SlideShare a Scribd company logo
Molekyylien rakenne

     Johannes Pernaa




                       www.helsinki.fi/yliopisto   1
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
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
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
Harjoitus: Optinen isomeria

●   Tutkitaan alaniinin optista isomeriaa
    tietokoneavusteisesti




        Lähde: http://fi.wikipedia.org/wiki/Optinen_isomeria

                                               www.helsinki.fi/yliopisto   5
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
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
Harjoitus 2:
Rakenne ja
ominaisuudet
● Dipolimomentti
● Liukoisuus

● Elektronien sijoittuminen




                              www.helsinki.fi/yliopisto   8
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

More Related Content

More from Johannes Pernaa

Verkkokurssin suunnittelu -koontiluento
Verkkokurssin suunnittelu -koontiluentoVerkkokurssin suunnittelu -koontiluento
Verkkokurssin suunnittelu -koontiluento
Johannes Pernaa
 
Tämä on e-kirja 17.4.2016
Tämä on e-kirja 17.4.2016Tämä on e-kirja 17.4.2016
Tämä on e-kirja 17.4.2016
Johannes Pernaa
 
Monialaiset oppimiskokonaisuudet Peda.netissä
Monialaiset oppimiskokonaisuudet Peda.netissäMonialaiset oppimiskokonaisuudet Peda.netissä
Monialaiset oppimiskokonaisuudet Peda.netissä
Johannes Pernaa
 
Työpaja: Verkkokurssin laatiminen
Työpaja: Verkkokurssin laatiminenTyöpaja: Verkkokurssin laatiminen
Työpaja: Verkkokurssin laatiminen
Johannes Pernaa
 
Tämä on e-kirja ja näin se tehdään (2015)
Tämä on e-kirja ja näin se tehdään (2015)Tämä on e-kirja ja näin se tehdään (2015)
Tämä on e-kirja ja näin se tehdään (2015)
Johannes Pernaa
 
Hypekäyrä TVT-suunnittelussa
Hypekäyrä TVT-suunnittelussaHypekäyrä TVT-suunnittelussa
Hypekäyrä TVT-suunnittelussa
Johannes Pernaa
 
Forssan Peda.net-koulutus 8.12.2014
Forssan Peda.net-koulutus 8.12.2014Forssan Peda.net-koulutus 8.12.2014
Forssan Peda.net-koulutus 8.12.2014
Johannes Pernaa
 
Sähköiset arviointikäytäntänteet 23-24.10
Sähköiset arviointikäytäntänteet 23-24.10Sähköiset arviointikäytäntänteet 23-24.10
Sähköiset arviointikäytäntänteet 23-24.10
Johannes Pernaa
 
Sähköiset arviointikäytänteet S2014
Sähköiset arviointikäytänteet S2014Sähköiset arviointikäytänteet S2014
Sähköiset arviointikäytänteet S2014
Johannes Pernaa
 
Edumol user guide (V 2.0)
Edumol user guide (V 2.0)Edumol user guide (V 2.0)
Edumol user guide (V 2.0)
Johannes Pernaa
 
3d-webprojekti
3d-webprojekti3d-webprojekti
3d-webprojekti
Johannes Pernaa
 
Big data ja sen mahdollisuudet
Big data ja sen mahdollisuudetBig data ja sen mahdollisuudet
Big data ja sen mahdollisuudet
Johannes Pernaa
 
Sähköinen oppikirja oppimisympäristönä - ITK 2014
Sähköinen oppikirja oppimisympäristönä - ITK 2014Sähköinen oppikirja oppimisympäristönä - ITK 2014
Sähköinen oppikirja oppimisympäristönä - ITK 2014
Johannes Pernaa
 
Pernaa lukiopaivat-12112013
Pernaa lukiopaivat-12112013Pernaa lukiopaivat-12112013
Pernaa lukiopaivat-12112013
Johannes Pernaa
 
TVT-opetuksessa: Sähköiset oppikirjat
TVT-opetuksessa: Sähköiset oppikirjatTVT-opetuksessa: Sähköiset oppikirjat
TVT-opetuksessa: Sähköiset oppikirjat
Johannes Pernaa
 
Ohjelmistovertailu - KMV 2013
Ohjelmistovertailu - KMV 2013Ohjelmistovertailu - KMV 2013
Ohjelmistovertailu - KMV 2013
Johannes Pernaa
 
Sähköiset oppimisympäristöt LUMA-aineissa avausluento
Sähköiset oppimisympäristöt LUMA-aineissa avausluentoSähköiset oppimisympäristöt LUMA-aineissa avausluento
Sähköiset oppimisympäristöt LUMA-aineissa avausluento
Johannes Pernaa
 
Orbitaalien jakemiallistensidostenvisualisointi
Orbitaalien jakemiallistensidostenvisualisointiOrbitaalien jakemiallistensidostenvisualisointi
Orbitaalien jakemiallistensidostenvisualisointi
Johannes Pernaa
 
Molekyylien energianjavärähtelyidenvisualisointi
Molekyylien energianjavärähtelyidenvisualisointiMolekyylien energianjavärähtelyidenvisualisointi
Molekyylien energianjavärähtelyidenvisualisointi
Johannes Pernaa
 

More from Johannes Pernaa (20)

Verkkokurssin suunnittelu -koontiluento
Verkkokurssin suunnittelu -koontiluentoVerkkokurssin suunnittelu -koontiluento
Verkkokurssin suunnittelu -koontiluento
 
Tämä on e-kirja 17.4.2016
Tämä on e-kirja 17.4.2016Tämä on e-kirja 17.4.2016
Tämä on e-kirja 17.4.2016
 
Monialaiset oppimiskokonaisuudet Peda.netissä
Monialaiset oppimiskokonaisuudet Peda.netissäMonialaiset oppimiskokonaisuudet Peda.netissä
Monialaiset oppimiskokonaisuudet Peda.netissä
 
Työpaja: Verkkokurssin laatiminen
Työpaja: Verkkokurssin laatiminenTyöpaja: Verkkokurssin laatiminen
Työpaja: Verkkokurssin laatiminen
 
Tämä on e-kirja ja näin se tehdään (2015)
Tämä on e-kirja ja näin se tehdään (2015)Tämä on e-kirja ja näin se tehdään (2015)
Tämä on e-kirja ja näin se tehdään (2015)
 
Hypekäyrä TVT-suunnittelussa
Hypekäyrä TVT-suunnittelussaHypekäyrä TVT-suunnittelussa
Hypekäyrä TVT-suunnittelussa
 
Forssan Peda.net-koulutus 8.12.2014
Forssan Peda.net-koulutus 8.12.2014Forssan Peda.net-koulutus 8.12.2014
Forssan Peda.net-koulutus 8.12.2014
 
Sähköiset arviointikäytäntänteet 23-24.10
Sähköiset arviointikäytäntänteet 23-24.10Sähköiset arviointikäytäntänteet 23-24.10
Sähköiset arviointikäytäntänteet 23-24.10
 
Sähköiset arviointikäytänteet S2014
Sähköiset arviointikäytänteet S2014Sähköiset arviointikäytänteet S2014
Sähköiset arviointikäytänteet S2014
 
Edumol user guide (V 2.0)
Edumol user guide (V 2.0)Edumol user guide (V 2.0)
Edumol user guide (V 2.0)
 
3d-webprojekti
3d-webprojekti3d-webprojekti
3d-webprojekti
 
20140510 kvs
20140510 kvs20140510 kvs
20140510 kvs
 
Big data ja sen mahdollisuudet
Big data ja sen mahdollisuudetBig data ja sen mahdollisuudet
Big data ja sen mahdollisuudet
 
Sähköinen oppikirja oppimisympäristönä - ITK 2014
Sähköinen oppikirja oppimisympäristönä - ITK 2014Sähköinen oppikirja oppimisympäristönä - ITK 2014
Sähköinen oppikirja oppimisympäristönä - ITK 2014
 
Pernaa lukiopaivat-12112013
Pernaa lukiopaivat-12112013Pernaa lukiopaivat-12112013
Pernaa lukiopaivat-12112013
 
TVT-opetuksessa: Sähköiset oppikirjat
TVT-opetuksessa: Sähköiset oppikirjatTVT-opetuksessa: Sähköiset oppikirjat
TVT-opetuksessa: Sähköiset oppikirjat
 
Ohjelmistovertailu - KMV 2013
Ohjelmistovertailu - KMV 2013Ohjelmistovertailu - KMV 2013
Ohjelmistovertailu - KMV 2013
 
Sähköiset oppimisympäristöt LUMA-aineissa avausluento
Sähköiset oppimisympäristöt LUMA-aineissa avausluentoSähköiset oppimisympäristöt LUMA-aineissa avausluento
Sähköiset oppimisympäristöt LUMA-aineissa avausluento
 
Orbitaalien jakemiallistensidostenvisualisointi
Orbitaalien jakemiallistensidostenvisualisointiOrbitaalien jakemiallistensidostenvisualisointi
Orbitaalien jakemiallistensidostenvisualisointi
 
Molekyylien energianjavärähtelyidenvisualisointi
Molekyylien energianjavärähtelyidenvisualisointiMolekyylien energianjavärähtelyidenvisualisointi
Molekyylien energianjavärähtelyidenvisualisointi
 

Molekyylien rakenne

  • 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