Cálculo computacional com os softwares ORCA e Avogadro: Simulação de espectro de FTIR

Apresentamos a instalação e alguns princípios da utilização de um software para a realização de cálculos computacionais. O software ORCA além de gratuito é bastante versátil e de fácil aprendizagem. Além disso apresentamos o uso do software Avogadro na versão aprimorada para uso com o ORCA. Utilizamos a versão 4.2.1 para Windows 64 Bit.

0:00 Introdução e instalação dos softwares
8:36 Desenhando e pré-otimizando uma molécula no software Avogadro
12:13 Geração de arquivo input para o ORCA no software Avogadro
17:50 Ajuste de arquivo input e realização do cálculo
19:42 Obtenção de resultados e interpretação
25:10 Fator de correção para cálculos de FTIR
26:36 Comparação entre o espectro obtido com o valor experimental
28:58 Conclusões

O exemplo utilizado foi a simulação do espectro vibracional do nitrobenzeno. Foi utilizado um cálculo baseado na Teoria do Funcional da Densidade (DFT), com conjunto de bases "def2-TZVPP", e o funcional híbrido "B3LYP".

Vale lembrar que o software ORCA também é capaz de realizar cálculos semi-empíricos pelos métodos AM1 e PM3 para moléculas no estado fundamental ou MNDO e ZINDO para o cálculo de estados excitados.

Para comparação e curiosidade sobre o tempo de cálculo, a configuração específica do computador utilizado foram:

Notebook Samsung Expert X40, com o sistema operacional Windows 10 Home Single Language, modelo NP350XAA-XD2BR (Fabricação em 2018), 8GB de memória RAM, HD 1 TB, placa de vídeo GeForce MX110. O processador é um Intel Core i5 8250U de 8ª geração (Quad Core), com 6 MB de memória cache. ***


Referências bibiliográficas:

Neese, F.; The ORCA program system. Wiley Interdisciplinary Reviews: Computational Molecular Science, v.2(1), 73-38, 2012. (Publicação original do software ORCA)

Neese, F.; Software update: the ORCA program system, version 4.0. Wiley Interdisciplinary Reviews:
Computational Molecular Science, v.8(1), e1327, 2017. (Publicação da versão 4.0)

Zheng, J.; Xu, X.; Truhlar, D.G.; Minimally augmented Karlsruhe basis sets. Theor. Chem. Acc. v.128, 295–305, 2011. https://doi.org/10.1007/s00214-010-08... (Publicação do conjunto de bases "def2")

Microsoft Message Passing Interface (MPI) - https://www.microsoft.com/en-us/downl... (No vídeo instalamos a versão v10.1.2, mas possivelmente essas versões deverão ser atualizadas com o tempo).

Fórum do Orca - https://orcaforum.kofo.mpg.de/ (Fórum contendo os arquivos de instalação dos programa na seção downloads, além de discussões interessantes).

Computational Chemistry Comparison and Benchmark DataBase - https://cccbdb.nist.gov/vibscale.asp (Pertence ao National Institute of Standards and Technology (NIST), e foi utilizado para se obter o fator de correção "scaling factor" em função do método/base/funcional utilizado).

Spectral Database for Organic Compounds, SDBS - https://sdbs.db.aist.go.jp/sdbs/cgi-b... (Esse banco de dados japonês é gratuito, e apresenta dados de MS, RMN, FTIR, CHNS, ESR, Raman. Nesse vídeo ele foi utilizado para a obtenção do espectro de transmitância na região do infravermelho (FTIR) do nitrobenzeno).

Arquivos Interessantes:

Arquivo de texto "input", com extensão ".inp", utilizado para o cálculo - https://drive.google.com/file/d/1uMs5...

Arquivo de texto "output", com extensão ".out", obtido como resultado do cálculo - https://drive.google.com/file/d/1nvWN...

Manual do Orca 4.2.0 - https://drive.google.com/file/d/19VCb... (É importante lembrar que versões atualizadas desse manual estão disponíveis no Fórum do Orca).