Datorstödd molekylmodellering för gymnasiet

Datorstödd
molekylmodellering
för gymnasiet
Kemiska institutionen (Chemicum)


Står för den bredaste kemi undervisningen i Finland
Avdelningar i Chemicum









Laboratoriet för analytisk kemi
Laboratoriet för oorganisk kemi
Laboratoriet för fysikalisk kemi
Laboratoriet för organisk kemi
Laboratoriet för polymerkemi
Laboratoriet för radiokemi
Laboratoriet för svenskspråkig undervisning
Lärarutbildningsenheten
Ifall du skriver Eximia eller laudatur i kemins ämnesreal i
studentskrivningarna, är du välkommen att studera vid kemiska
institutionen – utan inträdesprov!
Kemiska institutionen (Chemicum)

De aktuella specialiseringsområden vid
fakulteten:




grön kemi
material- och nanokemi
datorstödd och teoretisk kemi
syntetik och kemisk analytik.
LUMA-center och webb-tidningen
Kreativ
LUMA-center
 webb-tidningen Kreativ

Datorer och kemi

Hjälpmedel för experimentell kemi
skrivande, räknande, presenterande
 mätningnsautomatik


Hjälpmedel för teoretisk kemi
simuleringar, beräkningar
 beräkningskemi


Internet

informationssökning, publicering, e-post
Vad är beräkningskemi?
= molekylmodellering
 Förklarar
 Förutspår
 Hypotes, en modell

Vad kan man undersöka med
beräkningskemi?

Kemiska strukturer



Kemiska egenskaper




bindningslängder och –vinklar
rymdstruktur, placering i rymden
laddningsfördelning
elektrontäthet
spektroskopi
Kemisk reaktivitet


reaktionsmekanismer
reaktionshastigheter
Visualisering av ett kemiskt
fenomen

Olika skeden i visualiseringen
1.
Väljer den modell med vilken vi vill beskriva det
kemiska fenomenet
2.
Beräknings arbete
3.
Analysering av resultat
Hur gör man på riktigt?

Acetylsalicylsyra

Aspirin

C9H8O4

o-acetoxibensoesyra
Spartan ’04
molekylmodellerings
program
H
O
O
O
O
Spartan (1)

Med molekylmodelleringsprogrammen kan man göra
beräkningar för organiska molekyler

Starta maskinen:
Novell  HY-PUU  Science  Spartan 2004 Student
Välj ”File”  ”New”
stänger
molekyleditorn
minimerar
strukturens
energi
öppnar
molekyleditorn
eliminerar
mäter
bindningslängder
och -vinklar
Spartan (standard)
atomfärger:
väte – vit
kol – grå
kväve – blågrå
syre – röd
fluor – grön
natrium – gul
magnesium – blå
aluminium – purpur
kisel – grå
svavel – himmelsblå
brom – orange
jod – brun
transitionsmetaller– grön
He–Kr – orange
xenon – gul
H
O
Spartan

1
(3)
O
O
Bygger molekylmodellen för
aspirin
1.
bygger bensenringen
2.
lägger till en karbonylgrupp
3.
lägger till en alkoholgrupp
3
2
4
4.
lägger till en karbonylgrupp
(även =O)
5.
tillsätter ett sp3-kol
6.
vi förflyttar oss från editorial
till själva modelleringen
5
O
Spartan (4)

Att röra på molekylen i Spartan
sväng på molekylen – musens vänstra tangent
nertryckt
 rör på molekylen i arbetsbordet – musens högra
tangent nertryckt
 förstora, förminska molekylen – shift + musens
högra tangent nertryckt
 sväng på molekylen i arbetsbordet – shift +
musens vänstra tangent nertryckt

H
O
Spartan (5)
O
O
O
Putsar ”steriska hinder”
H
O
Spartan (6)
O
O
O

Med ”Model” som finns i menyn kan man ändra på
strukturens utseende
ball and spoke
(boll- och
stickmodell)
tube
(tubmodell)
space filling
(kalottmodell)
Spartan (7)



Vi söker ett energetiskt minimi för molekylen – minimerar
elektronernas energi
Välj "Setup"  "Calculations
Calculate: Equilibrium Geometry with Semi Empirical
Compute: IR
Total Charge: Singlet
Välj slutligen: "Submit"
"Display"  "Properties" visar energetiska egenskaper för den
minimerade strukturen
Mät bindningslängder och –vinklar (blåa ?-tangenterna och välj de
atomer du vill betrakta; det ifrågavarande resultatet syns till höger i
nedre hörnet
H
O
Spartan (8)
O
O
O





Vi studerar elektronernas fördelning i molekylen
Välj ”Setup”  ”Surfaces”
Surface: Density
Property: Potential
Välj slutligen ”OK”
Välj ”Setup”  ”Submit”, med vilken den valda ytan
beräknas (Den gula lådan i ”Surfaces” fönstret berättar
om den beräknade ytan)
Klicka på den gula ytan, varvid ytan syns
Klicka på ytan med musens vänstra tangent, varvid du
kan ändra på ytans presentationssätt nere i det högra
hörnet
H
O
Spartan
(9)
O
O
O




Granskar molekylens fingerprint inom infraröd området
Välj ”Display”  ”Spectra”
Fönstret som öppnas presenterar de räknade
vibrationsfrekvenserna och –intensiteterna
Genom att klicka på den gula lådan animeras den ifrågavarande
vibrationen
Klicka på ”Draw IR Spectrum”, varvid du samtidigt får fram det
"experimentella spektret"
Tack för visat intresse
och tack för besöket !!!