Модель заполнения пространства - Space-filling model
В химии , А пространство заполнения модель , известная также как модель Калотт , представляет собой тип трехмерной (3D) молекулярная модель , где атомы представлены в виде сфер, радиусы которых пропорциональны радиусам атомов , и центр которого к -центровые расстояния пропорциональны расстояниям между атомными ядрами , все в одном масштабе. Атомы разных химических элементов обычно представлены сферами разного цвета.
Модели калота, заполняющие пространство, также называются CPK-моделями в честь химиков Роберта Кори , Линуса Полинга и Уолтера Колтуна , которые в течение некоторого времени довели концепцию моделирования до полезной формы. Они отличаются от других трехмерных представлений, таких как шаровые и скелетные модели, тем, что для атомов используются «полноразмерные» сферы, заполняющие пространство. Они полезны для визуализации эффективной формы и относительных размеров молекулы, а также форм поверхности, которую может представлять данный статический конформер . С другой стороны, эти модели маскируют химические связи между атомами и затрудняют просмотр структуры молекулы, скрытой атомами, ближайшими к наблюдателю в той или иной позе. По этой причине такие модели более полезны, если их можно использовать динамически, особенно при использовании со сложными молекулами (например, см. Лучшее понимание формы молекул, которое дается при нажатии на модель THC для поворота).
История
Модели заполнения пространства возникают из-за желания представить молекулы способами, которые отражают электронные поверхности, которые присутствуют в молекулах, которые определяют, как они взаимодействуют друг с другом (или с поверхностями, или макромолекулами, такими как ферменты и т. Д.). Кристаллографические данные являются отправной точкой для понимания статической молекулярной структуры, и эти данные содержат информацию, строго необходимую для создания представлений, заполняющих пространство (например, см. Эти кристаллографические модели ); однако чаще всего кристаллографы представляют местоположения атомов, полученные из кристаллографии, с помощью « тепловых эллипсоидов », параметры отсечения которых установлены для удобства как для отображения местоположения атомов (с анизотропией ), так и для представления ковалентных связей или других взаимодействий. между атомами в виде линий. Короче говоря, из соображений полезности кристаллографические данные исторически появлялись в презентациях, более близких к шарнирным моделям. Следовательно, хотя кристаллографические данные содержат информацию для создания моделей, заполняющих пространство, они оставались для людей, заинтересованных в моделировании эффективной статической формы молекулы, пространства, которое она занимала, и способов, которыми она могла бы представить поверхность другой молекуле. для развития формализма, показанного выше.
В 1952 году Роберт Кори и Линус Полинг описали точные масштабные модели молекул, которые они построили в Калифорнийском технологическом институте . В своих моделях они предполагали, что поверхность молекулы определяется ван-дер-ваальсовым радиусом каждого атома молекулы, и создали атомы в виде сфер из твердой древесины с диаметром, пропорциональным ван-дер-ваальсовому радиусу каждого атома, в масштабе 1 дюйм = 1 Å . Чтобы обеспечить связи между атомами, часть каждой сферы была вырезана, чтобы создать пару совпадающих плоских граней, причем размеры разрезов были такими, чтобы расстояние между центрами сфер было пропорционально длинам стандартных типов химических связей. Был разработан соединитель - металлическая втулка, которая ввинчивалась в каждую сферу в центре каждой плоской поверхности. Затем две сферы прочно удерживались вместе металлическим стержнем, вставленным в пару противоположных втулок (с закреплением винтами). Модели также имели специальные функции, позволяющие отображать водородные связи .
В 1965 году Вальтер Л. Колтун разработал и запатентовал упрощенную систему с формованными пластиковыми атомами различных цветов , которые были соединены специально разработанными защелкивающимися соединителями; эта более простая система достигла тех же целей, что и система Кори-Полинга, и позволила разработать модели как популярный способ работы с молекулами в учебных и исследовательских средах. Такие модели заполнения пространства типа Ван-дер-Ваала с цветовой кодировкой и определенной длиной скрепления теперь широко известны как модели CPK после этих трех разработчиков конкретной концепции.
В современных исследованиях внимание было возвращено к использованию богатых данными кристаллографических моделей в сочетании с традиционными и новыми вычислительными методами для создания моделей, заполняющих пространство молекул, как простых, так и сложных, куда добавлялась информация, например, какие части поверхности молекулы были легко доступны для растворителя , или как электростатические характеристики представления, заполняющего пространство, которое в случае CPK почти полностью оставлено на усмотрение воображения, могут быть добавлены к созданным визуальным моделям. Два заключительных изображения дают примеры последнего типа расчета и представления и его полезности.
Смотрите также
- Шариковая модель
- Поверхность Ван-дер-Ваальса
- Окраска CPK
- Молекулярная графика
- Программное обеспечение для молекулярного моделирования
- Программное обеспечение для молекулярного дизайна
Рекомендации
внешняя ссылка
- Подробнее о молекулярных моделях и несколько примеров из химии и биологии (статья на немецком языке)