양자 계산 결과

참고 : [BRIC Bio통신원] [컴퓨터를 이용한 신약 개발] 양자 계산 결과 ( https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=304844 )

1.Quantum mechanics (QM) vs Molecular mechanics (MM)

몇 회 전에 소개했던 force field(FF)에 기반한 분자 동역학 (molecular mechanics, MM)과 양자역학(Quantum mechanics, QM)의 큰 차이점은 분자를 보는 관점이다.

1) MM
- 분자는 원자간의 화학결합을 통한 구조체(chemical structure)로 이루어져 있다.
- 분자를 구성하는 원자 간 상호작용을 계산한다.

2) QM
- 분자는 전자와 양성자로 구성되어 있다.
- 원자들 사이의 화학 결합이라는 개념도 존재하지 않는다.
- 분자 내 각 원자를 구성하는 전자와 양성자들 사이의 상호작용을 계산하는 관계로 MM보다 훨씬 더 많은 계산량을 필요로 한다.

그림1. MM에서의 분자 vs QM에서의 분자

 

2.계산 키워드

양자 계산에서는 주어진 계산 키워드에 따라 다른 값을 출력하게 된다.
따라서 원하는 계산을 수행하기 위해서는 적절한 키워드를 사용해야 한다.
사용할 수 있는 키워드 종류는 많기 때문에 각 양자 계산 프로그램에서 키워드에 대한 설명을 상세하게 제공 해주고 있다. 이를 참조해서 원하는 계산을 수행한다.

그림2. MOPAC input 계산 키워드 예시

사용된 키워드에 따라 양자 계산 후 출력 정보가 달라진다.
예를 들어, GRAPHF 키워드가 있는 경우에만 확장자를 mgf로 하는 파일이 출력되며, 이 파일을 Jmol에서 읽어들이면 분자 오비탈 구조를 출력해볼 수 있다. 키워드가 특이하게 주어지지 않는 경우에는 mgf파일이 출력되지 않는다.

 

3.계산 결과값

계산 결과는 텍스트 파일로 출력이 된다. MOPAC에서는 기본적으로 2개의 output 파일을 주는데 다음과 같다.
1) arc파일 : 양자계산을 통해 계산된 여러가지 성질들을 요약하여 표시
- HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital), LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 에너지 값만 출력된다.

그림3. Arc 파일 예시

2) out파일 : 계산 결과에 대한 보다 상세한 정보 제공
- 다른 분자 오비탈(Molecular Orbital, MO) 들에 대한 에너지 값들도 확인해 볼 수 있는데, EIGENVALUES 항목에서 MO에너지 값들 전체를 보여준다.

그림4. MOPAC output (.out 파일)

 

그림4에서 빨간 상자로 표시된 부분은 SUPER 키워드를 입력했기 때문에 출력되는 값으로 분자의 반응성을 보기 위해 많이 사용되는 descriptor 값이다.

 

참고자료

1.  http://openmopac.net/manual/allkeys.html
2.    https://www.msg.chem.iastate.edu/GAMESS/GAMESS_Manual/input.pdf 
3.    http://openmopac.net/manual/super.html

출처: [BRIC Bio통신원] [컴퓨터를 이용한 신약 개발] 양자 계산 결과 ( https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=304844 )