نموذج ملء الفراغ

نموذج ملء الفراغ للأوكتان، وهومن الهيدروكربونات مفتوحة السلسلة. يتكون منثمانية ذرات كربون و18 ذرة هيدروجين وصيغته هي: CH₃CH₂(CH₂)₄CH₂CH₃or نطقب:كيم.
إشارة: الشكل المشروح يبين أحد أشكال الأيزوميرزم للجزيء، حيث تمنع طاقة جيبس الحرة الدوران حول رابطة "كربون-كربون".

مثال ثلاثي الأبعاد لجزيء مركب رباعي هيدروكانابينول وهوالعامل الفعال في الماريجوانا. اضغط على الصورة لترى الدوران.

نموذج ملء الفراغ بالإنگليزية: Space-filling model أوبالإنگليزية: calotte model هونموذج ثلاثي الأبعاد يستخدم في الكيمياء، حيث تمثل جميع كرة أحد ذرات المركب، بحيث تتناسب أقطار الكرات مع أقطار الذرات، وكذلك تتناسب المسافة بين مراكز الكرات مع المسافة بين أنوية الذرات بنفس مقياس الرسم، ويتم تمثيل العناصر المتنوعة بكرات ذات ألوان مختلفة.

يعهد هذا النموذج أيضا باسم CPK models نسبة إلى الكيميائيين روبرت كوري و لاينس پولنگ و والتر كولتون الذين قاموا بتطويره. ويختلف هذا النموذج عن النماذج الأخرى مثل نموذج الكرة والعصا أونموذج الصيغة الهيكلية باستخدام كرات تملء تام الفراغ. ويعد هذا النموذج مهما لرؤية الشكل والأبعاد النسبية للجزيء، كما يمكن تمثيل الأيزوميرزم. على الجانب الآخر فهذا النموذج يغطي الروابط الكيميائية بين الذرات ويجعل من الصعب رؤية هجريب الجزيء المحجوب بالذرات القريبة من المشاهد من زاوية ما. ولذلك فإن هذا النموذج يصبح مهما إذا أمكن تحريكه لرؤية الزوايا الأخرى. (مثال: شاهد حركة النموذج لمركب رباعي هيدروكانابينول واضعط على الصورة لدورانها).

التاريخ

ظهرت الحاجة إلى نموذج ملء الفراغ لتمثيل أسطح الجزيئات وكيف تتفاعل مع بعضها البعض. بيانات البلورات هي نقطة البداية لفهم الهجريب الجزيئي الثابت، وتحتوي هذه البيانات على المعلومات المطلوبة بدقة لتوليد نموذج ملء الفراغ. ظهرت بيانات البلورات تاريخيا في صورة أقرب إلى نموذج الكرة والعصا. بينما تحتوي بيانات البلورات على المعلومات اللازمة لعمل نموذج ملء الفراغ، إلا أنها ظلت للأفراد الراغبين في نمذجة شكل ثابت فعال للجزيء، والمساحة التي يحتلها.

في عام 1952، وصف روبرت كوري ولاينس پولنگ نماذج مصغرة دقيقة من الجزيئات التي كانت قد بنيت في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا. في تلك النماذج، تصوروا سطح الجزيء بأنه يمكن تحديده بواسطة نصف قطر فان دير فالس لكل ذرة من الجزيء، ووضعوا الذرات في شكل كرات الخشب الصلب بقطر يتناسب مع نصف قطر فان دير فالس لكل ذرة، بمقياس 1 بوصة = 1 Å (أنغستروم). وللسماح للروابط بين الذرات تم بتر جزء من جميع كرة لإنشاء زوج من الوجوه المسطحة المتطابقة، وتحديد أبعاد البتر بحيث كانت المسافة بين مراكز الكرات تتناسب مع أطوال الأنواع القياسية من الروابط الكيميائية. وقد تم تصميم وصلة معدنية تربط الكرات مثبتة في مركز الجزء المسطح. ثم تم تثبيت الكرتين معا بواسطة مسامير.

مثال ثلاثي الأبعاد، لنموذج ملء الفراغ من جزيء بسيط، ثاني أكسيد الكبريت، SO₂، وتبين الكمون الكهربائي، المحسوب للجزيء باستخدام برمجيات من أدوات الكيمياء الحاسوبية، مظللة باللون الأزرق للمناطق موجبة الشحنة، إلى اللون الأحمر للمناطق سالبة الشحنة. تم إنشاء السطح عن طريق حساب طاقة التفاعل مع شحنة موجبة على صورة نقطة كروية (على سبيل المثال، بروتون، H⁺،) مع ذرات الجزيء والإلكترونات الرابطة، في سلسلة من المراحل الحسابية المنفصلة. هنا، يؤكد السطح الكهربائي نقص الإلكترونات في ذرة الكبريت، مما يشير إلى التفاعلات الكيميائية التي قد تشارك فيها.

An example of a 3D, space-filling model of a very complex macromolecule, a protein, the cell membrane-spanning β2 adrenoreceptor, a G protein-coupled receptor, in this image, viewed as if looking down onto the extracellular surface. The electrostatic potential surface was applied to a model with atom positions determined by crystallography (PDB code 2RH1); the electrostatic surface was computed using Adaptive Poisson-Boltzmann Solver (APBS) freeware. It is again shaded blue for electropositive areas to red for electronegative areas. Somewhat apparent, in stick representation in yellow, red and blue, in a groove at the top of the receptor, is a small molecule ligand bound to it, the agent carazolol, a partial inverse agonist which, through this binding, antagonizes binding of the normal ligand, the neurotransmitter/hormone epinephrine. In response to binding epinephrine, this receptor, in conjunction with an L-type calcium channel, mediates physiologic responses such as smooth muscle relaxation and bronchodilation. All of such binding interactions and the function of the receptor in signal transduction are mediated by electrostatic effects, and in modern structure work they are often studied using similar space filling models.

صور

نموذج ملء الفراغ لجزيئ الهكسان الحلقي نطقب:كيم. واضح حتى ذرات الكربون الرمادية قد تم تغطيتها جزئيا بذرات الهيدروجين البيضاء.

انظر أيضا

Van der Waals surface
CPK coloring
Molecular graphics
Software for molecular modeling
Molecular design software

المصادر

ويكيبيديا

المراجع

^ Corey, Robert B.; Pauling, Linus (1953). "Molecular models of amino acids, peptides, and proteins" (PDF). Review of Scientific Instruments. 8 (24): 621–627. doi:10.1063/1.1770803. Retrieved 23 June 2015.
^ Baker, N.A., Sept, D., Joseph, S., Holst, M.J. & McCammon, J.A., 2001, "Electrostatics of nanosystems: Application to microtubules and the ribosome," Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98: pp. 10037-10041, see [1], and [2], and [3], accessed 23 June 2015.