können rückgängig gemacht 
  47.     werden, indem man sie als C-Atom deklariert.
  48.     Die Statistik zeigt die gesetzten Heteroatome sowie deren Korrekturwerte
  49.     für das Coulomb-Integral (alpha -> alpha + delta alpha) und das Reso-
  50.     nanz-Integral (beta -> beta * f). Die voreingestellten Werte stammen aus
  51.     Heilbronner/Bock: "Das HMO-Verfahren".
  52.     
  53.  
  54. 4.  Rechnen
  55.     Jetzt bekommt der Computer eine kleine Rechenaufgabe.
  56.     Er macht sich sogleich an die Arbeit und berechnet die 
  57.     Eigenwerte und Eigenvektoren nach dem Householder-Verfahren.
  58.     Dabei werden die topologische Matrix und die Heteroatomdaten 
  59.     natürlich nicht gelöscht.
  60.     Die Diagonalisierung ist ein n^3-Schritt und kann ein paar Sekunden
  61.     dauern.
  62.     
  63.     
  64. 5.  Orbitalbesetzungen
  65.     Die Besetzung der MOs kann entweder automatisch über das Aufbau-Prinzip
  66.     erfolgen oder manuell eingegeben werden.
  67.     Im ersten Fall fragt das Programm nach der Gesamtladung des Moleküls
  68.     und berechnet daraus die Gesamtelektronen und aus den Orbitalenergien
  69.     die Besetztung der einzelnen MOs.
  70.     Bei der zweiten Wahl kann man die Eingabe durch eine negative Besetzungs-
  71.     zahl beenden.
  72.     Danach werden Dichtematrix (Bindungsordnungen) und freie Valenzen
  73.     errechnet. Dies ist auch ein n^3 Schritt.
  74.  
  75.  
  76. 6.  Bildschirm-Ausgabe
  77.     Der Computer gibt in der Reihenfolge steigender Energie die Eigenwerte
  78.     sowie die Besetzung der MOs und die MO-Vektoren auf dem Monitor aus.
  79.     Danach gibt er Gesamtenergie und Resonanzstabilisierung im Vergleich 
  80.     zu Ethen an, sofern keine Hetero-Atome im Molekül enthalten sind.
  81.     Die Bindungsordnungen beziehen sich natürlich nur auf den 
  82.     Pi-Anteil; ein Wert von 1.00 entspricht einer ganzen Bindung, 
  83.     wie sie im Ethen besteht. Die Werte in der Hauptdiagonalen dieser
  84.     Dreiecksmatrix geben an, wieviel das Atom der entsprechenden
  85.     Spalte (= Zeile) am Kuchen der Pi - Elektronen partizipiert.
  86.     Ein Wert von 1.00 entspricht einem neutralen C-Atom, wogegen
  87.     0.67 einer pos. Partialladung von 1/3 eines Elektrons entspricht.
  88.     Der Einfachheit halber werden die Partialladungen, die durch die
  89.     pi-MOs entstehen, auch noch ausgedruckt. Des weiteren erhält man die
  90.     Angabe der freien Valenzen der entsprechenden Atome.
  91.  
  92.  
  93. 7.  Drucker- und File-Ausgabe
  94.     Die Ergebnisse werden auf einen Drucker ausgegeben oder in ASCII-Format
  95.     in ein File geschrieben. 
  96.     Dabei kann noch eine Titelzeile eingegeben werden, und wahlweise kann 
  97.     man auch die topolog. Matrix sowie die Heteroatom-Statistik ausgeben 
  98.     lassen. Ansonsten s. 6. !
  99.     Bei der Datei-Ausgabe wird eine existierende Datei gleichen Namens nicht
  100.     überschrieben, sondern die neuen Ergebnisse werden angehängt, sodaß man
  101.     sich eine ganze Sammlung von Molekülen anlegen kann.
  102.     
  103.  
  104. 8.  Zeichnen eines MO-Diagramms
  105.     Nach dem Zeichnen befindet man sich in einem einfachen Menue, in dem
  106.     man die Grafik unter einem einzugebenden Namen abspeichern kann oder 
  107.     eine Hardcopy der Grafik auf den Drucker geben kann.
  108.  
  109.  
  110. 9.  Hilfe
  111.     So wurde dieser Text auf den Bildschirm gezaubert.
  112.     Die (unsichtbaren) Tastenbelegungen sind hierbei:
  113.     - <SPACE> eine Bildschirseite weiter
  114.     - b       eine Bildschirmseite zurück
  115.     - q       Verlassen des Hilfsbildschirms
  116.     - sonst   eine Zeile weiter
  117.     
  118.  
  119. i.  Einlesen vom Control-File
  120.     Die Dateien müssen sich im Ordner .\input befinden und auf .CTL
  121.     enden. Deshalb wird nur der maximal 8 Zeichen lange Hauptteil des
  122.     Namens gefragt. Gibt man hier den Leerstring ein, zo verlässt man
  123.     diesen Menuepunkt.
  124.     Beim Einlesen wird ausgegeben, welche Datengruppen gefunden worden
  125.     sind.
  126.     
  127.     
  128. o.  Ausgabe der Daten auf Control-File
  129.     Es gilt das gleiche wie unter dem letzten Punkt beschrieben.
  130.     Natürlich werden nur die Daten soweit vorhanden geschrieben.
  131.     
  132.     
  133. 0.  Ende
  134.  
  135.  
  136. Anregungen:
  137.     - Bestätige, daß zykl. 4n + 2 Elektronensysteme große Stabilisierungs-
  138.       energien haben (Hückel-Aromaten)!
  139.     - Warum reagiert Naphthalin in alpha-Stellung schneller als in beta?
  140.       Versuche, den ÜZ durch eine Zwischenverbindung nachzubauen!
  141.     - Verfolge den HOMO-LUMO - Abstand bei offenkettigen, konjugierten
  142.       Polyenen von C2 bis C20!
  143.     - An welchen Stellen reagieren Anthracen und Phenanthren gerne? Beachte
  144.       bei Phenanthren die Bindungsordnungen und freien Valenzen!
  145.     - Ist Azulen ein Dipol?
  146.  
  147.  
  148. --- Fertig ---
  149.