UNIVERSITI MALAYA UNIVERSITY OF MALAYA PEPERIKSAAN IJAZAH SARJANA MUDA SAINS EXAMINATION FOR THE DEGREE OF BACHELOR OF SCIENCE PEPERIKSAAN IJAZAH SARJANA MUDA SAINS DENGAN PENDIDIKAN EXAMINATION FOR THE DEGREE OF BACHELOR OF SCIENCE WITH EDUCATION SESI AKADEMIK 2013/2014 : SEMESTER 1 ACADEMIC SESSION 2013/2014 : SEMESTER 1 : KIMIA PENGKOMPUTAN I COMPUTATIONAL CHEMISTRY I Disember 2013/Januari 2014 December 2013/January 2014 MASA : 2 jam TIME : 2 hours ARAHAN KEPADA CALON : INSTRUCTIONS TO CANDIDATES : Kertas soalan ini mengandungi Bahagian A dan B. This paper consists of Sections A and B. Jawab soalan mengikut arahan yang diberikan dalam setiap bahagian. Questions should be answered according to the instructions given in each section. (Kertas soalan ini mengandungi 6 soalan dalam 6 halaman yang dicetak) (This question paper consists of 6 questions on 6 printed pages)
Jawab SEMUA soalan dalam bahagian ini. Answer ALL questions in this section. BAHAGIAN A (50 MARKAH) SECTION A (50 MARKS) 1. Dua teknik pemodelan tahap atom yang sering digunakan untuk pemodelan cecair adalah Monte Carlo dan dinamik molekul. Bandingkan kedua-dua teknik ini dalam penyampelan konformasi. The two most widely used methods for atomic-level modeling of fluids are the Monte Carlo and molecular dynamics methods. Compare between Monte Carlo and Molecular Dynamics for conformational sampling. (10 markah/marks) 2. Mengapakah simulasi kerap dimulakan menggunakan struktur 3D yang ditentukan secara eksperimen? Berikan dua teknik eksperimen yang membolehkan struktur 3D diperolehi. Apakah tahap teori komputasi yang digunakan untuk mengoptimumkan struktur molekul yang besar seperti protein dan struktur molekul yang kecil seperti molekul dadah? Why do we usually start the simulations from the experimental determined 3D structure? Give two experimental techniques that we can obtain the 3D structure. What are the levels of computational calculation to optimize the structure of the large molecules e.g. protein and small molecule e.g. drug? (5 markah/marks) 3. Banyak tindakbalas menarik berlaku di dalam fasa cecair. Jelaskan dua teknik pemodelan untuk pelarut di dalam simulasi protein. Many interesting reactions take place in the liquid phase. Explain two different methods in modeling of the solvents for the protein simulation. (10 markah/marks) 2/6
4. Konsep pengawalan kinetik vs termodinamik bagi suatu tindakbalas adalah merupakan konsep yang cukup penting dalam kimia organik. Terdapat dua kemungkinan dalam hasil suatu tindakbalas, hasil kinetik dan hasil termodinamik. Dalam tindakbalas penambahan HBr kepada 1,3-butadiene (bawah), HBr ditambah kepada 1,3-butadiene untuk membentuk satu campuran yang terdiri dari 3-bromo-1-butene (penambahan 1,2) dan 1-bromo-2-butene (penambahan 1,4). Pada suhu 80 o C, 3-bromo-1-butene merupakan produk yang lebih banyak tetapi pada 40oC, 1-bromo-2-butene merupakan produk yang lebih banyak. The concept of kinetic vs. thermodynamic control of reactions is an important concept in organic chemistry. There are two possible reaction products of a reaction, a kinetic product and a thermodynamic product. From the addition reaction of HBr to 1,3-Butadiene (below), HBr adds to 1,3-butadiene to form a mixture of 3-bromo-1-butene (1,2-addition) and 1-bromo-2-butene (1,4-addition). At -80 o C, 3-bromo-1-butene is the major product, and at 40 o C 1-bromo-2- butene is the major product. Nota: Cas Mulliken yang dikira di dalam kationkarbo alylik C3 untuk struktur pertengahan adalah +0.29 manakala cas pada C1 adalah +0.12 Note: The calculated Milliken charge in the allylic carbocation intermediate of C3 is +0.29 whereas the charge on C1 is +0.12. 3/6
Jadual: Haba pembentukan yang dikira untuk beberapa sebatian (kcal/mol) Table: The calculated heat of Formation (kcal/mol) of compounds. Sebatian Compound Haba pembentukan yang dikira (kcal/mol) The calculated heat of Formation (kcal/mol) 3-bromo-1-butene 6.40 C3+ allylic carbocation (precursor to 3-bromo-1-butene) C1+ allylic carbocation (precursor to 1-bromo-2-butene) 40.40 45.30 trans-1-bromo-2-butene 0.89 cis-1-bromo-2-butene 1.95 Dari maklumat yang diberikan, From the information given, (a) lakarkan gambarajah tenaga keupayaan untuk tindakbalas yang disebutkan pada suhu rendah dan bandingkan perbezaan dalam tenaga aktivasi. sketch the possible potential energy diagram for these reactions at low temperature and compare the difference in activation energy. (b) (c) produk apakah yang merupakan produk yang lebih diutamakan secara kinetic? Jelaskan dengan merujuk kepada maklumat teori dan eksperimen. which product is the kinetically preferred product? Explain the result from the both experimental and theoretical information. produk apakah yang merupakan produk yang lebih diutamakan secara termodinamik? Jelaskan dengan merujuk kepada maklumat teori dan eksperimen. which product is the thermodynamically preferred product? Explain the result from both experimental and theoretical information. (25 markah/marks) 4/6
Answer ALL questions in this section. Jawab SEMUA soalan dalam bahagian ini. BAHAGIAN B (50 MARKAH) SECTION B (50 MARKS) 5. Diberikan dua matriks A dan B di mana; Given two matrices A and B where; A= and B= Pendaraban dua matriks ini diberi sebagai; Their multiplication is given by; AB = Dengan merepresentasikan matriks-matriks ini menggunakan struktur data LIST, tuliskan sebuah program python yang membolehkan pendaraban ini dijalankan. By representing the matrices using the LIST data structure, write a python program to carry out the multiplication. (25 markah/marks) 6. Jumlah tenaga keupayaan bagi sesebuah molekul dalam konteks mekanik molekul diberikan sebagai; The total potential energy of a molecule in a molecular mechanical treatment can be described as: 5/6
Jelaskan secara rinci, dengan bantuan gambarajah yang sesuai, setiap terma (terma (1) to (6)) bagi persamaan tenaga keupayaan yang diberikan di atas. Describe in detail, with the help of appropriate diagrams, each of the term (terms (1) to (6)) of the potential energy equation given above. (25 markah/marks) TAMAT END 6/6