МОДЕЛИ МОЛЕКУЛЯРНЫЕ • Большая российская энциклопедия

Авторы: Л. И. Беленький

МОДЕ́ЛИ МОЛЕКУЛЯ́РНЫЕ, на­гляд­ное изо­бра­же­ние мо­ле­кул ор­га­нич. и не­ор­га­нич. со­еди­не­ний, по­зво­ляю­щее су­дить о вза­им­ном рас­по­ло­же­нии ато­мов, вхо­дя­щих в мо­ле­ку­лу. М. м. ис­поль­зу­ют в тех слу­ча­ях, ко­гда по струк­тур­ной фор­му­ле труд­но или прак­ти­че­ски не­воз­мож­но пред­ста­вить про­стран­ст­вен­ное рас­по­ло­же­ние ато­мов, в ча­ст­но­сти при изу­че­нии про­стран­ст­вен­ной изо­ме­рии, в кон­фор­ма­ци­он­ном ана­ли­зе, для оцен­ки сте­ри­че­ских пре­пят­ст­вий.

Раз­ли­ча­ют два осн. ти­па М. м.: 1) ске­лет­ные, при­бли­жён­но от­ра­жаю­щие ори­ен­та­цию ва­лент­ных свя­зей, а ино­гда и ор­би­та­лей в про­стран­ст­ве, но не даю­щие пред­став­ле­ния об от­но­сит. раз­ме­рах ато­мов; 2) объ­ём­ные, ото­бра­жаю­щие ва­лент­ные уг­лы, ко­ва­лент­ные ра­диу­сы ато­мов и их эф­фек­тив­ные ра­диу­сы, близ­кие по зна­че­ни­ям к ван-дер-ва­аль­со­вым.

К пер­во­му ти­пу от­но­сят­ся из­вест­ные с сер. 19 в. мо­де­ли из ша­ри­ков, со­еди­нён­ных от­рез­ка­ми про­во­ло­ки (мо­де­ли Ке­ку­ле – Вант-Гоф­фа). Бо­лее со­вер­шен­ны мо­де­ли Дрей­дин­га (пред­ло­же­ны в 1959 швейц. хи­ми­ком А. Дрей­дин­гом), со­стоя­щие из сталь­ных стерж­ней и тру­бок, со­еди­нён­ных в точ­ке, изо­бра­жаю­щей яд­ро ато­ма, под уг­ла­ми, рав­ны­ми ва­лент­ным. Дли­ны тру­бок и стерж­ней про­пор­цио­наль­ны дли­нам свя­зей ме­ж­ду ато­ма­ми $\ce{H}$ и эле­мен­та (0,1 нм со­от­вет­ст­ву­ет 2,5 см). Сво­бод­ные кон­цы тру­бок и стерж­ней изо­бра­жа­ют яд­ра ато­мов Н, по­это­му ка­ж­дый фраг­мент в от­дель­но­сти яв­ля­ет­ся мо­де­лью мо­ле­ку­лы про­стей­ше­го во­до­род­но­го со­еди­не­ния к.-л. эле­мен­та ($\ce{CH_4, NH_3, H_2O, H_2S}$ и т. д.). Для сбор­ки мо­де­ли бо­лее слож­но­го со­еди­не­ния стер­жень од­но­го фраг­мен­та встав­ля­ют в труб­ку дру­го­го; бла­го­да­ря ог­ра­ни­чит. уст­рой­ст­ву рас­стоя­ние ме­ж­ду цен­тра­ми фраг­мен­тов про­пор­цио­наль­но со­от­вет­ст­вую­ще­му меж­атом­но­му рас­стоя­нию. Мо­де­ли Дрей­дин­га вер­но от­ра­жа­ют меж­атом­ные рас­стоя­ния и ва­лент­ные уг­лы в мо­ле­ку­лах. Они по­зво­ля­ют ими­ти­ро­вать внутр. вра­ще­ние, оце­ни­вать энер­ге­тич. вы­год­ность разл. кон­фор­ма­ций, из­ме­рять рас­стоя­ния ме­ж­ду не­по­сред­ст­вен­но не свя­зан­ны­ми ато­ма­ми. Мо­де­ли Дрей­дин­га осо­бен­но ши­ро­ко при­ме­ня­ют при изу­че­нии сте­рео­хи­мии по­ли­цик­лич. сис­тем ти­па сте­рои­дов.

Модели Стюарта – Бриглеба: а – метан; б – этилен; в – отдельный шаровой сегмент в разрезе.

Объ­ём­ные мо­де­ли, пра­виль­но пе­ре­даю­щие раз­ме­ры и фор­му мо­ле­кул, бы­ли раз­ра­бо­та­ны в 1934 нем. фи­зи­ком Г. Стю­ар­том и позд­нее усо­вер­шен­ст­во­ва­ны нем. фи­зи­ком и хи­ми­ком Г. Бриг­ле­бом (рис., а, б). Ка­ж­дый фраг­мент, изо­бра­жаю­щий атом оп­ре­де­лён­но­го эле­мен­та, в мо­де­лях Стю­ар­та пред­став­ля­ет со­бой ша­ро­вой сег­мент, при­чём ра­ди­ус ша­ра про­пор­цио­на­лен эф­фек­тив­но­му ра­диу­су ато­ма ($r_{\text{эфф}}$), а рас­стоя­ние от цен­тра ша­ра до плос­ко­сти сре­за – ко­ва­лент­но­му ра­диу­су ($r_{\text{ков}}$). В слу­чае мно­го­ва­лент­ных ато­мов де­ла­ют со­от­вет­ст­вую­щее чис­ло сре­зов, при­чём угол $α$ ме­ж­ду пер­пен­ди­ку­ля­ра­ми из цен­тра ша­ра на плос­ко­сти сре­за ра­вен ва­лент­но­му (рис., в). По пред­ло­же­нию Г. Бриг­ле­ба для ато­мов, со­еди­нён­ных крат­ны­ми свя­зя­ми, сег­мен­ты из­го­тов­ля­ют не из ша­ров, а из эл­лип­сои­дов, боль­шая по­лу­ось ко­то­рых со­от­вет­ст­ву­ет эф­фек­тив­но­му ра­диу­су, обу­слов­лен­но­му на­ли­чи­ем $π$-элек­трон­но­го, а ма­лая – $σ$-элек­трон­но­го об­ла­ка. Мо­де­ли из­го­тов­ля­ют обыч­но из пла­ст­мас­сы, ок­ра­шен­ной в цве­та, ус­та­нов­лен­ные для ка­ж­до­го хи­мич. эле­мен­та ($\ce{C}$ – чёр­ный, $\ce{H}$ – бе­лый, $\ce{O}$ – крас­ный, $\ce{N}$ – си­ний, $\ce{S}$ – жёл­тый и т. д.). При сбор­ке мо­делей сег­мен­ты со­еди­ня­ют ме­ж­ду со­бой по плос­ко­стям сре­зов, при­чём в слу­чае про­стых свя­зей сег­мен­ты мо­гут вра­щать­ся один от­но­си­тель­но дру­го­го. Мо­де­ли Стю­ар­та – Бриг­ле­ба вер­но пе­ре­да­ют ва­лент­ные уг­лы, меж­атом­ные рас­стоя­ния и эф­фек­тив­ные ра­диу­сы; они по­зво­ля­ют из­ме­рять рас­стоя­ния ме­ж­ду разл. ато­ма­ми и груп­па­ми (0,1 нм со­от­вет­ст­ву­ет 1,5 см). Эф­фек­тив­ные ра­диу­сы, при­нятые в мо­де­лях Стю­ар­та – Бриг­ле­ба, на 10–15% мень­ше ван-дер-ва­аль­со­вых ра­диу­сов, по­лу­чае­мых из кри­стал­ло­гра­фич. дан­ных. Это свя­за­но с тем, что мо­де­ли пред­на­зна­че­ны для рас­смот­ре­ния сте­ри­че­ских эф­фек­тов в мо­ле­ку­ле, на­хо­дя­щей­ся при обыч­ных ус­ло­ви­ях, а не при темп-ре аб­со­лют­но­го ну­ля.

В свя­зи с раз­ви­ти­ем ком­пь­ю­тер­ной тех­ни­ки об­ласть ис­поль­зо­ва­ния клас­си­че­ских М. м. за­мет­но су­зи­лась, по­сколь­ку во мно­гих слу­ча­ях они мо­гут быть с ус­пе­хом за­ме­не­ны вир­ту­аль­ны­ми мо­де­ля­ми, по­стро­ен­ны­ми на ос­но­ва­нии экс­пе­рим. струк­тур­ных дан­ных и ре­зуль­та­тов кван­то­во­хи­мич. рас­чё­тов, вы­пол­нен­ных дос­туп­ны­ми для пер­со­наль­ных ком­пь­ю­те­ров по­лу­эм­пи­рич. ме­то­да­ми (см. Ком­пь­ю­тер­ное мо­де­ли­ро­ва­ние в хи­мии). Су­ще­ст­вую­щие про­грам­мы по­зво­ля­ют ви­деть на эк­ра­не и фик­си­ро­вать на бу­ма­ге как ске­лет­ные, так и объ­ём­ные М.  м. под раз­ны­ми уг­ла­ми и с раз­ных сто­рон, как бы по­во­ра­чи­вая мо­ле­ку­лу; при­чём име­ет­ся воз­мож­ность по­лу­че­ния не­об­хо­ди­мых дан­ных о меж­атом­ных рас­стоя­ни­ях, ва­лент­ных и ди­эд­ри­че­ских (дву­гран­ных) уг­лах. Вир­ту­аль­ные мо­де­ли мо­гут быть ис­поль­зо­ва­ны не толь­ко в про­цес­се хи­мич. ис­сле­до­ва­ний, но и для де­мон­ст­ра­ции в сред­ней и выс­шей шко­ле (при на­ли­чии не­об­хо­ди­мо­го обо­ру­до­ва­ния).

Модели молекул | Еврейская электронная библиотека

Полезно помнить, что слова выдуманы человеком.

Слова, которыми пользуются в жизни, имеют часто расплывчатый характер. Не все понимают одинаково слова сила и красота, энергия и напряжение. Да и «хорошая» погода разная для разных людей.

В науке такое положение дел не имеет места, во всяком случае не должно иметь. В особенности нетерпимо относятся к неточному использованию слов в физике.

Простейшие физические понятия придумывались для описания свойств и поведения предметов и тел, среди которых идет наша жизнь, короче говоря, для «больших» тел или, как еще мы говорим, для тел макроскопических.

Какие понятия, заимствованные из макромира, можно применять к молекулам? Все или некоторые? Истина лежит посредине.

А как обстоит дело с геометрическими и механическими понятиями? Можно ли говорить о форме молекулы, о ее упругости, о модуле изгиба и кручения, наконец, о пластичности молекул? Имеют ли смысл, и какой, понятия внутримолекулярных и межмолекулярных сил?

Цель этой статьи – показать, что с известными оговорками перенос на молекулу геометрических и механических понятий не только возможен, но и целесообразен.

Эта фраза означает следующее. В ряде случаев о молекуле можно говорить как о большом теле.

Тело, которому данную молекулу можно уподобить, назовем механической моделью молекулы.

Наша задача – рассказать, как эта модель строится и как используется для решения различных физических проблем.

Механическая модель молекулы получила в последнее время широкое распространение в связи с интересом к громадным (по сравнению с атомом) молекулам, из которых построены синтетические полимеры – капрон, найлон, полиэтилен (эти названия известны теперь каждому), а также важнейшие для жизнедеятельности животных и растений вещества – белки, нуклеиновые кислоты и так далее.

Всякое «изображение» молекулы должно состоять из описания взаимного расположения атомных ядер и характеристики движущихся около этих ядер электронов.

Химический опыт позволяет установить атомное строение молекулы (построить ее атомную модель), то есть указать, из каких атомов и как связанных друг с другом состоит молекула. Часть электронов тесно связана с определенными атомами, другая часть «обобществлена». Про эти электроны химики говорят – «они осуществляют химическую связь».

Конечно, атомная модель молекулы значительно проще электронно-ядерной. Но эта простота достигается за счет существенной потери. Теряется знание закона взаимодействия «строительных» частиц.

В электронно-ядерной модели взаимодействие между частицами, обеспечивающее структуру и свойства молекулы, – это электрическое взаимодействие между электронами и ядрами. Оно описывается законом Кулона: энергия взаимодействия электрона и ядра (или двух электронов, или двух ядер) равна e1e2/r (r – мгновенное расстояние между частичками.

)

Что же касается закона взаимодействия атомов, то он более сложен.

Может быть, испугаться этой трудности и предпочесть ясную электронно-ядерную картину молекулы? Нет, это было бы неверно. Правдивость самой картины отнюдь не является ее главным достоинством. Важно, чтобы наша модель молекулы хорошо «работала». А «хорошо работать» – это значит быстро и надежно предсказывать. Как бы точна ни была модель, но если «работать» с ней трудно, то мы задумаемся о другой, пусть более грубой, но зато более «работоспособной» модели.

Именно поэтому при изучении геометрии и механики молекулы мы отдаем предпочтение атомной модели. Сделать расчеты с помощью электронно-ядерной модели молекулы оказывается в этом случае нереалистичным, когда речь идет об интересующих нас проблемах: слишком много взаимодействующих частиц.

В то же время атомная модель молекулы позволяет истолковать и предсказать большую совокупность явлений.

В механической модели молекулы мы «забываем» про электроны и рассматриваем атом как кирпич мироздания. В механической модели за структуру и свойства молекулы отвечают взаимодействия атомов.

Модель молекулы можно нарисовать на бумаге, изготовить из проволоки, из шариков на пружинках… Существует множество типов моделей. Подходящим масштабом является сто миллионов. Размеры молекул указывают обычно в ангстремах. Один ангстрем – это стомилионная доля сантиметра. Расстояния между центрами атомов лежат в границах 1–2 ангстрема. Поэтому и удобен стомилионный масштаб: расположив центры «атомов» на расстояниях один-два сантиметра, мы легко разглядим детали строения, да и изготовлять шарики и срезы шариков (зачем нужны срезы, мы скажем ниже) такого размера вполне удобно.

В зависимости от целей и от личных вкусов используют те или иные модели. Пока что остановимся на скелетных моделях, то есть таких, в которых показаны (стерженьками) силы, соединяющие атомы в молекулу. Эти силы называют химическими, или валентными. О том, какие атомы с какими связаны, химики научились судить по химическим реакциям еще задолго до того, как физики научились устанавливать структуру молекулы своими методами.

Итак, обратившись за указанием к химику, мы получаем от него сведения о том, как атомы присоединены друг к другу. Скажем, формула молекулы этилового спирта C2H5OH еще ничего не говорит о том, как соединены атомы между собой. Эта формула – так называемая брутто формула сообщает лишь сведения о составе. Разъясняя строение молекулы химик укажет нам: три атома водорода (рис. 1) соедините черточками с атомом углерода. (Эта группа атомов называется метильной.) Теперь, пожалуйста, соедините валентной черточкой атом углерода этой группы со вторым атомом углерода. Этот второй атом, кроме того, надо связать с парой атомов водорода, а четвертую черточку (раз четыре черточки от одного атома, значит, он четырехвалентный) приведите к атому кислорода. Оставшийся атом водорода следует присоединить к атому кислорода.

Физик сразу же задаст вопрос. А на каком расстоянии атомы, под какими углами друг к другу идут валентные черточки? На подобные вопросы ответы могут быть получены физическими исследованиями.

Оставим пока что в стороне вопрос о том, каким образом устанавливается физическими опытами геометрия молекулы. Обширные данные собраны в толстые справочники. В них можно найти сведения о том, на каких расстояниях находятся химически связанные атомы и какие углы (их называют валентными углами) образуют между собой «стерженьки», символизирующие химические валентные силы. Если не очень придираться к тонким различиям, то окажется, что расстояния между атомами одного сорта достаточно универсальны, правда, валентные углы более переменчивы. Поэтому предсказать структуру молекулы не всегда просто. Но об этом речь будет впереди.

Теперь мы можем обратиться к проблеме межмолекулярных сил.
[1] [2]

Наборы молекулярных моделей, наборы, детали = Решения для молекулярного моделирования Indigo

Берете органическую химию или органическую и неорганическую химию? Наш базовый органический студенческий набор стоит $15,95 и включает в себя молекулярных орбиталей! Он поддерживается нашим конструктором 3D-молекулярных моделей. Компьютерная программа, специально разработанная для выбора лучших моделей органической химии для вас.

Нужно настроить или оживить любой набор или комплект? У нас есть полный ассортимент подлинного высококачественного

качества, сделанного в Великобритании.0004 Molymod Parts (Spiring), Orbit Parts (Cochranes). Они на 100% совместимы со всеми моделями , которые мы когда-либо продавали.

Преподавание криминалистики ДНК? Купите базовую мини-ДНК всего за 69,95 долларов США. Или поднимитесь на ступеньку выше, проведя практические эксперименты, используя нашу лучшую учебную модель ДНК с 262144 возможными уникальными последовательностями. Недостаточно? Как насчет 18 квадриллионов?

Нужны БОЛЬШИЕ пластиковые модели для демонстрации в классе ? Студенты-химики оценят нашу гигантскую модель кристаллической структуры циклогексана и 1000 атомов алмаза. Превратите базовый набор моделей фуллеренов в хиральные, зигзагообразные и «кресельные» бакитрубки или графеновые листы.

Получите полную информацию о нашем опыте в области молекулярных моделей в этом блестящем отзыве!

Молекулярные модели упорядочены по торговым маркам: Molymod, Orbit, Unit и Minit (компактные скелетные модели), которые отличаются стилем и размером атома . Бренды далее делятся на наборы, комплекты и детали.

Наборы для построения различных химических структур в общей и органической химии, моделей кристаллических решеток (

X-кристаллография родственные} (и т. д. Наборы имеют более узкий диапазон геометрий атомов и предназначены для определенных структур, таких как лед, алмаз, хлорид натрия, аминокислоты или глюкоза. Части включают атомы, связи и орбитали для расширения или пополнения любого набора или комплекта.

Наш конструктор 3D-молекулярных моделей может помочь создать любой органический набор для учащихся или учителей с одной или несколькими дополнительными моделями. Исследователи-фармакологи могут использовать его при разработке лекарств, чтобы помочь визуализировать молекулярную механику. Все для личного пользования. Может обозначать исследовательскую банку или класс 9.0005

Модели Indigo® дополнительно сгруппированы по функциям в ДНК, теорию VSEPR (молекулярная геометрия) и точечные группы (молекулярная симметрия) с некоторым совпадением с группами брендов. Кроме того, мы предлагаем модели органических молекул Unit (большие атомы), Minit (маленькие атомы) и AtoMag (магнитные).

 

Молекулярные модели для всех потребностей и всех уровней, независимо от того, преподаете ли вы химию в классе или онлайн. Молекулярные модели индиго являются идеальным дополнением для изучения основных концепций или сложных процессов в механизмах реакции горения. Это может варьироваться от простых химических концепций, таких как валентные углы (теория VSEPR), до молекулярных свойств различных молекул. Американское химическое общество заявляет, что построение и управление физическими моделями в трех измерениях развивает визуальное обучение и пространственные навыки, важные для понимания учащимися молекулярной структуры стереохимии.

Зачем возиться с каркасными моделями вроде Darling Models Molecular Visions? Химические структуры выделяются шарико-стержневыми моделями (скелетными) с характерными переменными длинами химических связей для одинарных, двойных и тройных связей. Мы предлагаем модели, которые покрывают потребности бюджета от более низкой цены до высокой цены. Зачем покупать плохие китайские подделки Molymod, такие как NOBBY Organic chem или набор химических молекулярных моделей Linktor, чтобы изучать науку о макромолекулах? Особенно, когда наша обычная цена за количество превышает их цену продажи!

Описание Дополнительная информация Технический Часто задаваемые вопросы

Молекулярное моделирование — Последние исследования и новости

• Атом
• RSS-канал

Молекулярное моделирование охватывает все теоретические методы и вычислительные техники, используемые для имитации и изучения структуры и поведения молекул, начиная от небольших химических систем и заканчивая крупными биологическими молекулами и сборками материалов.

Последние исследования и обзоры

• Исследовать | 23 мая 2023 г.

  • Пейюй Сюй
  • , Сицзе Хуан
  •  и Х. Эрик Сюй

  Клеточные исследования, 1-13

• Исследовать
  19 мая 2023 г. | Открытый доступ

  Разработка белковых биосенсоров, которые реагируют на биомолекулы, вызывая клеточные реакции, в значительной степени зависит от связывания жестких молекул. Здесь авторы разрабатывают вычислительную стратегию для создания сигнальных комплексов между конформационно-динамическими белками и пептидами.

  • Роберт Э. Джефферсон
  • , Орельен Огье
  • и Патрик Барт

  Nature Communications 14, 2875

• Исследовать
  19 мая 2023 г. | Открытый доступ

  • Приянка Джайн
  • , Джитендра Сатиджа
  • и К. Суданадирадос

  Научные отчеты 13, 8147

• Исследовать
  17 мая 2023 г. | Открытый доступ

  Используя моделирование альфа-складки и крио-ЭМ реконструкцию, авторы раскрывают структурные и архитектурные принципы бактериальных функциональных амилоидных завитков, охватывающих непрерывную укладку β-соленоидных псевдоповторов внутри и между субъединицами.

  • Майк Слейтел
  • , Браджабандху Прадхан
  •  и Хан Ремаут

  Nature Communications 14, 2822

• Исследовать
  11 мая 2023 г. | Открытый доступ

  Цинк является важным металлом для многих белков. Здесь авторы предлагают модель, основанную на трехмерных сверточных сетях, для прогнозирования местоположения цинка в экспериментальных и расчетно предсказанных структурах в рамках, легко расширяемых для других металлов.

  • Саймон Л. Дюрр
  • , Андреа Леви
  •  и Урсула Ротлисбергер

  Nature Communications 14, 2713

• Исследовать | 10 мая 2023 г.

  Интегративная структурная биология, сочетающая количественную живую визуализацию, криокорреляционную микроскопию, усреднение субтомограмм и молекулярное моделирование, позволяет определить in situ структуру комплекса эндоплазматического ретикулума и митохондрий у дрожжей.

  • Майкл Р. Возны
  • , Андреа Ди Лука
  • и Ванда Кукульски

  Природа, 1-5

Все исследования и обзоры

Новости и комментарии

• Основные результаты исследований | 16 января 2023 г.

  • org/Person»> Лисинь Чжэн
  • , Икун Яо
  •  и Майкл Дж. Ленардо

  Клеточные исследования 33, 199-200

• Основные результаты исследований | 23 декабря 2022 года

  • Каролина Сильва
  • и Зеев А. Ронай

  Клеточные исследования 33, 195-196

• Комментарии и мнения | 27 апреля 2022 г.

  Комментарий Кэтрин Тунясувунакоол из DeepMind — компании, стоящей за AlphaFold, о влиянии улучшенного предсказания структуры белка.

  • Кэтрин Туньясувунакол

  Nature Reviews Молекулярно-клеточная биология 23, 445-446

• Новости и просмотры | 27 октября 2021 г.