1. Molekyylien rakenne
Johannes Pernaa
www.helsinki.fi/yliopisto 1

2. Tärkeä aihe
● LOPS:
● “tuntee aineen rakenteen ja ominaisuuksien välisiä
yhteyksiä
● osaa käyttää aineen ominaisuuksien päättelyssä
erilaisia kemian malleja, taulukoita ja järjestelmiä
● ymmärtää orgaanisten yhdisteiden rakenteita ja
tuntee rakenteen määrityksessä käytettäviä
menetelmiä
● osaa tutkia kokeellisesti ja erilaisia malleja käyttäen
aineiden rakenteeseen, ominaisuuksiin ja reaktioihin
liittyviä ilmiöitä.”
www.helsinki.fi/yliopisto 2

3. Molekyylimallit
● Muovimallit, kirjan kuvat ja interaktiiviset
tietokoneavusteiset mallit
● Tutkimustiedon mukaan:
● Kehittää avaruudellista hahmotuskykyä
● Tukee kemiallisen reaktion ymmärtämistä
● Auttaa ymärtämään rakenteen ja ominaisuuksien
välistä yhteyttä
www.helsinki.fi/yliopisto 3

4. Erilaisia esitystapoja
● Pallotikku: Atomien paikat ja sidosten suhteelliset
pituudet
● Tietoa myös sidostyypistä
●
Kalottimalli (CPK / space-filling model):
Atomisäteiden mukaisesti visualisoitu
avaruudellinen muoto ja koko
● Ei tietoa sidostyypeistä
www.helsinki.fi/yliopisto 4

5. Harjoitus: Optinen isomeria
● Tutkitaan alaniinin optista isomeriaa
tietokoneavusteisesti
Lähde: http://fi.wikipedia.org/wiki/Optinen_isomeria
www.helsinki.fi/yliopisto 5

6. Rakenteen ja ominaisuuksien
välinen yhteys (1)
● Taustatietoa laskuista ja laskutasoista
● Geometrian optimointi ja energian minimointi
● Molekyylimekaniikka
● Newtonin mekaniikka → ei elektronista energiaa
● Semi-empiirinen
● Osa tuloksista lasketaan koneella ja osa pohjautuu
valmiiseen empiiriseen dataan
● Nopeita laskuja
● Sisimmät elektronit jäävät pois laskuista
● Ab initio -menetelmät (Spartanissa Hartree fock)
● Kaikki laskenta tehdään koneella
www.helsinki.fi/yliopisto 6

7. Rakenteen ja ominaisuuksien
välinen yhteys (2)
● Kvanttikemiallisten laskujen avulla voidaan laskea
molekyylien todellinen koko ja elektronien
avaruudellinen sijoittuminen
● Elektronitiheys kertoo 75 % todennäköisyydellä
elektronien sijoittumisen (Lundell & Aksela, 2004)
Elektronitiheys
+
Elektrostaattinen
potentiaalikartta
Hehre & Shisterman, Molecular Modeling in Undergraduate
Elektrostaattinen
potentiaali Chemistry Education: www.helsinki.fi/yliopisto 7
http://www.wavefun.com/support/MMUndEd.pdf

8. Harjoitus 2:
Rakenne ja
ominaisuudet
● Dipolimomentti
● Liukoisuus
● Elektronien sijoittuminen
www.helsinki.fi/yliopisto 8

9. Harjoitus 3: Makromolekylit
● Laskutason valitseminen
● Ab initio → alle 30 atomia
● Semiempiirinen → alle 100 atomia
● Molekyylimekaniikka → alle 10 000 atomia
● Proteiinissa tuhansia atomeja
● Ei rakenneta vaan hyödynnetään tietokantoja
● Protein data bank: http://www.rcsb.org/
● Visualisointia verkossa tai omalla koneella
www.helsinki.fi/yliopisto 9