Хімічний каталог МОЛЕКУЛЯРНІ МОДЕЛІ

МОЛЕКУЛЯРНІ МОДЕЛІ, наочне зображення молекул органічних і неорганічних сполук, що дозволяє судити про взаємне розташування атомів, що входять до молекули. МОЛЕКУЛЯРНІ МОДЕЛІ м. використовують у тих випадках, коли за структурною формулою важко чи практично неможливо уявити простори. розташування атомів, зокрема щодо просторів. ізомерії, в конформаційному аналізі, для оцінки стерич. перешкод.

Розрізняють два основні типи МОЛЕКУЛЯРНІ МОДЕЛІ м.: 1) скелетні, що приблизно відображають орієнтацію валентностей, а іноді і орбіталей у просторі, але не дають уявлення про віднос. розміри атомів; 2) об'ємні, що відображають валентні кути, ковалентні радіуси атомів та їх ефективні радіуси, близькі за значеннями до ван-дер-ваальсових. До першого типу відносяться відомі із сірий. 19 ст. моделі з кульок, з'єднаних відрізками дроту (модел і Ке-куле-В а н т-Г о ф ф а).

Більш досконалі моделі і дрейдинги (запропоновані в 1959), що складаються зі сталевих стрижнів і трубок, з'єднаних у точці, що зображує ядро атома, під кутами, рівними валентним. Довжини трубок та стрижнів пропорційні довжинам зв'язків між атомами Н та даного елемента (0,1 нм відповідає 2,5 см). Вільна кінці трубок і стрижнів зображують ядра атомів Н, тому кожен фрагмент окремо є моделлю молекули найпростішого водневого з'єднання даного елемента (СН 4 , NH 3 , H 2 O, H 2 S і т.д.). Для складання моделі складнішого з'єднання стрижень одного фрагмента вставляють в трубку іншого; завдяки обмежить. влаштування відстань між їх центрами пропорційно до відповідної міжатомної відстані. Моделі Дрейдинга чітко відбивають міжатомні відстані та валентні кути в молекулах. Вони дозволяють імітувативнутр. обертання, оцінювати енергетич. вигідність різних конформацій, вимірювання відстані між безпосередньо не пов'язаними атомами. Моделі Дрейдингу особливо широко використовують щодо стереохімії поліциклічних систем типу стероїдів. За тим же принципом сконструйовані моделі і Ф зера, що виготовляються з пластмаси; через більший масштаб (0,1 нм відповідає 5 см) вони переважно використовуються при лекційних демонстраціях.

Різновид скелетних МОЛЕКУЛЯРНІ МОДЕЛІ м.-о р б і т а л ь ні м о д е л і, що дають уявлення про атомні та мовляв. орбіталях. Одні з найбільш відомих моделей такого типу – каркасні моделі FMM (Framework Molecular Models). Їх збирають із металів. вузлів (кластерів) трьох типів, відповідних sp 3 -, sp 2 - та sp-гібридизації. Вузли з'єднуються між собою пластмасовими трубочками; при цьому короткі штирі, не використані для механічного зв'язування кластерів, імітують розташування р-орбіталей (у разі sp 2 - і sp-гібридизованих атомів). Існують орбітально-лопатеві моделі, в яких атомні орбіталі імітуються об'ємними фрагментами, що нагадують формою кулі або неправильні еліпсоїди. Подібні моделі особливо корисні щодо реакцій, регульованих правилами орбітальної симетрії. Мовляв. p-орбіталі може бути представлені відрізками грубочок.

Об'ємні моделі, що правильно передають розміри і форму молекул, були розроблені в 1934 р. Стюартом і пізніше вдосконалені Г. Бріглеб (рис., а, б). Кожен фрагмент, що зображує атом певного елемента, в моделі С тюарта являє собою кульовий сегмент, причому радіус кулі пропорційний ефективному радіусу атома (r ефф ), а відстань від центру кулі до площини зрізу - ковалентному радіусу (r ков). В разібагатовалентних атомів роблять відповідне число зрізів, причому кут між перпендикулярами з центру кулі на площину зрізу дорівнює валентному (рис., в). На пропозицію Г. Бриглеба для атомів, з'єднаних кратними зв'язками, сегменти виготовляють не з куль, а з еліпсоїдів, велика піввісь яких відповідає ефективному радіусу, обумовленому наявністю я-електронної, а мала-s-електронної хмари. Моделі виготовляють зазвичай із пластмаси, пофарбованої в кольори, встановлені для кожного елемента (С-чорний, Н-білий, О-червоний, N-синій, S - жовтий і т. д.). При складанні моделей сегменти з'єднують між собою по площинах зрізів, причому у разі простих зв'язків сегменти можуть обертатися один щодо одного. Моделі Стюарта-Бриглеба чітко передають валентні кути, міжатомні відстані та ефективні радіуси; вони дозволяють вимірювати відстані між різними атомами та групами (0,1 нм відповідає 1,5 см). Ефективні радіуси, прийняті в моделях Стюарта - Бріглеба, на 10-15% менше ван-дер-ваальсових радіусів, одержуваних з кристалографічних. даних. Це з тим, що моделі призначені до розгляду стерич. ефектів у молекулі, що знаходиться за звичайних умов, а не за температури абс. нуля.

Моделі Стюарта - Бріглеба: а-метан, б-етилен, в-окремийкульовий сегмент у розрізі.

Відомі об'ємні МОЛЕКУЛЯРНІ МОДЕЛІ м., що відрізняються від описаних вище масштабом, розфарбуванням і деякими конструктивними особливостями. Так, модель і Фішера-Х і ршфель де-ра-Тейлора і модель і "Е угон" близькі до моделей Стюарта у їхньому первісному варіанті, але виконують їх у масштабі 0,1нм-1см. Моделі і СРК (Corey-Pauling-Koltun, Корі - Полінг - Колтун) роблять порожнистими в масштабі 0,1 нм-1,25 см. Вонивідрізняються особливо міцним кріпленням сегментів та найбільш зручні для побудови моделей макромолекул, наприклад нуклеїнових кислот, пептидів, білків. Модел і Хартлі-Робінсон ("Модел і Курто")

завдяки еластичному з'єднанню сегментів за допомогою спец. кнопок з гумовими прокладками дозволяють збирати моделі напружених молекул, у яких валентний кут суттєво відрізняється від стандартного, що дає можливість мати в наборі менше типів сегментів, ніж у моделях Стюарта-Бріглеба. Такі самі можливості дають і моделі Стюарта - Бріглеба, виготовлені з гуми. Запропоновані об'ємні моделі, що відрізняються від описаних вище тим, що в них порожнисті сферич. сегменти не з'єднуються між собою по площинах зрізу, а зміцнюються на сферич. поверхні інших сегментів. Це дозволяє зображати різні органічне з'єднання за допомогою малого числа типів сегментів, проте точність передачі валентних кутів, міжатомних відстаней та ефективних радіусів нижча, ніж при використанні моделей Стюарта - Бріглеба або СРК.

Хімічна енциклопедія Том 3 > До списку статей