Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лабораторные работы 2012.pdf
Скачиваний:
14
Добавлен:
07.02.2016
Размер:
1.51 Mб
Скачать

3. Лабораторна робота Створення тривимірних моделей молекул

за допомогою спеціального програмного забезпечення

Мета роботи: за допомогою спеціального програмного забезпечення навчитись створювати тривимірні моделі молекул хімічних сполук.

3.1 Теоретичні відомості

Chem3D - програма, розроблена, для моделювання хімічних сполук у тривимірному виді. Вона поєднує інструменти візуалізації, аналізу і обчислювання із зручним у роботі графічним інтерфейсом користувача.

У Chem3D використовуються інструменти, засновані на молекулярній механіці, що створено для оптимізації моделей, конформаціний пошук, молекулярна динаміка.

Як і будь-яка програма Chem3D складається з заголовка вікна з трьома керуючими кнопками, головного меню, панелей інструментів і робочої області.

Рис. 10. Вікно програми Chem3D.

Головне меню програми складається з наступних пунктів: File, Edit, View, Tools, Object, Analyz, MM2, Gammes, Gaussian, MOPAC, Online, Window, Help.

File – у цьому пункті меню зібрані всі команди стосовні до роботи з файлами:

New model – створює новий файл; Open – відкриває існуючий файл, Save

зберігає зміни що зроблено у файлі, а якщо файл ще не збережений викликає діалогове вікно збереження файлу; Close – закриває поточний файл; Templates – містить підменю, у якому можна вибрати готові заготівлі для моделей; Close Window – закриває активний файл із моделлю; Exit – вихід із програми.

Edit – у цьому пункті меню зібрані всі команди стосовному редагуванню умісту файлу і роботи з буфером обміну: Undo – скасування останньої операції; Redo – повернення до останньої виконаної операції; Cut – вирізує об'єкт у буфер обміну; Copy – копіює об'єкт у буфер обміну; Copy As – дозволяє вибирати в якому форматі копіювати об'єкт виділено у буфер обміну: Chemdraw Structur

як структурну формулу, Bitmap – як растровий малюнок; Paste – вставляє об'єкт у робочу область програми.

View – у цьому пункті меню зібрані всі команди стосовні до зміни відображення даних відкритої бази: Tool Bar – включення/відключення відображення стандартної панелі інструментів; Tool Palette - включення/відключення відображення панелі інструментів для створення моделей; Settings – перегляд і зміна настроювань програми; Elements – виклик вікна з періодичною таблицею Менделєєва.

Tools – у цьому пункті меню зібрані інструменти для зміни відображення активного файлу: Magnify – збільшити масштаб відображення моделі; Reduce - зменшити масштаб відображення моделі; Reflect – відбити модель (у підменю запропоновані варіанти відображення щодо різних осей); Fit Model To Window Fit Selection To Window Show Model Table Measurments Groups Inernal Coordinate – змінює формат тексту; Style – змінює стиль тексту – надрядковий/підрядковий/жирний/курсив/підкреслений; Size – змінює розмір тексту; Flush Left, Flush right, Flush center – відповідно вирівнює текст по лівому полю, правому і по центрі.

Object – у цьому пункті меню зібрані всі команди стосовні до роботи з виділеними об'єктами: Move To Center – розміщає модель по центрі вікна; Move To> Move To X-Y Plane – розвертає модель щодо осі X-Y; Move To Z-Y Plane – розвертає модель щодо осі Z-Y; Move To X-Z Plane розвертає модель щодо осі X-Z; Show Elements Simbols - Відобразити/Show, Сховати/Hide назви елементів, що входять у модель; Show Serial Number - Відобразити/Show, Сховати/Hide номера елементів у переодичній таблиці; Show Elements Solids Sphers - Відобразити/Show, Сховати/Hide відображення моделі у виді твердої сфери.

Analyz – у цьому пункті меню зібрані всі команди стосовні до аналізу структур; Spin About X – обертання структури щодо осі X Axis; Spin About Y - обертання структури щодо осі Y Axis; Spin About Z Axis – обертання структури щодо осі Z; Show Measurments – сховати/показати одиниці виміру; Compute Properties – викликає діалогове вікно за допомогою якого можна розрахувати властивості моделі.

MM2, Gammes, Gaussian, MOPAC – пункти відносяться до спеціальних видів аналізу структур за відповідними алгоритмами.

Online – одержання інформації із сайту виробника програми (запит у закриті бази даних).

Window – тут зібрані команди для зміни розташування відкритих вікон. Help – одержання довідкової інформації з роботи з програмою (англ. яз.).

- створення нового документа;

(1)

- виклик діалогового вікна відкриття документа;

(2)

- збереження документа;

(3)

- вирізувати об'єкт у буфер обміну;

(4)

- скопіювати об'єкт у буфер обміну;

(5)

- вставити об'єкт у буфер обміну;

(6)

- скасування останньої виконаної операції;

(7)

- виділення об'єкта;

(8)

- обертання об'єкта;

(9)

- створення зв'язку;

(10)

- створення подвійного зв'язку;

(11)

- створення потрійного зв'язку;

(12)

- створення атома молекули;

(13)

- видалення зв'язку або атома з молекули.

(14)

3.2 Хід роботи

Запустити програму Chem3D.

Завдання 1.

Створити тривимірної моделі молекул простих неорганічних речовин.

Створіть файл “File > New Model”, назвіть файл “Завдання 1” та збережіть його у властній директорії у папку Лабораторна робота 3.

Вимкніть автоматичне корегування моделей під час їх створення, для цього перейдіть у меню “View > Settings”, у вікні, що з’явиться в списку виберіть пункт “Building” видаліть перемикач напроти пункту “Rectify”.

За допомогою інструменту 13 створить атом молекули (наприклад кисень, водень чи вуглець). Створюйте моделі сполук поступово приєднуючи атоми до молекули за допомогою зв'язків – інструменти 10-13. Цей спосіб підходить для створення простих моделей неорганічних сполук. Кожен атом в моделі відображається своїм кольором, наприклад вуглець сірим, водень голубим, кисень червоним. Для зміни масштабу відображення моделей використовуйте клавіші на клавіатурі: F7 – для збільшення масштабу, F8 – для зменшення масштабу.

Для зручності перегляду складних моделей у програмі Chem3D є інструменти, за допомогою яких можливо автоматичне обертання об’єктів. Використовуючи інструменти, що знаходяться в пункті меню Analyze (Spin About X Axis, Spin About Y Axis, Spin About Z Axis) перегляньте моделі, що створено, при їх обертанні в різні сторони. Після активування інструменту анімації моделі і початку її обертання під робочою областю програми з’являється панель керування. Використовуйте панель керування для початку, зупинки и продовження обертання моделі, а також для зміни масштабу відображення сполуки.

При перегляду складних моделей можливо для зручності ввімкнути відображення символів елементів за допомогою команди Object > Show Elements Symbols > Show.

Створить в Chem3D трьохвимірні моделі метану, азотної кислоти, сірчаної кислоти, перекису водню, бутадієнового синтетичного каучуку:

 

 

H

 

 

OH

 

O

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

H -O

 

N+

HO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

 

OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

HO

 

OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Methane

Nitric Acid

Sulfuric Acid

Peroxide -CH2=CH-CH=CH2-

Завдання 2.

Створіть файл “File > New Model”, назвіть файл “Завдання 2” та збережіть його у власній директорії у папку Лабораторна робота 3.

Створить в Chem3D трьохвимірні моделі ланцюгів полімерів:

Поліетилен (полиметилен) –

(- CH2 – CH2-)n

(ПЭх)

 

Поліпропилен

(- CH2 – CH(CH3)-)n

Полібутилен – (ПБ)

(-CH2-CH(C2H5)-)n

Поліізобутилен – (ПИБ)

(-CH2-C(CH3)2-)n

Полістирол (поливинилбензол) -

(-CH2-CH(C6H5)-)n

ПС

 

Завдання 3.

Створіть у Chem3D моделі наступних простих реакцій: 2HNO3+Na2O=2NaNO3+H2O CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2 NaCl+H2SO4=NaHSO4+HCl

При створенні збережіть напрям перетворень – починайте із сполуки, що є крайньою ліворуч у формулі та рухайтесь праворуч, знаки „+” та „=” у трьохвимірних моделях не зображуються. Кожну реакцію збережіть в окремий файл з відповідними назвами “Завдання 3.1”, “Завдання 3.2”, “Завдання 3.3” та збережіть його у власній директорії у папку Лабораторна робота 3.

Завдання 4.

Створення складних тривимірних моделей у програмі Chem3D викликає значні витрати часу. Тому для створення складних моделей молекул доцільно створити структурну формулу молекули в ChemDraw, потім виділити її і скопіювати в буфер обміну. У Chem3D у пункті головного меню Edit вибрати підпункт Paste. Редактор самостійно конвертує структурну формулу в тривимірну. Якщо в Chem3D відкрити файл ChemDraw то відбудеться автоматичне конвертування вмісту файлу в тривимірний вид. При цьому, якщо у файлі знаходилося кілька формул всі вони будуть конвертовані і розміщені в активному вікні.

Запустить ChemDraw. Створіть файл “Завдання 4” та збережіть його у властній директорії у папку Лабораторна робота 3.

Створить за допомогою ChemDraw структурні формули наступних сполук:

Поливиниленкарбонат

Поливиниламин (-CH2-CH(NH2)-)n

 

 

H2

 

 

C

H2C

CH2

Ціклогексан

 

 

 

H2C

CH2

 

 

C

 

 

H2

3-Метіл-6-Етілоктан

 

 

CH3 CH2

CH

CH2

CH2

CH

CH2

CH3

 

C2H5

 

CH3

 

 

Поліетілен

 

 

 

 

 

 

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2 n

Поліпропілен

 

 

 

 

 

CH2

CH

CH2

CH

CH2

CH

 

 

CH3

 

CH3

 

CH3

n

Полівінілхлорид

 

 

 

 

 

CH2

CH

CH2

CH

CH2

CH

 

 

Cl

 

Cl

 

Cl

n

 

 

 

 

 

 

Полі N-етил-4-винилпиридиний бромид

Запустити програму Chem3D. Відкрийте файл, що створено вами в ChemDraw і експортуйте послідовно всі сполуки в тривимірні моделі, кожна молекула поміщується в окремий файл з відповідними назвами “Завдання 4-1”, “ Завдання 4-2” і т.д.

Завдання 5.

Експорт1\Імпорт моделей молекул у текстові документи.

Створені моделі молекул зручно використовувати для оформлення текстових документів та презентацій.

Експортувати створені моделі можливо за допомогою буферу обміну в будь яку зовнішню програму, яка дозволяє вставляти у свої файли графічні об'єкти векторної графіки: текстові редактори, електроні таблиці, редактори векторної графіки, бази даних, презентації.

Для експорту моделі у текстовий редактор виконуйте наступні дії:

1Експорт — вставка об'єкта (наприклад хімічної формули) в файл (наприклад текстовий документ чи презентацію).

Запустити текстовий редактор. (Пуск > Програми > Microsoft Office > Microsoft Word)

Створити новий текстовий документ та назвати його “Завдання 5”.

Перейдіть в Chem3D, відкрийте файл “Завдання 2”, виділить молекулу за допомогою інструмента виділення, скопіюйте в буфер обміну, за допомогою команд Edit > Copy, перейдіть в Microsoft Word відкритий файл “Завдання 5” вставте модель у документ Правка > Вставить.

Експортуйте всі формули полімерів із завдання 2 в документ Microsoft Word у вигляді таблиці як це показано в прикладі нижче:

Назва речовини

Формула

 

 

Контрольні питання

1.Призначення програми Chem3D?

2.Як створити новий файл?

3.Як відкрити існуючий файл, що знаходиться на гнучкому диску?

4.З яких базових елементів складається вікно програми ChemDraw?

5.Як додати атом у формулу?

6.Як додати зв’язок між атомами?

7.Як змінити масштаб зображення документу?

8.Як виділити об’єкт?

9.Як скопіювати об’єкт?

10.Як скопіювати об’єкт в інший файл? 11.Як експортувати модель у інші програми?