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Computational Chemistry with Electronic Structure Methods

"Computational Chemistry with Electronic Structure Methods"에 대한 내용입니다.
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최초등록일 2023.06.13 최종저작일 2023.04
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Computational Chemistry with Electronic Structure Methods
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    소개

    "Computational Chemistry with Electronic Structure Methods"에 대한 내용입니다.

    목차

    1. Abstract
    2. Introduction
    3. Experimental Section
    4. Results and Discussion
    5. Conclusions
    6. References

    본문내용

    1. Abstract
    In this experiment, with a program “GaussView”, quantum chemistry method will be understood. Three experiments will be conducted using the program. In first experiment, find the energy and dipole moment of 1,2-Dichloro-1,2-Difluoroethane stereoismoers. In the second experiment, the molecular orbital of ethylene and formaldehyde, especially HOMO and LUMO, will be calculated and visualized. In the last experiment, we will examine the optimized transition state of SN2 reaction in the reaction and determine the reaction path.

    2. Introduction
    Computational Chemistry is the field of studying chemical reactions as well as the structure of molecules by numerically modeling the molecules and atoms of chemical systems. Advances in computational chemistry help chemists understand detailed information about underlying chemical reactions and procedures that could not be seen due to experimental limitations and the installability of temporary molecular structures.

    참고자료

    · Physical methods in chemistry1 spring 2023, Department of Chemistry & nanoscience Ewha Womans University, p44-48
    · Erica Zeglio, Self-doped Conjugated Polyelectrolytes for Bioelectronics Applications, December 2016
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    • 1. 1,2-Dichloro-1,2-Difluoroethane 입체이성질체의 에너지 계산
      1,2-Dichloro-1,2-difluoroethane의 입체이성질체 에너지 계산은 계산화학의 중요한 응용 분야입니다. 이 분자는 중심 C-C 결합 주위의 회전으로 인해 여러 입체이성질체를 형성하며, 각 구조의 상대적 안정성을 이해하는 것은 분자의 물리화학적 성질을 예측하는 데 필수적입니다. DFT나 ab initio 방법을 사용한 에너지 계산을 통해 가장 안정한 배치(anti 또는 gauche)를 결정할 수 있으며, 이는 입체 장애와 전자적 효과의 상호작용을 반영합니다. 회전 에너지 장벽 계산은 분자의 동적 거동을 이해하는 데 도움이 되며, 실험적 분광학 데이터와의 비교를 통해 계산 방법의 정확성을 검증할 수 있습니다.
    • 2. 에틸렌과 포름알데히드의 분자궤도 계산 및 시각화
      에틸렌과 포름알데히드의 분자궤도 계산은 유기화학의 기본 개념을 이해하는 데 매우 유용합니다. 두 분자 모두 π 결합을 포함하고 있어 HOMO-LUMO 갭과 반응성을 분석하기에 이상적입니다. 분자궤도 시각화를 통해 π 전자의 공간적 분포, 결합 특성, 그리고 친전자성 또는 친핵성 부위를 명확히 파악할 수 있습니다. 특히 포름알데히드의 경우 카보닐 그룹의 극성과 반응성이 분자궤도 이론으로 잘 설명되며, 이는 유기반응 메커니즘 교육에 효과적입니다. 계산 결과의 시각화는 학생들의 이해도를 높이고 분자 구조와 반응성 간의 관계를 직관적으로 보여줍니다.
    • 3. SN2 반응의 전이상태 최적화 및 반응경로 결정
      SN2 반응의 전이상태 최적화는 계산화학에서 가장 도전적이면서도 의미 있는 작업 중 하나입니다. 전이상태는 반응 경로상에서 가장 높은 에너지를 가지는 구조이며, 이를 정확히 찾는 것은 반응 메커니즘과 활성화 에너지를 이해하는 데 필수적입니다. 반응경로 결정(IRC) 계산을 통해 전이상태가 실제로 반응물과 생성물을 연결하는지 확인할 수 있습니다. 용매 효과를 포함한 계산은 실제 화학 환경을 더 잘 반영하며, 다양한 핵친핵체와 이탈기의 조합에 대한 반응성 비교가 가능합니다. 이러한 계산은 유기합성 전략 수립과 반응 조건 최적화에 실질적인 도움을 제공합니다.
    • 4. 양자화학 방법과 계산화학의 원리
      양자화학 방법과 계산화학의 원리는 현대 화학의 기초를 이루는 중요한 분야입니다. Hartree-Fock, DFT, 그리고 post-Hartree-Fock 방법들은 각각 정확성과 계산 비용 사이의 서로 다른 균형을 제공하며, 연구 목표에 따라 적절한 방법을 선택해야 합니다. 기저 집합의 선택도 계산 결과의 정확성에 큰 영향을 미치므로 신중한 고려가 필요합니다. 계산화학은 실험을 보완하고 분자 수준에서의 메커니즘을 이해하는 강력한 도구이지만, 계산 결과의 한계와 근사를 항상 인식해야 합니다. 지속적인 방법론 개발과 컴퓨터 성능 향상으로 더욱 복잡한 시스템의 정확한 예측이 가능해지고 있습니다.
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      이 문서는 실험을 통해 다양한 화학 시스템의 분자 및 전자 구조를 이해하고 분석하는 방법을 잘 설명하고 있습니다.
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