Lääkekemian testi. Lippukysymykset tja QSAR-menetelmistä.

Yleistä tietoa

Lyhenne QSAR on lyhenne englannin sanasta Quantitative Structure Activity Relationships, joka venäjäksi käännettynä tarkoittaa kvantitatiivista rakenneaktiviteettisuhdetta (siksi venäjänkielisessä kirjallisuudessa käytetään joskus lyhennettä KSSA).

Yksi modernin kemian tieteen tärkeimmistä tehtävistä on löytää suhteita aineiden rakenteen ja ominaisuuksien välille. Vastasyntetisoitujen uusien orgaanisten yhdisteiden määrä kasvaa jatkuvasti, joten kiireellisin tehtävä on uusien, vielä syntetisoimattomien aineiden spesifisten ominaisuuksien kvantitatiivinen ennustaminen yksittäisten yhdisteiden tiettyjen fysikaalis-kemiallisten parametrien perusteella.

Historiallisesti kaikki alkoi tutkijoiden yrityksistä löytää kvantitatiivinen suhde aineiden rakenteiden ja niiden ominaisuuksien välillä ja ilmaista tämä suhde kvantitatiivisessa muodossa, esimerkiksi matemaattisen yhtälön muodossa. Tämän yhtälön on heijastettava yhden numerojoukon (jotka edustavat ominaisuuksia) riippuvuutta toisesta lukujoukosta (jotka edustavat rakenteita). Ominaisuuden ilmaiseminen numeerisessa muodossa on melko yksinkertaista - aineiden sarjan fysiologinen aktiivisuus voidaan mitata kvantitatiivisesti. On paljon vaikeampaa ilmaista kemiallisten yhdisteiden rakenteita numeerisesti. Tätä lauseketta varten QSAR käyttää tällä hetkellä niin kutsuttuja kemiallisen rakenteen kuvaajia.

Kuvaaja on parametri, joka luonnehtii orgaanisen yhdisteen rakennetta siten, että rakenteen tietyt erityispiirteet havaitaan. Periaatteessa kuvaaja voi olla mikä tahansa luku, joka voidaan laskea kemiallisen yhdisteen rakennekaavasta - molekyylipaino, tietyn tyyppisten atomien lukumäärä (hybridisaatio), sidokset tai ryhmät, molekyylitilavuus, atomien osavaraukset jne.

QSAR:n fysiologisen aktiivisuuden ennustamiseen käytetään yleensä kuvaajia, jotka lasketaan steeristen, topologisten rakenteellisten ominaisuuksien, elektronisten vaikutusten ja lipofiilisyyden perusteella. Niin kutsutuilla topologisilla kuvaajilla on merkittävä rooli QSAR:ssa. Rakennekuvaajat ovat tärkeässä roolissa arvioitaessa testiyhdisteen sitoutumisvoimakkuutta biokohdemolekyyliin, elektroniset vaikutuskuvaajat kuvaavat yhdisteiden ionisaatiota tai polaarisuutta. Lipofiilisyyskuvaajat antavat mahdollisuuden arvioida kykyä liukea rasvoihin, eli se luonnehtii lääkkeen kykyä voittaa solukalvot ja erilaiset biologiset esteet.

QSAR-menetelmässä rakennekaava esitetään matemaattisen esityksen - graafin - muodossa ja sitä käytetään erikoistuneen matemaattisen laitteen - graafiteorian avulla. Graafi on matemaattinen objekti, jonka määrittää joukko pisteitä ja joukko järjestettyjä tai järjestämättömiä kärkipareja (reunat). Graafiteorian avulla voit laskea ns. graafiinvariantteja, joita pidetään kuvailijoina. Käytetään myös monimutkaisia ​​fragmenttien kuvaajia, jotka arvioivat molekyylin eri osien osuutta kokonaisominaisuuksista. Niiden avulla tutkijoiden on paljon helpompaa kääntää uudelleen tuntemattomia yhdisteitä, joilla on mahdollisesti korkea aktiivisuus. QSAR-malli on siis matemaattinen yhtälö (malli), jolla voidaan kuvata sekä fysiologista aktiivisuutta (erityistapaus) että mitä tahansa ominaisuutta yleensä, ja tässä tapauksessa on oikein puhua QSPR:stä - rakenteen välisestä kvantitatiivisesta suhteesta. ja omaisuutta.

QSAR-metodologia toimii seuraavasti. Ensinnäkin ryhmä yhdisteitä, joilla on tunnettu rakenne ja tunnetut fysiologiset aktiivisuusarvot (saatu kokeesta), jaetaan kahteen osaan: harjoitussarjaan ja testisarjaan. Näissä sarjoissa aktiivisuutta kuvaavat numerot korreloivat jo tietyn rakenteen kanssa. Seuraavaksi valitaan kuvaajat (tällä hetkellä on keksitty useita satoja kuvaajia, mutta melko rajallinen määrä on itse asiassa hyödyllinen; optimaalisimpien kuvaajien valitsemiseen on erilaisia ​​lähestymistapoja). Seuraavassa vaiheessa muodostetaan matemaattinen riippuvuus (valitaan matemaattinen yhtälö) aktiivisuudelle koulutusjoukon yhdisteille valituille kuvaajille ja tuloksena saadaan ns. QSAR-yhtälö,

Muodostetun QSAR-yhtälön oikeellisuus tarkistetaan testirakenteella. Ensin jokaiselle rakenteelle lasketaan testinäytejoukosta kuvaajat, sitten ne korvataan QSAR-yhtälöön, lasketaan aktiivisuusarvot ja verrataan jo tunnettuihin koearvoihin. Jos testisarjassa havaitaan laskennallisten ja kokeellisten arvojen välinen hyvä sopivuus, voidaan tätä QSAR-yhtälöä käyttää uusien, vielä syntetisoimattomien rakenteiden ominaisuuksien ennustamiseen. QSAR-menetelmä mahdollistaa, kun käytössään on hyvin pieni määrä kemiallisia yhdisteitä, joilla on tunnettu aktiivisuus, ennustaa vaadittu rakenne (tai osoittaa muuttamissuunnat) ja rajoittaa siten jyrkästi hakuja.

Kehittyneissä maissa työ QSAR:n alalla tapahtuu jatkuvasti kiihtyvällä tahdilla - QSAR-menetelmien käyttö luotaessa uusia yhdisteitä, joilla on määritellyt ominaisuudet, mahdollistaa merkittävästi aikaa ja resursseja vähentävän sekä kohdennetumman yhdisteiden synteesin. niillä on tarvittavat ominaisuudet.

Kysymys nro 3. Molekyyligraafien ja niiden invarianttien käsite. Molekyylirakenteen kuvaajan tyypit. Topologisten indeksien käsite. Wiener-, Randić-, Keira-Hall-indeksit ja muut topologiset indeksit. QSAR topologisia indeksejä käyttäen.

Molekyylikaavio- yhdistetty suuntaamaton graafi, joka vastaa yksitellen kemiallisen yhdisteen rakennekaavaa siten, että graafin kärjet vastaavat molekyylin atomeja ja graafin reunat vastaavat kemiallisia sidoksia näiden atomien välillä. "Molekyyligraafin" käsite on perustieto tietokonekemiassa ja kemoinformatiikassa. Kuten rakennekaava, molekyylikaavio on molekyylin malli, eikä se, kuten mikä tahansa malli, heijasta kaikkia prototyypin ominaisuuksia. Toisin kuin rakennekaava, joka osoittaa aina, mihin kemialliseen alkuaineeseen tietty atomi kuuluu, molekyyligraafin kärjet voivat olla merkitsemättömiä - tässä tapauksessa molekyylikaavio heijastaa vain molekyylin rakennetta, mutta ei koostumusta. Samoin molekyyligraafin reunat voivat olla leimaamattomia, jolloin yksittäisten ja useiden kemiallisten sidosten välillä ei tehdä eroa. Joissakin tapauksissa voidaan käyttää molekyylikaaviota, joka heijastaa vain orgaanisen yhdisteen molekyylin hiilirunkoa. Tämä abstraktiotaso on kätevä useiden kemiallisten ongelmien laskennalliseen ratkaisemiseen.

Molekyyligraafin luonnollinen jatke on reaktiograafi, jonka reunat vastaavat atomien välisten sidosten muodostumista, katkeamista ja uudelleenjärjestelyä.

"Korostamme, että R. Baderin teoriassa empiirinen ajatus additiivisuudesta perustettiin ensimmäisen kerran; tämä teoria teki mahdolliseksi antaa tiukan fysikaalisen merkityksen useille klassisen kemian teorian käsitteille. rakenne, erityisesti "valenssiviiva" (sidospolku) ja rakennekemiallinen kaava (molekyylikaavio)."

Topologinen indeksi- molekyyligraafin invariantti (invariantti on termi, joka tarkoittaa jotain muuttumatonta) tietokonekemian ongelmissa. ETämä on jokin (yleensä numeerinen) arvo (tai arvojoukko), joka luonnehtii molekyylin rakennetta. Tyypillisesti topologiset indeksit eivät heijasta kemiallisten sidosten ja atomityyppien (C, N, O jne.) moninaisuutta, vetyatomeja ei oteta huomioon. Tunnetuimpia topologisia indeksejä ovat Hosoi-indeksi, Wiener-indeksi, Randić-indeksi, Balaban-indeksi ja muut.

Globaalit ja paikalliset indeksit

Hosoi-indeksi ja Wiener-indeksi ovat esimerkkejä globaaleista (tai integraalisista) topologisista indekseista, jotka heijastavat tietyn molekyylin rakennetta. Bonchev ja Polyansky ehdottivat paikallista (differentiaalista) indeksiä jokaiselle molekyylin atomille. Toinen esimerkki paikallisista indekseistä on Hosoi-indeksin muunnos.

Syrjintävoima ja superindeksit

Saman topologisen indeksin arvot useille eri molekyylikaavioille voivat olla samat. Mitä vähemmän tällaisia ​​osumia, sitä korkeampi on indeksin niin sanottu erottelukyky. Tämä kyky on indeksin tärkein ominaisuus. Sen parantamiseksi voidaan yhdistää useita topologisia indeksejä yhdeksi superindeksiksi.

Laskennallinen monimutkaisuus

Laskennallinen monimutkaisuus on toinen topologisen indeksin tärkeä ominaisuus. Monet indeksit, kuten Wiener-indeksi, Randić-indeksi ja Balaban-indeksi, lasketaan nopeilla algoritmeilla, toisin kuin esimerkiksi Hosoi-indeksi ja sen muunnelmat, joille tunnetaan vain aikaeksponentiaaliset algoritmit.

Sovellus

Topologisia indeksejä käytetään laskennallisessa kemiassa useiden yleisten ja erityisten ongelmien ratkaisemiseen. Näihin tehtäviin kuuluvat: ennalta määrättyjen ominaisuuksien omaavien aineiden etsiminen (riippuvuuksien, kuten "rakenne-ominaisuus", "rakenne-farmakologinen aktiivisuus" etsintä), rakennetietojen ensisijainen suodatus tietyn tyyppisten molekyylikaavioiden toistuvaa generointia varten, molekyylien alustava vertailu kaavioita testattaessa niitä isomorfismin ja useiden muiden varalta. Topologinen indeksi riippuu vain molekyylin rakenteesta, mutta ei sen koostumuksesta, joten saman rakenteen molekyyleillä (rakennekaavojen tasolla), mutta erilaisilla koostumuksilla, esimerkiksi furaanilla ja tiofeenilla, on samat indeksit. Tämän vaikeuden voittamiseksi on ehdotettu useita indeksejä, esimerkiksi elektronegatiivisuusindeksejä.

Vektorikuvauksessa kemiallinen rakenne liittyy molekyylikuvaajien vektoriin, joista jokainen edustaa molekyylikaavion invarianttia.

Molekyylikuvaajat. Molekyylikuvaajien tyypit.

Olemassa olevat molekyylikuvaajat voidaan jakaa seuraaviin luokkiin:

1. Fragmenttikuvaajat on olemassa kahdessa pääversiossa - binääri Ja kokonaisluku. Binäärifragmenttikuvaajat osoittavat, sisältyykö tietty fragmentti (alarakenne) rakennekaavaan, eli sisältyykö tietty alagraafi tiettyä kemiallista yhdistettä kuvaavaan molekyylikaavioon, kun taas kokonaislukufragmenttikuvaajat osoittavat, kuinka monta kertaa tietty fragmentti (alarakenne) ) sisältyy rakennekaavaan. Toisin sanoen kuinka monta kertaa tietty osagraafi sisältyy tiettyä kemiallista yhdistettä kuvaavaan molekyylikaavioon. Fragmenttikuvaajien ainutlaatuinen rooli on, että ne muodostavat deskriptoriavaruuden perustan, toisin sanoen mikä tahansa molekyylikuvaaja (ja mikä tahansa molekyyliominaisuus), joka on molekyyligraafin invariantti, voidaan yksilöllisesti hajottaa tähän perustaan. Orgaanisten yhdisteiden ominaisuuksien mallintamisen lisäksi tietokantojen kanssa työskennellessä käytetään binaarisia fragmenttikuvaajia molekyyliavainten (näyttöjen) ja molekyylisormenjälkien muodossa nopeuttamaan alirakennehakua ja järjestämään samankaltaisuushakuja.

2. Topologiset indeksit.(tietoja niistä, katso yllä)

3. Fysikaalis-kemialliset kuvaukset- nämä ovat numeerisia ominaisuuksia, jotka on saatu mallintamalla kemiallisten yhdisteiden fysikaalis-kemiallisia ominaisuuksia tai arvoja, joilla on selkeä fysikaalis-kemiallinen tulkinta. Yleisimmin käytetyt kuvaajat ovat: lipofiilisyys (LogP), molaarinen refraktio (MR), molekyylipaino (MW), vetysidoskuvaajat, molekyylitilavuudet ja pinta-alat.

4. Kvanttikemialliset kuvaajat- nämä ovat kvanttikemiallisten laskelmien tuloksena saatuja numeerisia suureita. Yleisimmin käytetyt kuvaajat ovat: rajamolekyylien kiertoradan energiat (HOMO ja LUMO), atomien osittaiset varaukset ja osittaiset sidosjärjestykset, Fukui-reaktiivisuusindeksit (vapaa valenssiindeksi, nukleofiilinen ja elektrofiilinen superdelokalisoituvuus), kationisen, anionisen ja radikaalin lokalisoinnin energiat, sähköstaattisen potentiaalijakauman dipoli- ja korkeammat moninapumomentit.

5. Molekyylikenttäkuvaajat- nämä ovat numeerisia määriä, jotka likimääräiset molekyylikenttien arvoja laskemalla hilakohtaan sijoitetun testiatomin vuorovaikutusenergian nykyisen molekyylin kanssa. 3D-QSAR-menetelmät, joista tunnetuin on CoMFA, perustuvat korrelaatioiden muodostamiseen molekyylikenttäkuvaajien arvojen ja biologisen aktiivisuuden numeerisen arvon välillä käyttämällä osittaisten pienimpien neliöiden (PLS) menetelmää.

6. Korvausvakiot L. P. Hammett esitteli ensimmäisen kerran hänen nimensä saaneen yhtälön puitteissa, joka yhdistää reaktionopeusvakiot tiettyjen orgaanisten reaktioiden luokkien tasapainovakioihin. Substituenttivakiot tulivat QSAR-käytäntöön Hancza-Fujita-yhtälön myötä, joka yhdistää biologisen aktiivisuuden substituenttivakioihin ja lipofiilisyysarvoihin. Tällä hetkellä tunnetaan useita kymmeniä substituenttivakioita.

7. Farmakoforikuvaajat osoittavat, voidaanko analysoitavaan molekyyliin sisältyä yksinkertaisimmat farmakoforit, jotka koostuvat farmakoforikeskusten pareista tai kolmoiskappaleista tietyllä etäisyydellä niiden välillä.

8. Molekyylien samankaltaisuuden kuvaajat osoittavat samankaltaisuuden (molekyylisen samankaltaisuuden) mittaa harjoitussarjan yhdisteiden kanssa.

Wiener-indeksi(englanniksi Wiener-indeksi), joka tunnetaan myös nimellä Wiener-luku, on suuntaamattoman graafin topologinen indeksi, joka määritellään lyhimpien polkujen (englanniksi) d(vi,vj) summana graafin kärkien välillä:

Randić-indeksi ( Englanti Randić-indeksi), tunnetaan myös yhteysindeksi suuntaamattoman graafin, on reunojen myötävaikutusten summa, jossa v i Ja v j- kärjet, jotka muodostavat reunan, d(vk) - vertex-aste vk:

Randić-indeksille on ominaista hyvä erottamiskyky, mutta se ei ole täydellinen invariantti. Alla oleville kaaviopareille se on sama, vaikka kaaviot eivät ole isomorfisia.

MUUTTUVUUS RAKENTEIDEN MONIPUOLISUUS JA ORGAANISTEN YHDISTEIDEN ORGAANISET YHDISTEET MOLEKyyLEJEN MUODOT JA MUODOT MOLEKyyLIT L. P. OLEKHNOVICH g. ja. ygTspzyZau KUTU‚TNLI „UTY‰‡ TЪ‚VMM˚I YML‚V TLIV, KUTU‚-M‡-SUMY Kysymys orgaanisen hiilen peilikonfiguraalisen isomerian ZZTSSZATS syntyperästä ja eri tyypeistä - orgaaninen kemia - Orgaaninen kemia - erottuu rakenteensa monipuolisuudesta ja äärimmäisistä kiloista keskustellaan useiden yksittäisten yhteyksien soveltamisesta. Tunnettujen orgaanisten yhdisteiden kokonaismäärä - graafiteorian elementit. Yli kymmenen miljoonaa kappaletta täydennetään vuosittain kymmenillä tuhansilla uusilla laboratorioissa syntetisoiduilla aineilla. Orgaaninen kemia yllättää molekyylianalyysin monilla molekyyliluokilla, joiden rakenteessa ei ensi silmäyksellä näy mitään logiikkaa. Pääsyy sellaisten organisaatioiden syntymiseen, joita ei voida helposti luetella (>107) organisaatioita ovat valistuneet. Eri yhdisteet ovat akiraalisen ja keskeisen alkuaineen - hiilen - ainutlaatuisia ominaisuuksia. kiraaliset yhdisteet ovat Hiiliyhdisteiden maailma on ehtymätön yhdistelmä vaihtoehtoja ja menetelmiä luokiteltujen konstruointiin. molekyylejä, joissa on n C-atomia, m O-atomia, k-N, l-S, h-P jne. k‡TTPUЪ VM˚ ‚UF UT˚ schgTseZnkh ntsikaa YkDoyZ F ULTıUK‰VMLfl PMU„U-Z abyEkDZaip eigTsdmg U· ‡BLfl ‚L‡ ‡BLfl ‚L‡‡ ‡BLfl ‚L‰V‡ taloudellista käyttöä mutta tilava matematiikan kieli kaavoissa ja laskelmissa kemistit käyttävät erityistä kieltä yhdisteiden rakenteen kirjaamiseen. Tätä kieltä ei erityisesti käytetä orgaanisessa kemiassa "SCHU:n" lukuisia alaluokkia koskevien ideoiden järjestämiseen. d ‡ЪNU UT‚В˘В- jättimäinen valikoima molekyylejä. Käyttääkseen vähemmän aikaa ja tilaa rakennekaavojen kuvaamiseen, orgaaniset kemistit eivät usein vaivaudu atomien nimeämiseen. Tämä tekniikka M‡ UTMU‚V F V‰ТЪ‡‚OV- on erityisen kätevä, kun ei oteta huomioon tietyn yhdisteen ominaisuuksia, vaan mo- b LL, BUT‡TTLSHLˆL U‚ sarjan rakenteen ja muodon yleisiä kuvioita. ‡ - lekyylit. Joten sen sijaan, että piirrettäisiin kirjain M˚ UTU·VMMUTL TJUV- hiili- ja vetyatomien nimitykset kaikissa rakenneisomeereissä, esimerkiksi raja- © ІOVıMU‚L˜ g.i. , 1997 MLfl TLPPV L˜M˚ı L heksaanihiilivetyä – C6H14, kuvattu ‡TLPPV L˜M˚ı TUV‰LMV-kaavioilla (kaavio 1) MLI, ‰‡MU UV V‰WOVMLV¸‰‰WOVMLV¸‡‡ L. Kaavio 1 44 lykyljZldav jEkDbjZDnTsg'zhv LmkzDg, nro 2, 1997 Kaavioiden (pisteiden) kärjet ovat hiiliatomeja, yhdisteitä, kuvaavat myös kompleksisia muunnoksia ja niitä yhdistävät viivat (reunat) ovat C–C-sidoksia. molekyylit (reaktiot) ja ymmärtävät toisiaan. Koska hiili on neliarvoinen ja vety on yksiarvoinen, on selvää, että graafin päätepisteissä (vapaissa) tulee olla kolme H-atomia, graafien kanssa . Tässä teoriassa graafin G, jonka kertaluokkaa on n, määritetään tyypin keskiarvopisteillä - kaksi kutakin, ja se on tertiäärinen ei-tyhjänä kärkien joukkona V1, V2, ..., Vn. vetyatomit kvaternaarisissa pisteissä kutsuvat eri pisteet. Graafisten teoria alkoi L. Eulerin kuuluisilla argumenteilla. Yllä olevat graafit eivät siis ole (1736) Königsbergin silloista, joissa kaavat olivat täydellisiä, mutta ne riittävät esittämään kriteerit graafin kaikkien reunojen läpikulkuun ilman hiilivetyjen poikkirakenneisomeerejä. Alla on terveisiä sekä hänen muita teoksiaan, jotka liittyvät Madenan tyydyttymättömien hiilivetymolekyylien kaavioihin, joissa on temaattisia pulmia ja viihdettä. kaksois- (C=C) ja kolmoissidokset (C≡C) sekä G. Kirchhoffin (1847) ja W. Hamiltonin kaavioita joistakin syklisistä ja kehyshiilistä (taulukko 1). (1859). A. Cayley (1857, 1874–1875) yleisti ensimmäisenä trigonaalisen graafin (kaavio 2) käyttämään graafiesityksiä (erittäin erilaisten molekyylien lukujen luetteloita. graafi "puut") isomeerien lukumäärän laskemisen yhteydessä. ensimmäinen termi useita tyydyttyneitä hiilivetyjä.Täten alkaanien graafiset (graafiset) muodot. Todellakin, vain la-yhteyden avulla saadaan taloudellinen esitys graafiteorian tärkeästä laitteesta (Pólyan lause, 1937) sen mahdollisista erityisistä ja yleisimmistä malleista, mutta se ratkaisee kaikkien rakenteiden ja muotojen numeroinnin (luettelon) ongelman. Kemisteille molekyylien CnH2n + 2, CnH2n samanlaiset rakenteelliset isomeerit, kaaviot riittävät, jotta ilman pitkiä nimiä CnH2n - 2, CnH2n - 4 jne. (katso heksaani-isomeerien kaavioita), Taulukko 1 Z,Buteenin E-isomeerit-2ZE H3C CH CH CH3.R . 1,3-dimetyyli-3-kumuleenin R,L-isomeerit L. Z. . E. 1,4-dimetyyli-4-kumuleenin Z,E-isomeerit. . . . . . Dimetyyliasetyleeni 1,4-dimetyylibiasetyleeni Ksyleenit Bentseeni Tolueeni orto-meta-para- Sykliset tyydyttyneet hiilivedyt Syklopropaani Syklobutaani Syklopentaani Sykloheksaani ja niin edelleen. ezyYYYEKDBATS lnkyTszaa oike eigTsdmg ykYDzauTsldap lyTSSazTszav 45 O 2− O − CH2 + F B C N C = F F O O O O H2C CH2 Trifluoridi Happaman jäännöksen anioni substituoitu hiilen substituutio happo2 skeveiinijohdannainen boorimetaani kationi s nkaa DlaeeTsnka eigTsdmg, vedyt, kun "manuaalisesti", suurella n:llä tämä vie paljon aikaa. Tällä hetkellä teoria Kääntykäämme nyt toiseen kaavioidemme piirteeseen, joka luonnollisesti tulee moniin tietoisuuksiin - huomio. Kun tarkastellaan modernin matematiikan haaroja, kuten joidenkin ympäröivien objektien topologiaa (mukaan lukien logiikka ja kombinatoriikka, lineaarinen algebra ja molekyyligraafiteoria), niin usein toteutetaan ryhmät, todennäköisyysteoria ja numeerinen analyysi. On myös tietoisesti kontrolloimattomia operaatioita, joita käytetään menestyksekkäästi fysiikassa, kemiassa, genetiikassa, joissa havaitaan esineen osien vastaavuus toisiinsa. Muinaiset kreikkalaiset tietojenkäsittelytieteessä, arkkitehtuurissa, sosiologiassa ja kielitieteessä. kuvaamiseen käytettiin termiä "yhtenäinen" (σιеёετροσ). "Kielen" ominaisuudet on syytä pitää mielessä sellaiset keskinäisen järjestelyn piirteet, relaatiograafit: esineen osia, jotka määräävät sen symmetrisen ulkonäön, muodon - tiukka symmetria; molekyylikaaviot formalisoivat rakennusten kytkennät, kiteet, mineraalit, kaksipuolinen symmetria, mukaan lukien pääsääntöisesti useita (kaksi ja kasvien lehtien geometria, kiertosymmetria enemmän) atomien-pisteiden lajikkeita; kukkia jne. jos graafien yleinen teoria sallii tuoton Objektit ovat symmetrisiä, jos yhdestä ver- niiden osien suhteellinen sijoittelu sallii tällaiset väylät (mukaan lukien eristetyt kärjet kierrosten aikana, sisäiset heijastukset, täydellinen reunojen puuttuminen), sitten kärkien kemialliset versiot (kiertojen ja heijastusten yhdistelmä), graafissa tulee olla täsmälleen yhtä monta reunaa (jonka yhteys jättää ne (objektit) ennalleen), mikä on graafien valenssi (koordinaatioluku) , muuttaa ne itsestään. Kemiallisen yhdisteen symmetrian antaman atomin rakenne; ric objektit on sellainen, että sille on tunnusomaista ainakin yksi seuraavista kemiallisen graafin kärjen elementeistä symmetrian ohella: reunojen suuntien on oltava selkeästi suunnattuja, peiliheijastustasot σ (S1) - koska ne edustavat symmetrian nopeuden suhteellista sijaintia, jolloin objektit koostuvat molekyyleissä olevista atomeista sekä identtisten, peili-identtisten atomipuoliskojen sidosten välisistä kulmista: tetraedriselle hiiliatomille nämä (katso. kaaviot kaavioissa 1, 2 ja taulukossa. 1); kulmat ovat yleensä 109,5°, trigonaalisille tasoille - 120°, digonaalisille, asetyleeni - symmetria-akseleille Cn, n = 2, 3, 4, ..., - kappaleen osia - 180°, mutta voi olla poikkeukset (katso kartan kaaviot on yhdistetty, kuten koko objekti, sen pokasaaliset hiilivedyt taulukossa 1) ja kolmiulotteiset (käännetty kulmissa 2π / n (katso taulukko 1 ja kaavio 2); suuri) graafiprojektiot ovat välttämättömiä esipeilin pyörimisakselille Sn, S2 = i on molekyylikonfiguraatioiden järjestelykeskus. inversio - on yhdistelmä C2 + S1, S4 = com- Kokeellinen kemistien suunnittelu, yhdistelmät C4 + S1 (katso buteeni-2:n E-isomeerit, jopa insinöörien tapaan, uusien, aiemmin tuntemattomien kumuleenien, tetraedrin ja kuubaanin kaavioita taulukossa . 1). yhteyksiä, miettiä ja toteuttaa menetelmiä niille Objekti on epäsymmetrinen, jos sen sisäinen synteesi. Teoreettiset kemistit vertailevat rakennetta ja ulkoista muotoa; on mahdotonta luonnehtia kvanttikemiallisten laskelmien ominaisanalyysiä millä tahansa luetelluista alkuaineista - joskus hyvin erilaisia ​​rakenteita ominaisuuksien paljastamiseksi (ks. heksaanin 2. ja 4. isomeeri Kaavio 1, atomien välisten etäisyyksien ja ras-alaniinin muutosten rajat kaaviossa 3). Tällaisille kohteille on yhteinen elektronien jakauma ioneissa ja molekyyleissä, edellinen triviaali symmetriaoperaatio on C1. laita yhteen kaavioon (katso kaavio 2). Graafinen- C1:n kääntäminen 360° (2π) yhdistää epäsymmetriset kaavat, joista on tullut yleisiä hieman enemmän kuin esine itseensä. Tietenkin toiminnan toiminta - 100 vuotta sitten, ja kemian C1 graafisen viestintäkieli yhdistyvät itseensä ja kaikki on symmetrisesti - parantuu jatkuvasti. ny esineitä, koska tämä kierto on triviaali. 46 lykyyli Zldav yEkDbjZDnTsgzhv LmkzDg, ‹2, 1997 3 3 H H H H H H COOH H3C COOH HOOC CH3 C 2 C C C 2 C 1 4 4 1 H H H2N H H2N H H2N H2N H2N H2N H2N H2N H2N H2N skeliini skeliini NH2 Metalanlymeemi es s, pallot - esimerkkejä objekteissa, joissa on epäsymmetrinen molekyyli (alaniini), on peili - äärettömät joukot kaikkia symmetriaelementtejä - tupla - kaksois (katso kaavio 3). S1(σ), Cn, Sn. Pallo on kohdistettu itsensä kanssa missä tahansa kierrossa, missä tahansa peilin suunnassa. Vuosisadamme 60–70-luvulla stereotasojen ja sen läpi kulkevien pyörimisakseleiden tutkijat, kemistit R. Kahn, K. Ingold ja V. Prelog kehittivät keskuksen . Siksi oikeat kuperat monitahoiset yleiset säännöt päällekkäisten komponenttien (tetraedri, kuutio, oktaedri, dodekaedri, ikosaedri - samankaltaiset tyypit vasemmalle (l) ja oikealle (r) osoittamiseen: ihanteelliset platoniset kiinteät aineet, joihin on kirjoitettu substituentit (atomit) liittyy pallon epäsymmetriaan, vaikka niillä on äärelliset joukot alkuainehiiltä tai muita atomisymmetriakeskuksia, mutta niiden lukumäärä ja monimuotoisuus lajitellaan aina niiden hierarkian ja vanhimpien (mutta suurempiin verrattuna muihin monitahoisiin) mukaan. mitta 1) on se, jolla on suurin On pitkään huomattu, että jos epäsymmetrinen atomimassa: alaniinissa (kaavio 3) 14N on vanhempi kuin 12C, ja tämä luku heijastuu peilitasoon, joka sijaitsee hiiliatomien joukossa. metyyli- ja karboksyyliryhmät ovat vanhempia kuin jälkimmäinen: se on yhteydessä tämän kohteen ulkopuolelle sijoitetun raskaan 16O:n kanssa, jolloin saadaan luku, kun taas ensimmäinen on kevyen 1H:n kanssa; tarkkuus on samanlainen kuin alkuperäinen, mutta ei yhteensopiva ensimmäisen kanssa minkään vaihdon ja kierroksen osalta. Seuraaja-tarkkailija on suuntautunut (tietysti henkisesti kaikki epäsymmetriset esineet voidaan suolata) kohti molekyyliä tai molekyyli on suunnattu peilimäisten kaksosten sijoittamiseen. On tavallista, että tarkkailija huomaa, että hiiliesimerkkejä tästä ovat kengät ja hansikkamme, vasenta keskustaa "varjostaa" nuorin substituentti (N) ja jonka oikeat hahmoparit sopivat vastaavasti, ja jos samaan aikaan. aika peräkkäisen kappaleen liikerata vasemmalle ja oikealle peilataan -kaksoisäärillinen siirtymä vanhimmasta nuorimpaan (joita ei peitä yleisesti tasosymmetriset) substituentimme (eli ensimmäisestä numerosta lukuihin. Kristallografit useita vuosisatoja sitten seuraava) on samanlainen kuin kelloosoittimien liike, totesi peilimäisen yleisyyden, niin konfiguraatio on ehdottoman oikea (r), jos kaksi enantiomorfista muotoa epäorgaanisessa maailmassa ovat suu, niin se on ehdottomasti vasen (l). vasen ja oikea kvartsin, turmaliinin, kalsiitin kiteet (Island Spar). Esitettyämme ajatuksia täysin vasemmasta ja oikeasta konfiguraatiosta, meidän on varoitettava peili-isomeriasta, enantiomeriasta, tämän absoluuttisuuden orgaanisessa suhteellisuusteoriassa. Zerce-kemialliset operaatiot ovat hyvin yleinen ilmiö. cal heijastus vastaa P – inversio ko- Sen löydön prioriteetti menneisyyden taulukon keskellä- objektin kaikkien atomien ja subatomisten osien ordinaatit. Koska Theurin sisäistä rakennetta, joka kiinnitti huomion atomihiukkasten (elektronien) ja alaatomien (kvarkit, kalium-ammoniumviinihapposuolojen kiteiden gluomuodot) peilimäiseen samankaltaisuuteen, ei kuitenkaan tunneta, fysiikan operaatiota P täydennetään foorihapoilla. Pasteurin nimi liittyy varauskonjugaatio C -stereokemian pienen operaation muodostumiseen, joka perustuu ongelmiin, jotka liittyvät sim- muutoksen vastakkaisiin varauksiin ja molekyylien geometriaan ja epäsymmetriaan, niiden rakenteeseen (muotoon) ja muihin antipodeaaleihin. atomin kvanttiominaisuudet - kolmiulotteisessa avaruudessa. Tärkeä virstanpylväs (protonit, neutronit, elektronit) ja subatomisen stereokemian kehityksessä oli vuonna 1874 ehdotettu hiukkasten (kvarkit, gluonit) sekä Ya:n toiminta. Van't Hoff ja J. Le Bel kappaleen kaikkien komponenttien liikesuuntien tetraedrinen inversio (hiiliatomin liikemäärä ja malli. Jos liikemäärän yksinkertaisimmassa karbonamentissa), korodi, jonka kuvio on samanlainen kuin high-symtory vastaa ajan käänteistä T. Poetometrinen tetraedri, - metaani vetyatomit, varsinainen rajoittava inversio on peräkkäinen korvaaminen (korvaaminen) muilla atomeilla - yhdistetty CPT-operaatio. Tästä seuraa atomiryhmien ja ryhmien välillä, että symmetria, joka on esimerkiksi syntyneiden molekyylien alkuperäisen absoluuttinen antipodi, pienenee nopeasti. R-molekyylin jälkeen täytyy olla sen l-partneri, mutta kolmesta tällaisesta menettelystä koostuvan antiaineen tetraedrihiileen ja keskukseen on kytketty jo neljä erilaista substituenttia ajassa ja päinvastoin. Ideoita P-, C- ja T-operaattoreiden yhdistämiseen ygTspzyZau g.i. ezyYyyEkDbaTs lnkyTsza a oike eigTsdmg ykYDzauTsldap lyTSSazTszav 47 symmetriaa kuuluvat G. Lüdersille ja W. Paulille yhdistyäkseen äärettömän symmetriseksi palloksi, sitten kaikki (1954–1955). alkuperäisen kohteen symmetriaelementit ovat degradoituneet jättimäisten mahdollisuuksien vuoksi täysin vaihtelevasti, eli sitoutumaan kykenevien atomien ja atomiryhmien epäsymmetrinen "lisäys" muuttaa hiilen kanssa täydellisesti symmetrisen (singletin), periaatteessa äärettömän realisoitavan kohteen. enantiomeeristen duplettien luokka. Ei kuitenkaan pidä olettaa, että asymmetristen hiilikeskittymien molekyylien enantiomerismi on mahdotonta symmetristen kuvioiden (molekyylien) joukossa. mi. Huomioikaa niiden perusominaisuus: muistakaamme yksinkertainen säännönmukaisuus: olipa kyseessä peili epäsymmetrinen hiili tai jokin muu atomi, konfiguraatioisomeria, todella mahdoton keskus voidaan sijoittaa substituenttina esineiden (molekyylien) riveihin, joilla on jokaisessa erittäin symmetrisen kohteen kärjet (on - symmetriatason sisäisten elementtien laatu - esim. tetraedri, kuuba; Taulukko 1) ja jopa peiliheijastusimu σ (S1) ja/tai peili-Taulukko 2 C2 C2 R L . . (CH 2) n (CH 2) n R, L-trans-syklo-okteenit R, L-trans-sykloetyleenit C2 C2 C2 C2 C2 C2 Twistan R L Z Z -symmetriabifenyylit C2 Z Z R L - symmetriatrifenyylimetaanit C3 L R C2 R Heksagelikeenit, L Spi jouset, ruuvit, ruuvit, mutterit, pultit 48 lykylZldav jEkDbyZDnTsgzhv LmkzDg, ‹2, 1997 pyörivät akselit i (S2, 3, 4, ...). Kun tällaiset d:t heijastuvat, ne ovat topologisesti kiraalisia molekyylejä (niiden muodot ulomman peilitason mukaan ovat naneja, solmuja kaaviossa 4). kopioi alkuperäisten kanssa identtiset objektit (katso kaavio Kuitenkin osioinnin konventio on ilmeinen kaavioiden 1, 2 ja taulukon 1 valossa). Päinvastoin, jos R. Kahnin, K. Ingoldin ja V. Prelonien objektien (molekyylien) kehittämälle rakenteelle on ominaista enantiomeeristen konfiguraatioiden (σ, i) osoittamissääntöjen puuttuminen, joita täydentävät niiden seuraajat sisäiset peilisymmetriaelementit Sn , mutta ne ovat symmetrisiä suhteessa molekyylien pyörimiseen R- tai L-riveihin, nämä ovat pyöreitä, spi- Cn (n = 2, 3, 4, ...), silloin tällaiset luvut ovat aina R, L-dual ( kiraaliset) liikkeet pitkin (R) tai lentämistä vastaan. Yksinkertaisin esimerkki on 1,3-dimetyyli-3-cumu-(L)-kellon osoittimet peräkkäisellä jakautumisella (taulukko 1) ja kaikki sen homologit, joissa on pariton luku riippuen substituenttien, hiiliatomien ”vanhuudesta” (painosta). lineaarisessa piirissä. Taulukossa 2 esitetty (kaavio 3) atomikeskuksen ympärillä - meillä on joitakin R, L-dubletteja suuresta joukosta a, valittu taso - b (trans-sykloetyleenit, molekyylit, jotka ovat symmetrisiä kiertojen suhteen. Taulukko 2), kun kierretään potkurien ääriviivat - c , vin- Huomaa, että niissä ei ole lainkaan epäsymmetriaa - r, solmut - d taulukossa. 2, kaaviossa 4. on monia hiilikeskuksia. Teknologiassa bifenyylien ja trifenyylimetyylien molekyylit ovat samanlaisia ​​kuin tuulettimen siipien, potkurien ja turbiinien roottorien muodot; Helikeenimolekyylien hahmot ovat samanlaisia ​​kuin spiraalit, jouset, ruuvit, ruuvien vasen ja oikea kierteet. Lyhyeksi kuvaukseksi 1800- ja 1900-luvun vaihteessa käsitellystä ilmiöstä lordi Kelvin Trefoil-solmu (CH2)m, jonka suuntainen ja ei-minimi m = 66, ehdotti termiä "kiraalisuus" (kreikan sanasta χειρ - käsi). identtiset renkaat Venäjän kielessä käytetään kahta tämän termin ääntämisen ja oikeinkirjoituksen muunnelmaa: kiraalisuutta ja kaavion 4 kiraalisuutta. Kirjoittaja yhdessä fyysikkojen kanssa suosii ensimmäistä. Konjugoituu peiliheijastuksen toiminnalla (koordinaattien inversio P) mo- Siksi tarkalleen ottaen ei ole olemassa molekyylejä - enantiomeeristen duplettien komponentteja - kvalitatiivisesti erilaisia ​​molekyylikiraalisuutta. eroavat vain yhden ominaisuuden osalta - pro- Esimerkiksi topologiseksi kiraaliseksi kutsutut kiertokulman d vastakkaiset merkit +(R) ja −(L) kaaviossa 4 ovat vain heijastus valon polarisaatiotason rakenteesta. Kuvattujen molekyylien samankaltaisia ​​piirteitä ovat se, että myös antipodaaliset (+, −) suhteet ovat tyypillisiä niiden yksittäisille osille, joita ei pidä yhdessä kemiallisten magneettien napojen, varausten ja muiden kvanttisidosten napoihin, vaan molekyylin rakenteen topologia. ketjut (atomien ja subatomisten hiukkasten ominaisuudet. Tällaiset tenans), suljetut spiraalit ja solmut; fyysikot kutsuvat niiden kiraalista suhdetta kiraaliseksi sym- (R, L) -muodoksi, joka on melko samanlainen kuin propellemetrinen muoto. oja – sisään ja spiraalit – g. Siksi kaikki edellä mainitut molekyylien kiraalisuuden tyypit ovat kvantitatiivisesti, synteettisten kemistien ponnistelujen ansiosta, yhdenmukaisesti: merkki (+, −) ja kvantitatiivisesti stereorakenteen ongelmien avulla viime aikoina Polarisaatiotason kiertokulman arvot vuosikymmenien ajan ovat tulleet tunnetuiksi ja saatavilla hyvin monenlaisilla valon aallonpituuksilla. lukuisia, mukaan lukien eksoottisia, tyyppejä ki- Kuitenkin tiedetään myös, että polyraalisissa molekyyleissä (katso taulukko 2 ja kaavio 4). Hyväksytään, että keskushermoston kiraalisten (r tai l) ami- ota huomioon, että kiraalisten kemiallisten happojen, ribonukleotidien, lopullisten yhdisteiden kokonaiskiraalisuus jakautuu viiteen tyyppiin vastaavassa polymeerissä (proteiini, DNA) ei voida arvioida. symmetrisillä rakenteellisilla ominaisuuksilla: yksittäisten chian triviaalisummalla – kiraalisen keskuksen omaavilla molekyyleillä ei ole yksikköreliteettejä: Σrn(ln) . Tämä summa "tilavuus- ei symmetriaelementtejä, paitsi elementti letsya" spiraali (kierteinen) kiraalisuus-identiteetti C1 (esimerkkejä - aminohapot (ala- makromolekyylit, joilla on oma merkki (+R h, −Lh) ja nin kaaviossa 3) ), sokerit-hiilihydraatit ); itseisarvo, b – tasokiraaliset symmetriamolekyylit Nr (l) ∑ l (r) ⊂ R (L). h h C1 ja/tai C2 (valittu rakenne-elementti on taso n n (1) luu, esimerkkejä ovat trans-sykloetyleenit taulukossa 2); Se tosiasia, että Akivan säännöllinen ortokondensaatio - aksiaalisesti kiraaliset molekyylit symmetrisistä bentseenirenkaista johtaa myös spiriumiin Cn (on potkurien tai hakaristien muotoisia, ral heliseenejä (taulukko 2), vain vahvistetut esimerkit - twistaani, bifenyyli, trifenyylimetaani yleinen sääntö: ja taulukon 2 ympyräyhdistelmä jne.); sopivan rakenteen omaavat akiraaliset monomeerit ja d – symmetriset helikaal-kiraaliset molekyylit kiraalisten (vain r C2 (ominainen muoto on heliksi, esimerkkejä ovat heksa- tai vain l) yksiköiden lineaarinen polykondensaatio johtavat automaattisesti spigelisiiniin taulukossa 2, proteiinit, DNA); polymeerin ral-muoto. Voidaan olettaa, että ygTspzyZau g.i. Tällaisten makromolekyylien 49 rivissä toteutuu tietty kiraalisuuden symmetria, joka vastaa ria Sn:ää, konfiguraatiollisesti yksiselitteistä (singletti), stereorakenteen tasojen hierarkiaa. Esimerkiksi per- koska niiden sisäinen rakenne on P-parillinen. Hemoglobiinin rakenteen objektiiviset, sekundaariset, tertiaariset ja kvaternaariset tasot, joilla ei ole rakenteen sisäistä P-pariteettia, ovat ilmeisesti luonteeltaan (ei symmetriaelementtejä Sn), ovat aina sekvenssien "sisäkkäinen-kuvannollisesti kaksi" välissä. -arvottu (doubletti, vasen + kiraalisuudet” tyyppi (1) yksittäisten kiraalisuuden summa). Jotta P-parillisesta kohteesta saadaan sen koaminohapot polypeppian helikaaliseen kiraalisuuteen, riittää yksi Pσ(i)-operaatio, mutta näiden kahden kopioimiseksi P-parittoman "globulaariseen" kiraalisuuteen. Objekti, tarvitaan kaksi tertiääristä tasoa, lopuksi nämä kolme - "superperäkkäisiin P-operaatioihin: yhdistyneiden pallosten kvartetin (tetraedrin) lekulaariseen" kiraalisuuteen. Tästä muuten seuraa, että polymeerien ja niiden liitännäisten stereokemia tulee ottaa huomioon lueteltujen lisäksi. Huomaa kuitenkin, että kaikilla ympärillämme ei ole myös "pallomaista" - e ja "supramolekulaarista" meitä. elävä ja eloton luonto P-odd” – kiraalisuuden tyypit. Seuraavista kohteista löydät helposti kaksoiskumppanien vasemman tai oikean primaarisen (rakenteellisen) ylemmän konfiguraation, esimerkiksi makromolekyylien valitut puun organisointitasot leikkivät metsässä tai kivi rauniokasosta. Huomattakoon vielä, että ratkaiseva rooli niiden toiminnassa kehossa on se, että kiraalinen symmetria on ehdottoman (100%) tärkeä. Näin ollen biokemialliset reaktiot, joissa on mukana orgaanisten entsyymien P-parittomia molekyylejä, suoritetaan tehokkaasti vain yhdisteissä, jotka ovat osa kaikkia eläviä elimiä, kun planeetallamme on aiemmin havaittu komismia. Jos nämä ovat aminohappoja, jalostus, toisin sanoen "tunnustaminen", näiden molekyylien valinta jää vain (l); jos sokerit ovat hiilihydraatteja, niin vain jäähtyä reagensseja ja substraatteja, ominaisuuksia config-right (r); jos nämä ovat biopolymeerejä, niin ne ovat spiraaleja, joista (joista "luvut") ovat ihanteellisesti, mutta vain oikealle kierrettyinä (proteiinit, DNA). Tämä on yhdenmukainen vastaavan kuvion, jota kutsutaan kiraalisiksi epäsymmetrisiksi onteloiksi entsyymipalloissa, ääriviivojen ja muotojen kanssa. Biosfäärin jokapäiväinen anaria oli myös ensimmäinen, joka kiinnitti huomion L. Pasteuria ehdottaneen D. Koshlandin tällaisen täydentämisen lokiin. elänyt miettien avaimen ja lukon vastaavuutta. ganTskDnmkD dakDguzD DlaeeTsnka 1. Yleinen orgaaninen kemia: Trans. englannista M.: Kemia, tehdään yhteenveto yllä olevasta. Tämä artikkeli on ennen 1981–1986. T. 1–12. Tavoitteena tulisi olla osoittaa, että rajattomassa per- 2. Zhdanov Yu.A. Hiili ja elämä. Rostov n/d: Kustantajan näkemys orgaanisen kemian materiaalista helpommin kuin Venäjän valtionyliopisto, 1968. 131 s. navigoida, jos hallitset graafin periaatteet- 3. Tatt U. Graafiteoria. M.: Mir, 1988. kuvat molekyylien rakenteen yleisimmistä ominaisuuksista sekä niiden arvioinnin periaatteet 4. Sokolov V.I. Johdatus teoreettisiin stereokonfiguraatioihin – muodot kolmiulotteisessa tilakemiassa. M.: Nauka, 1982; Edistystä kemiassa. 1973. T. 42. ve - perustuu symmetrian ja epäsymmetrian ideoihin. Pop s. 1037–1051. jälkimmäiset sisältävät ajatuksia tärkeimmistä 5. Nogradi M. Stereokemia. M.: Mir, 1984. symmetriakaiuttimet: tasot, akselit ja peili- 6. Hargittai I., Hargittai M. Symmetriaa pyörivien akseleiden silmin, joita käytetään kemistien tunnistamisessa. M.: Mir, 1989. molekyylien rakenteen sisäiset piirteet, jotka 7. Filippovich I.V., Sorokina N.I. // Edistetään. Nämä määräävät niiden ulkonäön, muodon ja lopulta biologian. 1983. T. 95. s. 163–178. niiden tärkeimmät ominaisuudet. Molekyylien "lajittelussa" symmetrisiksi ja * * * epäsymmetrisiksi, erityinen rooli on peiliheijastusoperaattorilla – koordinaattien inversiolla Lev Petrovitš Olehnovich, kemian tohtori R. Operaattori Pσ kaikkien osien koordinaatit (atouk, professori, kemian laitoksen johtaja luonnollisesta ja mov) -objektista, joka sijaitsee Rostov-lentokoneen valittujen korkeamolekyylisten yhdisteiden vasemmalla puolella, asettaa sen yksiselitteiseen osuuskuntayliopiston kirjeenvaihtoon, johtaja. Kemiallisen tiedekunnan ja Fysiikan tutkimuslaitoksen molekyylien sisäisen dynamiikan käänteisen (heijastuneen) objektin dinatan laboratorio tämän tason oikealla puolella. Operaattori Pi toteuttaa Venäjän valtionyliopiston sic- ja orgaanista kemiaa, vastaava termi on Venäjän luonnontieteiden akatemian suhteellinen-pondentin samanlainen koordinaattien käännös. vaan kohteen ulkopuolelta valittu piste (on helppo selvittää Tieteellisten kiinnostuksen kohteiden alue: orgaaninen synteesi ja tarkistaa, että Pi-operaattorin vaikutuksesta, myös molekyylien uudelleenjärjestelyjen kinetiikka ja mekanismit, objektin peilikaksoisosa on saatu, mutta todennettu, stereokemia ja stereodynamiikka. Yhteistekijä 180°). Objektit (molekyylit), kaksi monografiaa ja yli 370 tieteellisen artikkelin kirjoittaja. 50 tykkääjää Zldav yEkDbyZDnTsg'zkhv LmkzDg, nro 2, 1997

Kirjoittaja: Chemical Encyclopedia I.L. Knunyants

GRAAFIN TEORIA kemiassa äärellisen matematiikan haaraa, joka tutkii diskreettejä rakenteita, kutsutaan graafiksi; käytetään erilaisten teoreettisten ongelmien ratkaisemiseen. ja sovelletut ongelmat.

Jonkin verran peruskonseptit. Graafi on kokoelma pisteitä (pisteitä) ja kokoelma näiden pisteiden pareja (ei välttämättä kaikkia), jotka on yhdistetty viivoilla (kuva 1,k). Jos kaavion viivat ovat suunnattuja (eli nuolet osoittavat kärkien yhdistämissuunnan), niitä kutsutaan kaariksi tai haaroiksi; jos suuntaamaton, - reunat. Resp. kuvaajaa, joka sisältää vain kaaria, kutsutaan suunnatuksi tai kahdeksi; vain reuna-suuntautumaton; kaaria ja kylkiluita sekoitettuna. Graafia, jolla on useita reunoja, kutsutaan multigrafiksi; graafi, joka sisältää vain sen kahteen disjunktiseen osajoukkoon (osaan) kuuluvat reunat, on kaksiosainen; kaaret (reunat) ja (tai) kärjet, Krimille vastaavat tiettyjä painoja tai numeroarvoja k.-l. parametrit - painotettu. Graafissa oleva polku on vuorotteleva pisteiden ja kaarien sarja, jossa mikään pisteistä ei toistu (esimerkiksi a, b kuvassa 1,a); ääriviiva - suljettu polku, jossa ensimmäinen ja viimeinen kärki kohtaavat (esimerkiksi f, h); silmukkakaari (reuna), joka alkaa ja päättyy samaan kärkeen. Graafin polku on reunojen sarja, jossa yksikään kärki ei toistu (esimerkiksi c, d, e); sykli on suljettu ketju, jossa sen alku- ja loppupisteet yhtyvät. Graafia kutsutaan yhdistetyksi, jos mikä tahansa sen kärkien pari on yhdistetty ketjulla tai polulla; muuten graafin sanotaan olevan irti.

Puuhun yhdistetty suuntaamaton graafi, joka ei sisällä syklejä tai ääriviivoja (Kuva 1, b). Graafin ylittävä osagraafi on sen osajoukko, joka sisältää kaikki kärjet ja vain tietyt reunat. Graafin virittävä puu on sen virittävä osagraafi, joka on puu. Graafia kutsutaan isomorfiseksi, jos niiden kärkien ja kulmien (kaarien) välillä on yksi yhteen vastaavuus.

Graafiteorian ja sen sovellusten ongelmien ratkaisemiseksi graafit esitetään käyttäen matriiseja (viereisyys, esiintyvyys, kaksirivinen jne.) sekä erikoismatriiseja. numeeriset ominaisuudet. Esimerkiksi vierekkäisyysmatriisissa (kuva 1c) rivit ja sarakkeet vastaavat graafin kärkien numeroita, ja sen elementit saavat arvot 0 ja 1 (vastaavasti kaaren puuttuminen ja olemassaolo välillä annettu pistepari); insidenssimatriisissa (kuva 1d) rivit vastaavat kärkien numeroita, sarakkeet vastaavat kaarien numeroita ja elementit saavat arvot 0, + 1 ja - 1 (vastaavasti poissaolo , kärkipisteeseen tulevan ja sieltä lähtevän kaaren läsnäolo). yleisimmät numeeriset ominaisuudet: kärkien lukumäärä (m), kaarien tai reunojen lukumäärä (n), syklomaattinen. graafin numero tai järjestys (n - m + k, missä k on yhdistettyjen aligraafien lukumäärä irrotetussa graafissa; esimerkiksi kuvan 1,b graafin järjestys on: 10-6+ 1 =5).

GRAFITEORIAN soveltaminen perustuu eri luokkien kemiallisten ja kemiallisteknologisten kuvaajien rakentamiseen ja analysointiin, joita kutsutaan myös topologiaksi, malleiksi, ts. malleja, jotka ottavat huomioon vain pisteiden välisten yhteyksien luonteen. Näiden kaavioiden kaaret (reunat) ja kärjet näyttävät kemian ja kemian tekniikan. käsitteitä, ilmiöitä, prosesseja tai esineitä ja vastaavasti ominaisuuksia. ja määrälliset suhteet tai erityiset suhteet niiden välillä.

Riisi. 1. Esimerkki joistakin peruskäsitteistä: a-mixed graph; b-puu (kiinteät kaareet a, h, d, f, h) ja digraafin jokin aligraafi (pisteviivat c, c, d, k, I); c, r-matriisit, vastaavasti digraafin viereisyydestä ja esiintymisestä.

Teoreettisia ongelmia. Kemiallinen graafit mahdollistavat kemiallisten muutosten ennustamisen, olemuksen selittämisen ja kemian peruskäsitteiden systematisoinnin: rakenne, konfiguraatio, konformaatiot, molekyylien kvanttimekaaniset ja tilastollis-mekaaniset vuorovaikutukset, isomeria jne. Kemialliset graafit sisältävät molekyyli-, kaksiosa- ja signaaligraafit kineettiset reaktioyhtälöt.

Molekyyligraafit, joita käytetään stereokemiassa ja rakennetopologiassa, klusterien, polymeerien kemiassa jne., ovat suuntaamattomia kuvaajia, jotka esittävät molekyylien rakenteen (kuva 2). Näiden graafien kärjet ja reunat vastaavat atomeja ja niiden välisiä kemiallisia sidoksia.

Riisi. 2. Molekyyligraafit ja -puut: a, b - eteenin ja formaldehydin multigraafit, vastaavasti; he sanovat pentaani-isomeerit (puut 4, 5 ovat isomorfisia puulle 2).

Stereokemiassa käytetään useimmiten orgaanisia aineita. puut - ydinpuiden laituri. graafit, jotka sisältävät vain kaikki atomeja C vastaavat kärjet (kuva 2, a ja b). Laiturisarjojen kokoaminen. puut ja niiden isomorfismin vahvistaminen mahdollistavat sen määrittämisen, että he sanovat. rakenne ja löydä alkaanien, alkeenien ja alkyynien isomeerien kokonaismäärä (kuva 2, c).

Mol. graafit mahdollistavat erilaisten yhdisteiden molekyylien koodaukseen, nimikkeistöön ja rakenteellisiin ominaisuuksiin (haarautumiseen, syklisyyteen jne.) liittyvät tehtävät pelkistettäväksi puhtaan matematiikan analysointiin ja vertailuun. merkkejä ja ominaisuuksia he sanovat. graafit ja niiden puut sekä niitä vastaavat matriisit. Molekyylien rakenteen ja yhdisteen fysikaalis-kemiallisten (mukaan lukien farmakologisten) ominaisuuksien välisten kvantitatiivisten korrelaatioiden tunnistamiseksi on kehitetty yli 20 ns. topologista tutkimusta. molekyylien indeksit (Wiener, Balaban, Hosoya, Plat, Randic jne.), jotka määritetään käyttämällä matriiseja ja mol:n numeerisia ominaisuuksia. puita. Esimerkiksi Wiener-indeksi W = (m 3 + m)/6, jossa m on C-atomeja vastaavien pisteiden lukumäärä, korreloi mol:n kanssa. tilavuudet ja refraktiot, muodostumisen entalpiat, viskositeetti, pintajännitys, kromatografia. kytkentävakiot, hiilivetyjen oktaaniluvut ja jopa fysioli. lekin toiminta. huumeita.

Tärkeät parametrit sanovat. Käyrät, joita käytetään tietyn aineen tautomeeristen muotojen ja niiden reaktiivisuuden määrittämiseen sekä aminohappojen, nukleiinihappojen, hiilihydraattien ja muiden monimutkaisten luonnonyhdisteiden luokitteluun, ovat myöhäistä ja täydellistä (H) tietoa. astiat. Parametri lasketaan käyttämällä Shannonin informaatioentropiakaavaa: , jossa p t on huippupisteen jäsenyyden todennäköisyys m graafista i. lajiin tai ekvivalenssiluokkaan, k; i =, Parametri (katso myös Entropia). Laiturin tutkiminen rakenteet, kuten epäorgaaniset klusterit tai Möbius-nauhat, laskevat vastaavien molekyylien isomorfismin määrittämiseen. kaavioita sijoittamalla (upotus) monimutkaisiin monitahoisiin (esimerkiksi polyhedraihin klustereiden tapauksessa) tai erityisiin. moniulotteiset pinnat (esim. Riemannin pinnat). Analyysi mol. polymeerien graafit, joiden kärjet vastaavat monomeeriyksiköitä ja reunat vastaavat niiden välisiä kemiallisia sidoksia, mahdollistavat esimerkiksi ominaisuuksiin johtavan poissuljetun tilavuuden vaikutuksen selittämisen. muutokset polymeerien ennustetuissa ominaisuuksissa.

Riisi. 3. Reaktiokaaviot: a-kaksiosainen; b-signaalin kineettiset yhtälöt; r 1, g 2 reaktiot; a1-a6-reagenssit; k-nopeusvakiot p-tsny; Laplacen muunnosmuuttujan s-kompleksisuus.

GRAPHS TEORIA ja tekoälyn periaatteita hyödyntäen on kehitetty ohjelmistoja kemian tiedonhakujärjestelmiin sekä automatisoituihin. tunnistusjärjestelmät mol. rakenteet ja järkevä suunnittelu orgaaninen. synteesi. Retrosynteettisiin menetelmiin perustuvien kemiallisten muunnosten rationaalisten reittien valintatoimintojen käytännön toteutukseen tietokoneella. (katso Retrosynteettinen analyysi) ja syntoniset periaatteet käyttävät monitasoisia haaroittuneita graafia etsiessään ratkaisuvaihtoehtoja, joiden kärjet vastaavat laituria. lähtöaineiden ja tuotteiden kaaviot ja kaaret kuvaavat aineiden muunnoksia.

Riisi. 4. Yksipiirinen kemiallistekninen järjestelmä ja vastaavat graafit: a-rakennekaavio; b, c-materiaalin virtauskaaviot kokonaismassavirtauksille ja komponentin A virtausnopeudelle; r - lämpövirtauskaavio; d-fragmentti materiaalitaseen yhtälöjärjestelmästä (f 1 - f 6), joka on saatu kuvan 1 kaavioiden analysoinnista. 4, b ja c; e-kaksiosainen tietodigrafi; g-tietokaavio, I-sekoitin; II-reaktori; III-tislauskolonni; IV-jääkaappi; I 1 - I 8 -tekniikka. purot; q-massavirtaus; H on virtauksen entalpia; i. s ja i*, s* ovat vastaavasti todellisia ja kuvitteellisia materiaali- ja lämpövirtojen lähteitä ja nieluja; reagenssin c-pitoisuus; V on reaktorin tilavuus.

Matriisiesitykset sanovat. eri yhdisteiden kuvaajat vastaavat (vastaavien matriisielementtien muuntamisen jälkeen) kvanttikemian matriisimenetelmiä. Siksi GRAPH TEORIAA käytetään suoritettaessa monimutkaisia ​​kvanttikemiallisia laskelmia: mol:ien lukumäärän, ominaisuuksien ja energioiden määrittämiseen. orbitaalit, esimerkiksi kompleksisissa yhdisteissä, ennustavat konjugoitujen vaihtoehtoisten ja ei-alternanttien polyeenien reaktiivisuutta, tunnistavat aineiden aromaattisia ja antiaromaattisia ominaisuuksia jne.

Kemiallisen fysiikan suuresta määrästä hiukkasista koostuvien järjestelmien häiriöiden tutkimiseksi käytetään ns. Feynman-diagrammeja - kaavioita, joiden kärjet vastaavat fysikaalisten hiukkasten alkeisvuorovaikutuksia, joiden reunat vastaavat niiden polkuja törmäysten jälkeen. Erityisesti nämä kaaviot mahdollistavat värähtelyreaktioiden mekanismien tutkimisen ja reaktiojärjestelmien stabiilisuuden määrittämisen.

Rational polkujen valitsemiseksi reagenssimolekyylien transformaatiolle tietylle tunnettujen vuorovaikutusten sarjalle käytetään kaksiosaisia ​​reaktiokaavioita (pisteet vastaavat molekyylejä ja nämä reaktiot, kaaret vastaavat molekyylien vuorovaikutusta reaktiossa; kuva 3,a). Tällaisten kaavioiden avulla on mahdollista kehittää interaktiivisia algoritmeja optimaalisten ratkaisujen valitsemiseksi. kemiallisten muutosten polut, jotka vaativat naim. välireaktioiden lukumäärä, min. reagenssien määrä hyväksyttävien luettelosta tai tuotteiden suurin saanto saavutetaan.

Reaktiokinetiikan yhtälöiden signaalikaaviot esittävät kineettisten yhtälöiden järjestelmät algebrallisen operaattorin muodossa (kuva 3b). Graafeiden kärjet vastaavat ns. informaatiota. muuttujat tai signaalit reagenssien pitoisuuksien muodossa, kaari-signaalisuhteet ja valokaarien painot määräytyvät kineettisillä vakioilla. Tällaisia ​​käyriä käytetään tutkittaessa kompleksisten katalyyttisten reaktioiden mekanismeja ja kinetiikkaa, kompleksisten yhdisteiden muodostumisen kompleksisia faasitasapainoja sekä liuosten additiivisten ominaisuuksien parametrien laskennassa.

Sovellettavat ongelmat. Ratkaista kemiallisen teknologian analyysin ja optimoinnin moniulotteisia ongelmia. järjestelmät (XTS) käyttävät seuraavaa kemiallista tekniikkaa. graafit (kuva 4): virtaus-, informaatiovirta-, signaali- ja luotettavuuskaaviot. Virtauskaaviot, jotka ovat painotettuja digraafeja, sisältävät parametrisia, materiaalia fysikaalisten virtausten kokonaismassavirtausnopeuksina ja joidenkin kemiallisten komponenttien tai elementtien massavirtausnopeuksina sekä lämpökäyrät. Listatut kaaviot vastaavat aineiden ja energian fysikaalisia ja kemiallisia muutoksia tietyssä kemiallisessa järjestelmässä.

Parametrinen virtauskaaviot näyttävät fyysisten virtojen parametrien (massavirtausnopeudet jne.) muunnoksen CTS-elementeillä; graafien kärjet vastaavat mat. laitemallit sekä määritettyjen virtausten lähteet ja nielut sekä kaareet - itse virtaukset ja kaarien painot ovat yhtä suuria kuin vastaavan virtauksen parametrien lukumäärä. Parametrinen kaavioita käytetään teknologian analysointialgoritmien kehittämiseen. monipiiriisen CTS:n tilat. Tällaiset algoritmit muodostavat matemaattisten yhtälöjärjestelmien laskentajärjestyksen. yksittäisten laitteiden mallit järjestelmä määrittää lähtövirtojensa parametrit muuttuvien tulovirtojen tunnetuilla arvoilla.

Materiaalivirtakaaviot näyttävät kemiallisten aineiden aineiden kulutuksen muutokset. Kaavioiden kärjet vastaavat laitteita, joissa fyysisten virtojen kokonaismassavirtaukset ja joidenkin kemiallisten komponenttien tai alkuaineiden massavirtaukset muunnetaan, sekä virtausten tai näiden komponenttien aineiden lähteitä ja nieluja; vastaavasti kaavioiden kaaret vastaavat s.-l:n fyysisiä virtoja tai fysikaalisia ja kuvitteellisia (aineen kemiallisia muunnoksia laitteissa) lähteitä ja nieluja. komponentit, ja kaarien painot ovat yhtä suuria kuin molempien tyyppien massavirtaukset. Lämpövirtauskaaviot näyttävät lämpötaseet CTS:ssä; kaavioiden kärjet vastaavat laitteita, joissa fyysisten virtausten lämmönkulutus muuttuu, ja lisäksi järjestelmän lämpöenergian lähteitä ja nieluja; Kaaret vastaavat fyysisiä ja kuvitteellisia (fysikaalisia ja kemiallisia energianmuutoksia laitteissa) lämpövirtoja, ja kaarien painot ovat yhtä suuria kuin virtausten entalpiat. Materiaali- ja lämpökaavioita käytetään automaatioohjelmien luomiseen. Algoritmien kehittäminen monimutkaisten kemiallisten järjestelmien materiaali- ja lämpötasapainojen yhtälöjärjestelmien ratkaisemiseksi.

Tietokantakaaviot näyttävät loogista tietoa. matemaattisten yhtälöjärjestelmien rakenne. XTS-mallit; käytetään optimaalisen kokoamiseen algoritmeja näiden järjestelmien laskemiseen. Kaksipuolinen tieto graafi (kuva 4, e) on suuntaamaton tai orientoitu graafi, jonka kärjet vastaavat yhtälöitä f l - f 6 ja muuttujia q 1 - V, ja haarat heijastavat niiden suhdetta. Tiedot graafi (kuva 4, g) - kahdella kaaviolla, joka kuvaa yhtälöiden ratkaisujärjestystä; graafin kärjet vastaavat näitä yhtälöitä, XTS-informaation lähteitä ja vastaanottajia sekä informaation haaroja. muuttujia.

Signaalikaaviot vastaavat lineaarisia matemaattisia yhtälöjärjestelmiä. kemian tekniikan mallit. prosesseja ja järjestelmiä. Graafeiden kärjet vastaavat signaaleja (esim. lämpötila), niiden välisiä haarayhteyksiä. Tällaisia ​​kaavioita käytetään staattisen datan analysointiin. ja dynaaminen moniparametriset tilat prosessit ja kemiallinen kestävyys sekä useiden niiden tärkeimpien ominaisuuksien (stabiilisuus, herkkyys, hallittavuus) indikaattorit.

Luotettavuuskaavioita käytetään kemiallisten järjestelmien luotettavuuden eri indikaattoreiden laskemiseen. Näiden graafien lukuisista ryhmistä (esim. parametriset, loogis-funktionaaliset) ns. vikapuut ovat erityisen tärkeitä. Jokainen tällainen puu on painotettu digrafi, joka näyttää yksittäisten prosessien ja CTS-laitteiden monien yksinkertaisten vikojen keskinäisen yhteyden, joka johtaa moniin toissijaisiin vioihin ja siitä johtuvaan koko järjestelmän vikaantumiseen (katso myös Luotettavuus).

Luoda automatisoituja ohjelmakokonaisuuksia. optimaalinen synteesi. erittäin luotettava tuotanto (mukaan lukien resursseja säästävä) taiteen periaatteiden mukaisesti. älykkyyttä, he käyttävät suuntautuneita semanttisia tai semanttisia kaavioita CTS-ratkaisuvaihtoehdoista. Nämä kaaviot, jotka tietyssä tapauksessa ovat puita, kuvaavat menettelyjä rationaalisten vaihtoehtoisten CTS-mallien joukon luomiseksi (esimerkiksi 14 mahdollista, kun viisikomponenttinen kohdetuotteiden seos erotetaan oikaisulla) ja menettelyt järjestetylle valinnalle niiden joukosta. järjestelmä, joka on optimaalinen jonkin järjestelmän tehokkuuden kriteerin mukaan (katso Optimointi). GRAPH THEORYA käytetään myös kehittämään algoritmeja laitteiden toiminnan aikataulujen optimointiin monituotteen joustavassa tuotannossa, optimointialgoritmeja. laitteiden sijoitus ja putkistojärjestelmien reititys, optimaaliset algoritmit. kemiallisen teknologian hallinta prosessit ja tuotanto, työnsä verkkosuunnittelun aikana jne.

Lit.. Zykov A. A., Theory of Finite graphs, [in. 1], Novosibirsk, 1969; Yatsimirsky K. B., Graafiteorian soveltaminen kemiassa, Kiova, 1973; Kafarov V.V., Perov V.L., Meshalkin V.P., Kemiallisten teknologisten järjestelmien matemaattisen mallintamisen periaatteet, M., 1974; Christofides N., Graafiteoria. Algoritminen lähestymistapa, käänn. Englannista, M., 1978; Kafarov V.V., Perov V.L., Meshalkin V.P., Kemiallisen tuotannon tietokoneavusteisen suunnittelun matemaattiset perusteet, M., 1979; Topologian ja graafiteorian kemialliset sovellukset, toim. R. King, käänn. Englannista, M., 1987; Graafiteorian kemialliset sovellukset, Balaban A.T. (Toim.), N.Y.-L., 1976. V.V. Kafarov, V.P. Meshalkin.

Kemiallinen tietosanakirja. Osa 1 >>

Molekyylikaaviot ja molekyylirakenteiden tyypit

julkaisusta "Graafiteorian soveltaminen kemiassa"

Kemia on yksi niistä tieteenaloista, joita on vaikea muotoilla. Siksi matemaattisten menetelmien epävirallinen käyttö kemiantutkimuksessa liittyy lähinnä niihin alueisiin, joilla kemiallisista ilmiöistä on mahdollista rakentaa mielekkäitä matemaattisia malleja.
Toinen tapa graafien tuomiseksi teoreettiseen kemiaan liittyy kvanttikemiallisiin menetelmiin molekyylien elektronirakenteen laskemiseksi.
Pääosassa käsitellään menetelmiä molekyylirakenteiden analysoimiseksi graafien avulla, joita sitten käytetään topologisten indeksien muodostamiseen ja jotka perustuvat rakenne-ominaisuuskorrelaatioihin, sekä hahmotellaan molekyylisuunnittelun elementtejä.
Kuten tiedät, aine voi olla kiinteässä, nestemäisessä tai kaasumaisessa tilassa. Jokaisen näiden faasien stabiilisuus määräytyy vähimmäisvapaan energian ehdon mukaan ja riippuu lämpötilasta ja paineesta. Jokainen aine koostuu atomeista tai ioneista, jotka voivat tietyissä olosuhteissa muodostaa pysyviä alajärjestelmiä. Alkuainekoostumus ja atomien suhteellinen järjestys (lyhyen kantaman järjestys) tällaisessa alajärjestelmässä säilyvät melko pitkään, vaikka sen muoto ja koko voivat muuttua. Lämpötilan laskiessa tai paineen kasvaessa näiden osajärjestelmien liikkuvuus vähenee, mutta ytimien liike (nollapisteen värähtelyt) ei pysähdy absoluuttiseen nollalämpötilaan. Tällaisia ​​stabiileja koherentteja muodostelmia, jotka koostuvat pienestä määrästä molekyylejä, voi esiintyä nesteessä, kerroksessa tai kiinteässä aineessa, ja niitä kutsutaan molekyylisysteemeiksi.
Perspektiiviprojektiossa oleva MG heijastaa molekyylin geometrian pääpiirteitä ja antaa visuaalisen esityksen sen rakenteesta. Keskustelkaamme tietyntyyppisistä molekyylirakenteista MG-termeillä. Tarkastellaan molekyylejä, joiden rakenteen kuvaamiseen on kätevää käyttää tasograafitoteutuksia. Tämän tyyppiset yksinkertaisimmat järjestelmät vastaavat puumaisia ​​MG:itä.
Eteenisarjan molekyylien tapauksessa MG:t sisältävät vain asteen kolmanteen (hiili) ja ykkösasteen (vety) pisteitä. Tällaisten yhdisteiden yleinen kaava on CH,g+2. Perustilassa olevat CH+2-molekyylit ovat yleensä litteitä. Jokaiselle hiiliatomille on ominaista trigonaalinen ympäristö. Tässä tapauksessa cis- ja trans-tyyppisten isomeerien olemassaolo on mahdollista. tg 1:n tapauksessa isomeerien rakenne voi olla melko monimutkainen.
Tarkastellaan nyt joitain syklisiä fragmentteja sisältäviä molekyylijärjestelmiä. Kuten parafiinihiilivetyjen tapauksessa, on molekyylejä, joiden rakenteita voidaan kuvata graafien avulla, joilla on vain asteen neljä ja yksi kärkipisteet. Yksinkertaisin esimerkki tällaisesta järjestelmästä on sykloheksaani (katso kuva 1.3, 6.) Tyypillisesti sykloheksaanin rakennetta kuvataan perspektiivikuvassa muodossa MG, mutta ykkösasteen kärjet jätetään pois. Sykloheksaapille kolmen pyörivän isomeerin olemassaolo on mahdollista (kuva 1.7).

Usein kemialliset sidokset muodostuvat elektroneista, jotka sijaitsevat eri atomikiertoradoilla (esim.s - Ja R– kiertoradat). Tästä huolimatta sidokset osoittautuvat vastaaviksi ja sijaitsevat symmetrisesti, mikä varmistetaan atomiorbitaalien hybridisaatiolla.

Orbitaalinen hybridisaatio on joidenkin orbitaalien muodon muutos kovalenttisen sidoksen muodostumisen aikana tehokkaamman kiertoradan päällekkäisyyden saavuttamiseksi.

Hybridisaation seurauksena uusi hybridiradat, jotka on suunnattu avaruudessa siten, että niiden päällekkäisyyden jälkeen muiden atomien kiertoradan kanssa tuloksena olevat elektroniparit ovat mahdollisimman kaukana toisistaan. Tämä minimoi hylkäysenergian molekyylissä olevien elektronien välillä.

Hybridisaatio ei ole todellinen prosessi. Tämä käsite otettiin käyttöön kuvaamaan molekyylin geometrista rakennetta. Hybridiatomiorbitaaleja sisältävien kovalenttisten sidosten muodostumisesta syntyvien hiukkasten muoto riippuu näiden kiertoratojen lukumäärästä ja tyypistä. Tässä tapauksessa σ-sidokset luovat hiukkaselle jäykän "luurangan":

Hybridisaatioon osallistuvat kiertoradat	Hybridisaatiotyyppi	Molekyylin tilamuoto	Esimerkkejä
s, s	sp – hybridisaatio	Lineaarinen	BeCl2 CO2 C2H2 ZnCl2 BeH 2 Kaksisp - orbitaalit voivat muodostaa kaksi σ - sidosta ( BeH 2 , ZnCl 2 ). Vielä kaksis- yhteydet voidaan muodostaa, jos kaksi s - orbitaalit, jotka eivät osallistu hybridisaatioon, sisältävät elektroneja (asetyleeni C 2 H 2 ).
s, p, s	sp 2 – hybridisaatio	Kolmiomainen (tasainen trigonaali)	BH 3 BF 3 C2H4 AlCl3 Jos sidos muodostuu limittämällä kiertoradat atomiytimiä yhdistävää linjaa pitkin, se kutsutaan σ - sidokseksi. Jos orbitaalit menevät päällekkäin ytimiä yhdistävän linjan ulkopuolella, niin muodostuu π-sidos. Kolme sp 2 - orbitaalit voivat muodostaa kolme σ - sidosta ( B.F. 3 , AlCl 3 ). Toinen sidos (π - sidos) voidaan muodostaa, jos s- hybridisaatioon osallistumaton orbitaali sisältää elektronin (eteeni C 2 H 4 ).
s, p, p, p	sp 3 – hybridisaatio	Tetrahedraalinen	CH 4 NH4+ PO 4 3- BF 4 -

Käytännössä molekyylin geometrinen rakenne selvitetään ensin kokeellisesti, minkä jälkeen kuvataan sen muodostumiseen osallistuvien atomiorbitaalien tyyppi ja muoto. Esimerkiksi ammoniakin ja vesimolekyylien avaruudellinen rakenne on lähellä tetraedristä, mutta sidosten välinen kulma vesimolekyylissä on 104,5˚ ja vesimolekyylissä. NH 3 - 107,3˚.

Miten tämä voidaan selittää?

Ammoniakki NH3

Ammoniakkimolekyylillä on muoto trigonaalinen pyramidi, jonka huipussa on typpiatomi . Typpiatomi on sp 3 -hybriditilassa; Neljästä typen hybridiorbitaalista kolme osallistuu yksittäisten N–H-sidosten muodostumiseen ja neljäs sp 3 - hybridiradalla on yksinäinen elektronipari, se voi muodostaa luovuttaja-akseptorisidoksen vety-ionin kanssa, muodostaen ammonium-ionin NH 4 +, ja aiheuttaa myös poikkeaman tetraedrikulmasta rakenteessa

Vesi H2O

Vesimolekyylillä on kulmarakenne: on tasakylkinen kolmio jonka huippukulma on 104,5°. Happiatomi on sp 3 - hybriditilassa; Neljästä hapen hybridiorbitaalista kaksi osallistuu yksittäisten O-H-sidosten muodostumiseen ja kaksi muuta sp 3 - hybridiradat ovat yksinäisten elektroniparien miehittämiä, joiden toiminta saa kulman pienenemään 109,28˚:stä 104,5°:een.