컴퓨터 분자 모델링을 통한 탄화수소의 구조 분석

소개글

i) 컴퓨터 분자 모델링을 이용하여 분자 구조를 분석해 보고 분자 모델링 프로그램의 하나인 ChemDraw의 사용법을 익힌다.
ii) 계산화학이란 무엇이며 어떠한 과정을 거쳐 진행되는지에 대해 이해하는 것을 목표로 하며, 가장 간단한 과제들에 대한 실습을 통해 달성하고자 한다.

목차

1. 실험목적

2. 이론적배경
2.1. 바탕 함수 집합 (basis set)
2.2. 자체일관성 장 궤도함수 근사법 (SCF)
2.3. 뉴먼 투영도 (Newman projection)
2.4. 이성질체 (Isomer)

3. 기구 및 시약

4. 실험과정
4.1. Alkane, Alkene, Alkyne
4.2. 2-butene의 trans와 cis 형태의 비교
4.3. Conformation of ethane and butane

5. 실험결과

6. 관찰 및 토의

7. 결론 및 제언

본문내용

I. 실험 개요 Abstract
1. 실험목적
i) 컴퓨터 분자 모델링을 이용하여 분자 구조를 분석해 보고 분자 모델링 프로그램의 하나인 ChemDraw의 사용법을 익힌다.
ii) 계산화학이란 무엇이며 어떠한 과정을 거쳐 진행되는지에 대해 이해하는 것을 목표로 하며, 가장 간단한 과제들에 대한 실습을 통해 달성하고자 한다.

2. 이론적 배경
1) 분자 구조의 최적화
i) 바탕 함수 집합 (Basis set)
계산화학과 이론화학에서는 전자의 파동함수에 관한 연구를 진행하는데, 필연적으로 슈뢰딩거 방정식을 풀어 E(r)을 계산하는 과정을 반복하는 과정을 거친다. 하지만 실제로는 슈뢰딩거 방정식은 미분 방정식이지만 이를 수치적으로 보다 간편하게 풀기 위해 이를 행렬로 변환하여 값을 계산한다. 이러한 변환을 위해 파동함수를 다른 함수들의 선형 조합으로 표현하는데, 이때 이 함수들을 바탕 함수(basis function), 이 함수들의 집합을 바탕 함수 집합 (Basis set)이라고 한다. 대부분의 바탕 함수는 원자 궤도 함수와 유사하며, 이번 실험에서 사용하는 basis set은 6-31G** 라고 불리는데, 이는 basis set을 나타내는 이러한 기호들은 어떤 모양의 함수를 몇 개 사용하는가를 나타낸다.
ii) 자체일관성 장 궤도함수 근사법 (SCF)
Hartree에 개발된 자체일고나성 장 궤도함수 근사법은 화학에서 여러 응용에 아주 적합하다. Hartree 방법에서는 각 전자가 핵에 의해서는 인력을 받고, 다른 모든 전자들에 의해서는 쿨롱 퍼텐셜에 의해 반발력을 받는 정확한 슈뢰딩거 방정식에서 시작한다. 다만 간단한 가정을 통해, 하나의 전자의 파동함수를 기술할 때, 다른 전자에 의한 영향은 간단히 평균적으로 핵전하를 가려 원자핵의 전하보다 감소된 유효 핵전하를 이용하여 간단하게 기술한다. 하나의 전자에 대한 계산이 끝나면 다른 전자에 대해서도 동일하게 진행하며 실제 해에 가까운 값을 얻을 수 있기 때문에 자체일관성 장 궤도함수 근사법이라 불린다.

참고 자료

“표준 일반화학실험 제 7판”, 천문각, 대한화학회 저
”스미스 유기화학 제 4판“ p137~144