分子模型的创建
化学实验教案：分子模型的构建
化学实验教案：分子模型的构建一、引言在化学教学中，分子模型的构建是一个非常重要的实验项目。
通过构建分子模型，我们可以直观地观察和理解分子的结构和性质，加深对化学概念的理解。
本实验教案将介绍如何利用简单的材料制作分子模型，并通过实践操作提高学生对分子结构的认识。
二、实验目的1. 了解并掌握分子模型的基本原理；2. 学会使用合适材料和方法制作分子模型；3. 提高学生对分子结构特征及其与化学反应之间关系的理解。
三、实验步骤1. 准备所需材料：彩色泡沫球（表示原子）、竹签（表示化学键）、卡纸等。
2. 将彩色泡沫球和竹签按照所需氢、氧原子等元素进行分类。
3. 挑选出需要构建的分子，在卡纸上绘制正确且比例合适的示意图。
4. 使用胶水将彩色泡沫球连接在一起，形成示意图上所示的分子结构。
5. 将竹签剪成合适长度，并将其插入泡沫球中，表示化学键。
6. 完成所有分子结构的制作后，让学生根据实际情况选择适当位置进行展示。
四、实验注意事项1. 实验时要小心操作，避免伤害到自己和他人。
2. 材料使用完毕后，要加以妥善保管，并及时清理工作区域。
3. 在选择材料和制作分子模型时，要尽量准确地符合实际分子结构的比例和形状。
4. 构建过程中，可以请学生根据需求调整泡沫球的大小或竹签的长度。
5. 将分子模型展示在明显可见的位置，可以增加学生对化学知识的认知。
五、预期结果通过本实验教案的指导和操作实践，在完成分子模型构建后，学生将能够更直观地理解分子结构、原子之间的化学键及其性质。
同时，通过展示分子模型，学生之间也能够互相分享知识与经验。
六、拓展应用1. 建议将本实验与其他相关的教学内容相结合，例如通过构建蛋白质或DNA 等大分子结构来拓展应用范围。
2. 鼓励学生主动利用已有知识和素材，尝试构建更复杂的分子结构，加深对化学概念的理解。
3. 提倡学生之间进行互动交流，分享自己独特的分子模型设计和构建经验。
七、实验结果分析通过本实验，学生在制作分子模型过程中可以直观地观察到原子之间的联系和结构。
分子模型晶体模型的制作
分子模型、晶体模型的制作赤壁一中化学组 刘光利二○○四年五月制作目的：1.充分利用分子模型等直观的教学用具,有利于培养学生的联想能力,通过各种模型可以提高教学速度和教学质量,解决书上难以表明的立体结构，从而达到突破难点的目的。
2.理解分子结构和晶体结构 培养用物质结构特点来认识物质的特性制作材料：厚硬纸板、胶水或透明胶、铁丝、直尺、三角板、剪刀制作方法：1、正四面体的制作在厚硬纸板上划好四个等边三角形如图1a 所示，然后沿实线剪下，再沿虚线划痕迹以便折叠，折叠后用粘合剂粘牢即成图1b 所示。
2、三角双锥分子模型的制作 在厚硬纸板上划好六个等腰三角形如图2a 所示，然后沿实线剪下，再沿虚线划痕迹以便折叠，折叠后用粘合剂粘牢即成图2b 所示。
图2a 图2b图1a图1b3、正八面体分子模型的制作在厚硬纸板上划好八个等边三角形如图3a所示，然后沿实线剪下，再沿虚线划痕迹以便折叠，折叠后用粘合剂粘牢即成图3b。
图3a 图3b4、正二十面体分子模型的制作(B12)在厚硬纸板上划好二十个等边三角形如图5a所示，然后沿实线剪下，再沿虚线划痕迹以便折叠，折叠后用粘合剂粘牢即成图5b所示。
图5a 图5b使用说明1．正四面体模型直接应用于白磷分子、甲烷分子、四氯化碳分子等正四面体分子结构的教学，也可应用于数学中立体几何的有关异面直线等方面的教学。
利用正四面体还可以组合成其他形状的立体图形。
例如，由一个正四面体可以切割成较小的正八面体，其方法是将正四面体的四个顶点从它的三条棱的中点切下，便可得到一个较小的正八面体。
如果以一个正四面体为中心，另用四个与之全等的正四面体分别与它的四个面相連接，就可以得到一个十二个面全等的凹十二面体。
2．三角双锥模型直接应用于五氯化磷（PCl5）等具有三角双锥结构的分子结构的教学。
也可用于数学教学。
3．正八面体应用于分子或离子组成为RX6、RX6n-型结构的教学。
两个或两个以上的正八机体之间还可以进行不同方式的重叠就可以得到多种空间图形，对讲解超八面体等空间结构教学有很大的帮助。
chemoffice20.0用法
chemoffice20.0用法ChemOffice20.0是一款强大的化学信息软件，它提供了全面的化学信息数据库，包括分子建模、反应机制、光谱分析等功能，广泛应用于化学、生物、材料等领域。
本文将详细介绍ChemOffice20.0的用法，帮助用户更好地掌握软件功能。
一、安装与启动ChemOffice20.0的安装过程较为简单，只需要按照安装向导的提示即可完成安装。
安装完成后，可以通过启动图标进入软件。
首次启动ChemOffice20.0时，会提示用户选择一个模板，以便进行分子建模和计算。
二、基本操作1.创建分子模型：在ChemOffice20.0中，可以通过点击“新建”按钮创建一个新的分子模型。
在创建过程中，可以选择不同的建模工具和参数，以满足不同的建模需求。
2.编辑分子模型：创建分子模型后，可以通过各种编辑工具对分子结构进行修改。
例如，可以使用“旋转”工具将分子模型旋转到正确的角度，以便观察分子的细节。
3.保存和导出分子模型：完成分子模型的编辑后，可以将其保存到本地或导出为常见的文件格式，如XYZ、MOL、PDB等。
三、化学信息查询ChemOffice20.0提供了丰富的化学信息查询功能，包括分子轨道、键能计算、光谱分析等。
用户可以通过软件内置的数据库查询所需的化学信息。
四、反应机制模拟ChemOffice20.0支持反应机制模拟，用户可以通过软件内置的反应模块构建反应路径，观察反应过程中的能量变化和产物生成。
五、光谱分析ChemOffice20.0提供了多种光谱分析工具，如红外光谱、核磁共振光谱、拉曼光谱等。
用户可以通过选择相应的光谱模块，导入分子模型，并设置相应的参数进行光谱分析。
六、软件优化与升级在使用ChemOffice20.0的过程中，可能会遇到一些性能问题或bug。
为了解决这些问题，用户可以参考软件官方论坛或社区，获取相应的优化方法或补丁程序。
同时，为了获得更好的使用体验和功能更新，用户可以定期检查软件的升级提示，及时进行软件更新。
化学实验教案：分子模型的构建
化学实验教案：分子模型的构建一、引言化学实验是帮助学生理解和掌握分子结构及其特性的重要手段之一。
在化学教学中，分子模型的构建被广泛应用于教学实践中，以帮助学生更好地理解分子结构与性质的关系。
本文将介绍如何编制一份高质量的化学实验教案，具体内容为分子模型的构建。
二、背景知识在进行分子模型的构建之前，首先需要向学生介绍有关原子和键的基础概念。
例如，原子是构成物质的最小单元，在化合物中通过共价键或离子键相互连接形成分子或离子晶格。
此外，对于常见元素的电子排布、共价键和离子键的推导也需逐步讲解。
三、实验目标实验目标是明确实验的目的并指导学生迈向预期结果。
我们可以设定以下几个实验目标：1. 了解原子间相互作用和空间排列对分子结构和性质的影响。
2. 学会使用简单材料搭建不同类型分子模型。
3. 探究不同类型分子模型之间存在的异同，并找出规律。
四、所需材料进行分子模型构建实验所需的材料一般可以在实验室或者学校化学教具库中找到。
以下是一些常见的所需材料：1. 带孔棍状球体或塑料模型球体2. 磁性原子模型（可使用磁铁吸附）3. 彩色软质小球（表示不同元素）4. 小磁铁（用于合成有机化合物）5. 硬纸板和剪刀（用于制作基座）五、实验步骤1. 介绍分子结构和键的概念，并让学生理解如何根据原子间的相互作用来搭建分子模型。
2. 根据提供的分子式，先由学生自主尝试搭建分子模型，然后与同组同学进行讨论，寻求最佳构建方法。
3. 学生们通过对比不同类型分子模型之间的异同以及其结构与性质之间的关系，推断出规律并展示给全班。
六、实验注意事项1. 实验过程中注意安全第一，避免导致任何伤害。
2. 细心处理小零件，避免损坏或误食。
3. 指导学生正确使用材料，并注意保存实验用具，以便下次实验使用。
七、效果评估在实施完分子模型构建实验之后，可以进行效果评估以了解学生对所学知识的掌握程度。
下面是一些建议的评估方式：1. 小组讨论：组织小组讨论，让学生分享他们对于分子模型构建过程中的发现和体会。
分子结构模型的构建及优化计算
分子结构模型的构建及优化计算分子结构模型的构建是化学研究和计算化学领域的重要一环，对于理解分子的性质和行为具有重要意义。
优化计算则是对构建的分子结构模型进行调整和优化，以求得最稳定和最符合实验结果的结构体系。
本文将介绍分子结构模型的构建方法以及常用的分子结构优化计算方法。
一、分子结构模型的构建1.实验室试验方法：实验室试验方法通过实验手段确定分子的构型和结构。
常用的实验方法包括谱学方法（如红外光谱、拉曼光谱、核磁共振等）、X射线方法和电子显微镜等。
这些实验方法可以提供分子的一些基本信息，例如键长、键角、晶胞参数等。
不过该方法需要实验设备和实验条件，有时也受到实验技术的限制。
2. 理论计算方法：理论计算方法主要通过量子力学计算、分子力学模拟和分子动力学模拟等，从基本粒子的角度计算分子的结构和性质。
在量子力学计算中，常用的方法有Hartree-Fock（HF）方法、密度泛函理论（DFT）方法、紧束缚模型（TB）方法等。
在分子力学模拟和分子动力学模拟中，常用的方法有分子力学（MM）方法、分子动力学（MD）方法等。
二、分子结构优化计算分子结构优化计算是对构建的分子结构模型进行调整和优化的过程，以找到最稳定和最符合实验结果的结构体系。
1.线性规划方法：线性规划方法是寻找一个解向量，使得目标函数最小或最大。
在分子结构优化计算中，可以通过线性规划方法来优化分子结构的内部参数，如键长、键角等。
2. Monte Carlo方法：Monte Carlo方法是一种通过随机抽样的方式来进行优化计算的方法。
在分子结构优化计算中，Monte Carlo方法可以通过随机调整分子的内部参数，以整个构象空间，寻找最稳定的构象。
3.遗传算法：遗传算法是通过模拟生物进化过程来进行优化计算的方法。
在分子结构优化计算中，可以将每一个分子结构看作一个个体，通过交叉、变异等操作模拟自然选择，以寻找最优解。
4.分子动力学模拟：分子动力学模拟是通过求解分子的运动方程，模拟分子的运动和变化过程。
中学化学教学中有效的分子模型建构方法
中学化学教学中有效的分子模型建构方法概述：化学是一门抽象而又具有实验性的科学，而分子模型则是化学中重要的概念之一。
分子模型的建构有助于学生理解化学现象和掌握化学知识。
本文将探讨中学化学教学中有效的分子模型建构方法，旨在提高学生的学习效果和兴趣。
一、球棍模型法球棍模型法是最常用的分子模型建构方法之一。
它通过使用不同颜色和大小的球代表原子，用棍子连接原子来表示化学键。
这种方法直观而简单，可以帮助学生理解分子的结构和化学键的形成。
例如，在讲解水分子的结构时，可以用两个红色球代表氧原子，用两个白色球代表氢原子，用棍子连接它们来表示水分子的构成。
这样的模型可以让学生更好地理解水分子的极性和氢键的形成。
二、立体模型法立体模型法是一种更为直观的分子模型建构方法。
它通过使用不同形状的物体来表示分子的结构，使学生能够更好地理解分子的三维形态。
例如，在讲解甲烷分子的结构时，可以使用四个等边三角形代表氢原子，一个正四面体代表碳原子，将它们组装在一起来表示甲烷分子的构成。
这样的模型可以让学生更加清晰地认识到分子的空间排布和键角的大小。
三、计算机模拟法随着科技的发展，计算机模拟法在化学教学中的应用越来越广泛。
通过使用化学模拟软件或在线分子模型构建工具，学生可以在电脑上进行分子模型的建构和观察。
这种方法不仅能够提供更多的分子结构选择，还能够模拟一些实验无法观察到的现象。
例如，在讲解有机物的立体异构时，可以利用计算机模拟软件构建不同的结构，并观察它们在空间中的排布和性质的差异。
这样的模拟实验可以让学生更加深入地理解分子结构与性质之间的关系。
四、实物模型法实物模型法是一种通过使用真实的物体来构建分子模型的方法。
这种方法可以让学生通过触摸和操作来更好地理解分子的结构和性质。
例如，在讲解离子化合物的结构时，可以使用磁性球和棒子来表示阳离子和阴离子，将它们组装在一起来构建离子晶体的结构。
这样的实物模型可以让学生更加直观地感受到离子间的吸引力和排列规律。
分子模型的制作
图 4a
B12
图4b
正四面体与正八面体之间的演变
C60(足球烯)
凹十二面体
正十二面体
足球烯示意图
足球烯展开图型
足球烯展开图形
足球烯示意图
分子模型的制作方法
赤壁一中化学组 刘光利
制作目的：
1.充分利用分子模型等直观的教学用具,有利于培养学生 的联想能力,通过各种模型可以提高教学速度和教学质量,解 决书上难以表明的立体结构，达到突破重、难点的目的。 2.理解分子结构和晶体结构 培养用物质结构特点来认识 物质的特性
制作材料：
厚硬纸板、胶水或透明胶、铁丝、直尺、三角 板、剪刀
图2a
图2b
3.正八面体分子模型的制作(XY6型)
• 在厚硬纸板上划好八个等边三角形如图3a 所示，然后沿实线剪下，再沿虚线划痕迹 以便折叠，折叠后用粘合剂粘型的制作(B12模型)
• 在厚硬纸板上划好二十个等边三 角形如图4a所示，然后沿实线剪 下，再沿虚线划痕迹以便折叠， 折叠后用粘合剂粘牢即成图4b所 示。
1.正四面体分子模型的制作(白磷)
• 在厚硬纸板上划好四个等边三角形如图1a所示， 然后沿实线剪下，再沿虚线划痕迹以便折叠， 折叠后用粘合剂粘牢即成图1b所示。
图1a
图1b
2.三角双锥分子模型的制作(PCl5型)
• 在厚硬纸板上划好六个等边三角形如图2a所示，然 后沿实线剪下，再沿虚线划痕迹以便折叠，折叠后 用粘合剂粘牢即成图2b所示。
武汉大学分子模拟实验作业第七章分子结构模型创建和优化计算
实验一分子结构模型创建和优化计算7-1-1绘图区直接输入C2H6即可。
HCOOH直接在Chem 3D窗口中选择按钮A，在3D绘图区直接输入HCOOH即可。
3DH3PO47-2-1-7-3-1 MM2O 和O 距离为2.765AE 1=-5.4331Kcal/Mol E 2= 0.0289 Kcal/Mol D=E 1-2E 2=-5.3753 Kcal/MolHF/6-31++GO 和O 距离为3.0 ÅE1= -95408.4 Kcal/mol (-152.04313 Hartrees) E2== -47701.8 Kcal/mol (-76.01774 Hartrees) D=E1-2E2=-4.8 Kcal/mol = (-0.00765 Hartrees) MP2/6-31++GO 和O 距离为2.9 ÅE1=-95650.8 Kcal/mol (-152.42932 Hartrees) E2=-47822.3 Kcal/mol (-76.20978 Hartrees) D=E1-2E2=-6.2 Kcal/mol (-0.00976 Hartrees) DFT= B3LYPO 和O 距离为2.8 ÅE1= -95870.8 Kcal/mol (-152.77997 Hartrees) E2= -47932.5 Kcal/mol (-76.38545 Hartrees) D=E1-2E2=-5.8 Kcal/mol (-0.00907 Hartrees)MOPAC-PM3O 和O 距离为3.0 ÅE1= -108.7 Kcal/molE2=-53.4 Kcal/molD=E1-2E2=-1.9 Kcal/mol7-4-2”化学意义”：RuClClPNN简介：第二代Grubbs催化剂是Grubbs在1999年对第一代催化剂的改进。
Grubbs 通过系统地对催化剂结构－性能关系进行研究，发现催化剂的活性与其中一个膦配体的解离有关，认为催化循环过程中经过一个高活性的单膦中间体，然后才与烯烃发生氧化加成。
DNA分子的结构模型的构建
这是一种常染色体隐性遗传病，由囊性纤维化跨膜传导调节因子（CFTR）基因突变引起。CFTR基因编码一种氯离子 通道蛋白，突变导致该蛋白功能异常，使得细胞内外氯离子浓度失衡，引发一系列病理生理变化。
遗传性乳腺癌和卵巢癌
BRCA1和BRCA2基因的突变与遗传性乳腺癌和卵巢癌的发生密切相关。这些基因突变可能导致DNA修复 机制受损，增加细胞癌变的风险。
DNA纳米技术
DNA折纸术
利用DNA的自组装特性，通过设计特定的DNA序列，可以 构建出具有复杂形状和功能的DNA纳米结构。
DNA纳米机器
基于DNA的分子识别和自组装能力，可以设计出具有动态 功能的DNA纳米机器，如DNA马达、DNA开关等。
DNA计算
利用DNA分子的碱基配对规则和分子识别能力，可以进行 复杂的数学运算和逻辑操作，为生物计算和生物信息学领 域提供新的思路和方法。
数与B型和A型DNA不同，具体数值因序列和环境条件而异。
05
DNA分子结构变异与功能关系
结构变异类型
1 2 3
碱基替换
DNA分子中，一个碱基被另一个不同的碱基所替 换。这种替换可能是由于复制错误、化学物质作 用或辐射等因素引起的。
碱基插入或缺失
在DNA链中插入或缺失一个或多个碱基。这种变 异可能导致基因表达的改变或遗传信息的错误传 递。
通过对DNA分子结构的研究，可以深 入了解其在生物体内的功能和作用机 制。
对DNA分子结构的研究有助于揭示生 命现象的本质，为生物医学研究提供 重要的理论基础。
揭示遗传信息传递机制
DNA作为遗传信息的载体，其结构对 于遗传信息的传递和表达具有重要影 响。
DNA分子的重要性
01
02
分子结构模型的构建及优化计算
分子结构模型的构建及优化计算一、目的要求1．掌握Gaussian09W 和GaussView5.0程序的使用。
2．掌握构建分子模型的方法，为目标分子设定计算坐标。
3．能够正确解读计算结果，采集有用的结果数据。
二、实验原理量子化学是运用量子力学原理研究原子、分子和晶体的电子结构、化学键理论、分子间作用力、化学反应理论、各种光谱、波谱和电子能谱的理论，以及无机、有机化合物、生物大分子和各种功能材料的结构和性能关系的科学。
Gaussian09W程序是目前最普及的量子化学计算程序，它可以计算得到分子和化学反应的许多性质，如分子的结构和能量、电荷密度分布、热力学性质、光谱性质、过渡态的能量和结构等等。
GaussView5.0是一个专门设计的与Gaussian09W配套使用的软件，其主要用途有两个：构建Gaussian09W的输入文件；以图的形式显示Gaussian09W计算的结果。
本实验主要是借助于GaussView5.0程序构建Gaussian09W的输入文件，利用Gaussian09W程序对分子的稳定结构和性质进行计算和分析。
三、软件与仪器1．软件：Gaussian09W、GaussView5.0计算软件2．仪器：计算机1四、实验步骤H20:1. 分子的最稳定结构打开GaussView5.0程序，在GaussView5.0中利用建模工具（View→Builder →），在程序界面元素周期表的位置处找到所需的氧、氢元素，单击即可调入该元素与氢元素的化合物。
绘制出水分子的结构式后，把图形保存成.gif文件（File→Save，取名为1H2O.gif）构建分子成功后，可以利用GaussView5.0查看分子的对称性和坐标。
从Edit→point group路径可以查看所构建的分子点群；从Edit→atom list 路径可以产看所构建的分子内坐标和直角坐标。
用记事本打开刚才保存的1H2O.gif，把计算方法及关键词改为 #p HF/6-31G(d) opt (maxcycle=300) freq, 并对题目进行修改，再保存。
Materials studio 简单教程
Xi’an Jiaotong University （2）参数设置 将Number of frames 设置为25，勾选Superimpose structures，点击Preview， 预览后关闭窗口。
Xi’an Jiaotong University 选择菜单栏的Build / Bonds ，打开对话框，在键和形式中勾选Monitor bonding。 然后关闭对话框。 （3）生成动画 点击 按钮，选择Bounce，然后点击 止播放。 按钮，播放动画，点击 ，动画停
Xi’an Jiaotong University 单击工具栏中的 按钮，选择3D Atomistic 然后点击确定。此时文件名称出现在 左侧的Project Explorer 中，名称为3D Atomistic.xsd。
பைடு நூலகம்
（2）设置球棍模型为默认显示方式 从菜单栏中选择 Modify / Default Atom Style ，打开 Default Atom Style 对话框。在 Display Style中选择Ball and stick 。点击 关闭对话框。 这样在本project 中，默认显示方式被设置为 ball and stick。
Xi’an Jiaotong University 3、创建反应物和生成物分子模型 双击打开methylfluoride DMol3 GeomOpt文件夹中的methylfluoride.xsd，利用 CTRL + A 和CTRL + C全选并复制所有原子。然后右击文件名，选择New/3D Atomistic Document，创建新文件后， CTRL + V 复制所有原子到该文件，并重命 名为SN2reactant.xsd 。 （1）添加第二个F原子 点击 按钮，选择Periodic Table中的F原子，选中已有C原子，添加一个与已 有C-F键位置相对的C-F键。然后点击 ，选择Distance，选中C原子，左键拖 拽新添加的F原子，调节C-F键的键长为3 Å。
DNA分子的结构---模型的构建
让我们来开展一次DNA模型构建竞赛吧
C
A G
C G
C
A
A
T
脱氧核糖 和磷酸交 替排列在 内 碱基排在 外
T
G
C
C
A
A
碱 基 同 型 配 对 模 型
T
T
G
G
C
C
G
G
脱氧核糖和 磷酸交替排 列在外侧， 碱基排在内 部,且同型碱 基配对 A与A配对, T与T配对， C与C配对, G与G配对.
A
A
沃森和克里克又兴奋起来，一个结构牢固平衡的螺 旋体模型在他们的脑海里构建起来：让长的腺嘌呤 A和短的胸腺嘧啶T配对。长的鸟嘌呤G和短的胞嘧 啶C配对。 T
T A
C
G
T
A A
A
T
G
T
碱基对排列顺序的千变 万化是否毫无规律？
1、每组计算本组制作的DNA分子片段的（A＋ G）/ （C＋T）的比值是多少，比较不同小组 该比值。
2、每组计算本组制作的DNA分子片段的（A ＋T）/（G＋C） 的比值是多少，比较不同小 组该比值。
怎么验证沃森和克里克提出的双螺旋结构是否正确？
dna分子的结构模型的构建2004鸟嘌呤脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸四种脱氧核苷酸dnadna英国皇家学院美国加州理工大学英国剑桥大学主要用模型建构法研究物质结构主要用x射线衍射来研究dna结构dna分子x射线衍射图发现化学键的本质发现蛋白质a螺旋dna1954年诺贝尔奖获得者dnadna31953年沃森克里克发表论文41962年沃森克里克威尔金斯获诺贝尔生物医学奖1在发现dna结构的过程中涉及哪些学科的知识与方法
富兰克林拍摄的DNA的X射线衍射图
DNA分子模型的搭建(实验)
子，其依据的原理是
。
3．下列关于基因的叙述，正确的是（ ）
A.DNA就是基因
B.基因是双螺旋结构
C.组成DNA的基本单位是基因 D.一个DNA上有一个基因
7、新的任务
利用生活中常见的材料制作DNA分子模型
7 我们组成员分工明确，做起来效率很高
6、自我评价及检测
1．在搭建DNA分子模型的实验中，若有4种碱基塑料片共20个， 其中4个C，6个G，3个A，7个T，脱氧核糖塑料片40个，磷酸塑 料片100个，化学键均充足，最多可以搭建 个碱基对的DNA， 其排列方式有 种。
2．刑事侦查时，可以通过犯罪现场采集的DNA分子确定犯罪份
拼接脱氧核苷酸 制作2条多核苷酸链 2条多核苷酸链反向相连
注意：碱基互补配对原则
4、小组分工，制作DNA分子模型
（1）小组分工，完成DNA模型制作，在制作过程中完成任务单 活动5的评价表。
（2）写出搭建DNA分子模型的脱氧核苷酸序列，并对比小组间 是否有差异？
（3）数学建模DNA脱氧核苷酸排列方式与碱基对（n）的关系？
6.1-2 DNA的结构
DNA是噬菌体的遗传物质 绝大多数生物的遗传物质均是DNA
DNA的分子结构特点是什么？ 如何承担遗传物质的功能？
1953年美国的生物学家沃森和英国科学家克里克建立 了DNA双螺旋结构，使生命科学研究进入分子水平。
任务：制作DNA分子模型！
阅读教材，绘制DNA分子平面图 选择材料种类及数目，设计制作流程
5、基因
基因是携带遗传信息，并具有遗传效应的DNA片段。 每个DNA含有很多基因。
DNA
基因1
基因2
基因3
基因4
…………
蛋白质A
实验一、分子模型的构建和优化
实验一、分子模型的构建和优化一、实验目的1. 掌握用Gaussian软件优化分子结构的方法。
2. 掌握构建分子结构的方法。
3. 能够利用Gaussian输出文件分析实验数据并收集所需的数据。
二、实验原理Gaussian软件是一款量子化学软件，其可以通过计算得到分子和化学反应的许多性质，如分子的机构和能量、电荷密度分布、热力学性质、光谱性质、过渡态结构和能量等等。
分子几何构型的变化对能量有很大的影响。
由于分子几何构型而产生的能量的变化，被称为势能面。
势能面是连接几何构型和能量的数学关系。
对于双原子分子，能量的变化与两原子间的距离相关，这样得到势能曲线，对于大的体系，势能面是多维的，其维数取决与分子的自由度。
势能面中，包括一些重要的点，包括全局最大值，局域极大值，全局最小值，局域极小值以及鞍点。
极大值是一个区域内的能量最高点，向任何方向的几何变化都能够引起能量的减小。
在所有的局域极大值中的最大值，就是全局最大值；极小值也同样，在所有极小之中最小的一个就是具有最稳定几何结构的一点。
鞍点则是在一个方向上具有极大值，而在其他方向上具有极小值的点。
一般的，鞍点代表连接着两个极小值的过渡态。
几何优化做的工作就是寻找极小值，而这个极小值，就是分子的稳定的几何形态。
对于所有的极小值和鞍点，其能量的一阶导数，也就是梯度，都是零，这样的点被称为稳定点。
所有的成功的优化都在寻找稳定点，虽然找到的并不一定就是所预期的点。
几何优化由初始构型开始，计算能量和梯度，然后决定下一步的方向和步长，其方向总是向能量下降最快的方向进行。
大多数的优化也计算能量的二阶导数，来修正力矩阵，从而表明在该点的曲度。
当一阶导数为零的时候优化结束，但实际计算上，当变化很小，小于某个量的时候，就可以认为得到优化结构。
对于Gaussian，默认的条件是：力的最大值必须小于 0.00045均方根小于 0.0003为下一步所做的取代计算为小于 0.0018其均方根小于 0.0012这四个条件必须同时满足，比如，对于非常松弛的体系，势能面很平缓，力的值已经小于域值，但优化过程仍然有很长的路要走。
chen3D构建分子模型
chen3D构建分子模型
方法一：使用ChemDraw Panel面板
单击View菜单并选择ChemDraw Panel命令可以在Chem 3D 中打开ChemDraw面板，因为ChemDraw创建平面结构所以绘制过程比较清晰也更容易掌握。
创建分子构型的方法是：只要在ChemDraw Panel中单击就会出现工具栏，然后选择工具绘制需要的结构即可，Chem 3D窗口会同步显示对应的立体模型，这样的绘制方法比较好的是绘制者可以同时观察平面和立体结构。
方法二：使用键工具
利用Chem 3D的Building工具条中单键、双键、叁键工具就可以创建分子立体模型，这要求绘制者要对化学立体模型比较熟悉。
创建方法是：单击键工具，然后在绘制窗口拖动鼠标，绘制完一根C-C键后释放鼠标按钮，然后再以其中一个C原子为起点，继续绘制其它键，最后根据需要修改原子或基团类型。
方法三：使用文本工具
使用Building工具条中的文本工具创建立体模型需要绘制者对该分子构型的化学式尤为清楚。
操作方法是：选择文本工具后在沪指窗口单击生成文本输入框，然后在文本区域内键入原子符号及数量(即化学式)，比如创建4-甲基-2-戊醇的立体模型记载输入框中CH3CH(CH3)CH2CH(OH)CH3，最后按下回车键即可。
物理化学实验 分子模型建立
物理化学实验—分子模型的建立实验目的实验原理实验步骤实验注意事项数据记录和处理问题讨论化学结构式简单立体结构式球棍立体结构式化学结构式Au晶体结构TiO2晶体结构化学结构式C60结构, football NaCl晶体结构我们怎么来实现以上化学结构式？利用化学软件，在计算机上实现。
分子结构模型的作用：1、教学方面：有助于认识微观结构2、科学研究方面：进行化合物结构表达，进行量子化学计算一、实验目的1、了解建立分子模型的意义（1）教学需要，2）计算基础）2、学习建模软件的使用方法3、建立平面、立体分子模型二、主要设备和软件1、计算机，Pentium IV，256M内存2、ChemOffice7.0；HyperChem7.0 ；ChemWindow6.0等三、实验步骤（一）、使用ChemOffice7.01、ChemOffice7.0包含两个模块ChemDraw；Chem3D。
2、首先使用ChemDraw（1）演示：丁烷、二丁烯、乙酸、丙酮、硝基苯、苯酚等（2）演示：有机实验装置（3）以上复制到word文档中。
分子模型的建立、分子微观性质3、使用Chem3D（1）演示：丁烷、二丁烯、乙酸、丙酮、硝基苯、苯酚等（2）以上复制到word文档中。
（3）可以作课件。
（4）分子模型可以生成量子化学计算模型。
4、使用ChemDraw、Chem3D练习若干例子，将文件以“学号+序号”命名，保存。
交给老师。
要求：尽量熟练掌握软件使用方法。
9：50开始讲解第二部分内容物理化学实验—分子模型的建立物质结构和性能之间的关系：物质的性质从本质上说是由物质内部的结构决定的。
深入了解物质内部的结构，不仅可以理解化学变化的内因，而且可以预见到在适当外因的作用下，物质的结构将发生什么样的变化。
例如研究与氮分子有关的配合物的结构，以及这些结构在不同条件下的变化，就有利于我们在常温常压下寻找固氮的途径。
又例如研究高分子的性能和结构的关系，就为合成各种特殊需要的高分子材料提供了资料。
分子结构模型的构建及优化计算
分子结构模型的构建及优化计算分子结构模型的构建通常通过两种主要方法：实验方法和计算方法。
实验方法包括化学合成和晶体学等实验技术，它们可以用来确定分子的几何结构和相互作用。
计算方法包括分子力场方法和量子化学方法，它们可以用来预测分子的结构和相互作用。
对于小分子，实验方法通常是直接合成所需的分子，并通过晶体学方法确定其准确的几何结构。
对于大分子和复杂体系，实验方法常常不能得到准确的几何结构，此时计算方法就显得尤为重要。
分子力场方法是一种基于经验的力场模型，可以用来模拟分子的力学性质和相互作用。
常用的分子力场包括力场参数和分子动力学方法。
力场参数是一组数值，描述了分子中原子之间的相互作用，这些参数通常通过实验数据拟合得到。
分子动力学方法是一种通过求解牛顿运动方程来模拟分子运动和相互作用的方法。
通过改变分子的初始构型和参数设置，可以得到一系列不同的分子结构模型。
量子化学方法则是通过求解分子的薛定谔方程来计算其几何结构和能量等性质。
常用的量子化学方法包括Hartree-Fock方法和密度泛函理论方法。
Hartree-Fock方法是一种最简单的量子化学方法，它通过假设波函数是一个单行列式来近似求解薛定谔方程。
密度泛函理论方法则通过引入电荷密度的概念，将分子的能量表示为电荷密度的泛函，通过最小化能量泛函来求解分子的几何结构和能量。
分子结构模型的优化计算是指在给定的计算条件下，寻找分子的最佳构型和能量。
常用的优化算法包括克劳德最小化算法、共轭梯度算法和遗传算法等。
克劳德最小化算法是一种基于梯度下降法的最优化算法，它通过不断地改变分子的构型和参数来寻找最低能量的构型。
共轭梯度算法是一种迭代算法，它通过不断地调整方向和步长来优化分子的构型和能量。
遗传算法则是一种模拟生物进化的优化算法，通过不断地交叉和变异来寻找最优解。
总之，分子结构模型的构建和优化计算是计算化学中的一个重要研究方向，它可以用来预测和优化分子的结构和性质。
分子结构模型的搭建与解释
举例说明分子结构模型在科研和教学中的具体应 用，包括在哪些领域取得了重要的成果，以及如 何帮助学生更好地理解和掌握化学知识。
02
分子结构模型基本概念
分子结构定义
分子结构
分子中原子的空间排列，包括原子间的化学键和分子整体的几何 形状。
化学键
原子间通过共享或转移电子形成的相互作用力，决定分子的稳定 性和性质。
通过分子结构模型预测新 材料的性能，指导实验合 成。
晶体结构解析
利用分子结构模型分析晶 体的原子排列，揭示材料 的物理和化学性质。
材料性能优化
通过调整分子结构模型中 的参数，优化材料的力学 、热学、电学等性能。
生物学中的应用
生物大分子结构解析
01
利用分子结构模型揭示蛋白质、核酸等生物大分子的三维构象
分子结构模型的搭建与解释
汇报人:XX
2024-01-13
目
CONTENCT
录
• 引言 • 分子结构模型基本概念 • 搭建分子结构模型的步骤 • 解释分子结构模型的方法 • 分子结构模型在化学领域的应用 • 分子结构模型在其他领域的应用 • 总结与展望
01
引言
目的和背景
理解分子结构
通过搭建分子结构模型，可以直观地理解分子的三维构型 、键长、键角等关键信息，有助于深入掌握化学知识。
分子结构模型种类
球棍模型
用球表示原子，棍表示化学键，直观展示分子的三 维结构和空间构型。
比例模型
按照原子实际大小比例制作的模型，更真实地反映 分子内部结构。
电子云模型
展示电子在原子周围的概率分布，反映化学键的成 键方式和电子的运动状态。
搭建分子结构模型的意义
使用Blender进行分子模型建模和渲染
使用Blender进行分子模型建模和渲染Blender是一款功能强大的三维建模和动画软件，除了常规的建模和渲染任务外，它还可以应用于分子模型的建模和渲染。
在这篇文章中，我将向您介绍如何使用Blender来创建和渲染分子模型。
首先，我们需要准备一个分子的结构文件。
常见的文件格式包括PDB（蛋白质数据银行）和XYZ（以原子坐标为基础的简单文本格式）。
您可以从科学数据库中获取这些文件，或者使用专门的分子模型软件生成。
接下来，打开Blender并创建一个新的项目。
在默认的立方体对象上单击右键，然后按Delete键将其删除。
然后，我们需要导入分子结构文件。
点击顶部菜单栏中的“文件”选项，选择“导入”并选择您的结构文件。
在导入选项中，您可以选择调整比例和旋转参数，以适应您的场景。
一旦分子结构被导入，您可以使用Blender的建模工具来优化其外观。
例如，您可以使用分子视图模式来显示原子球或杆模型，也可以根据您的需要使用高级渲染技术，如透明度和光照效果。
您还可以将分子的不同部分分配给不同的材质，以使其更易于区分和可视化。
建模完成后，我们可以开始渲染分子模型。
点击顶部菜单栏中的“渲染”选项，并选择“渲染图像”。
您可以将渲染引擎设置为Cycles或Eevee，根据您的需要进行调整。
在渲染设置中，您可以选择分辨率、采样和光线追踪等参数。
调整这些参数可以影响渲染的质量和速度。
您还可以选择输出图像的格式和保存路径。
点击“渲染”按钮后，Blender将开始渲染您的分子模型。
根据您的计算机性能和渲染设置，渲染时间可能会有所不同。
一旦渲染完成，您可以在Blender中预览结果，并根据需要进行后期处理，如调整亮度、对比度、色彩和其他图像效果。
除了基本的渲染功能，Blender还具有强大的动画和模拟工具，您可以利用这些工具来创建分子模型的动画和交互式演示。
例如，您可以对分子结构进行旋转、平移和缩放动画，以展示其不同的视角和构型。
您还可以使用Blender的粒子系统来模拟分子之间的相互作用和运动。
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Massage with Ghost amtos
Ghost atoms may also be used for a counterpoise calculation for an estimate of the magnitude of BSSE, counterpoise corrections provide only a crude estimate and not an upper bound on the error). A counterpoise correction can be achieved by specifying the dimer structure with the atomic symbol for one monomer replaced by a ghost atom. Since ghost atoms have no basis functions by default, they must be explicitly added via the ExtraBasis facility or a general basis set. See also the discussion of Massage in the manual.
# HF/6-31G* Massage Test
HF + H2O interaction energy: HF removed 01 X H 1 1.0 F 2 rHF 1 90.0 O 2 rHO 1 90.0 3 180.0 H 4 rOH 2 aHOH 1 90.0 H 4 rOH 2 aHOH 5 180.0 rHF 0.9203 rHO 1.8086 rOH 0.94 aHOH 126.4442 1 Nuc 0.0 2 Nuc 0.0
内坐标和直角坐标的转换
Molden 读、存 Chem3D Gaussian View
Guassian 计算结果输出
在Link 0 Commands 行加入： MOND Hyperchem MERCURY WLViewerPro4.2 Molview MOLEKEL4.3 *** Amber Babel
end
1.400000 1.089000 120.000
虚原子(Dummy Atoms)
Dummy atoms are pure mathematic points, and are useful in defining geometries 表示做：X，xx 等。 程序将其原子序数为 -1 鬼原子(Ghost Atoms) A ghost atom can be useful to specify the location of the off-nucleus basis functions, which have zero nuclear charge and mass. 表示做：Bq，G，Gh 等。
内坐标(Internal Coordinate or Z-matrix)
用键长、键角、二面角等几何参 量来表示分子中原子间的键长和位置 的一种坐标方式。矩阵中的每一行对 应于分子内一个原子的内坐标。
文件格式(syntax)：
原子标号，原子1，键长，原子2，键角，原子3，二面角
Label，Atom 1，Bond-length，Atom2，Bond-angle，Atom3，Dihedral-angle (Torsion angle)
构建分子模型
数据形式：
直角坐标(Cartesian Coordinate) 内坐标(Internal Coordinate or Z-matrix)
创建数据方法：
X-ray衍射晶体数据 手工建立 利用工具软件, 如Chem3D
数据形式：
直角坐标(Cartesian Coordinate)
1 cc2 1 hc3 1 hc3 2 hc3 2 hc3 2 hcc3 2 hcc3 1 hcc3 1 hcc3
3 180.000 3 0.000 3 -180.00
cc2 hc3 hcc3
1.400000 1.089000 120.000
Gamess z-matrix
zmat angstroms c c 1 cc2 h 1 hc3 2 hcc3 h 1 hc3 2 hcc3 h 2 hc3 1 hcc3 h 2 hc3 1 hcc3 variables cc2 1.400000 hc3 1.089000 hcc3 120.000 constants end
程序将其原子序数为 0
USING GHOST ATOMS
Ghost atoms provide a convenient way to request arbitrary points at which to compute electrostatic properties. These points can be specified directly in Cartesian coordinates in the standard orientation. It is sometimes easier to specify the points in internal coordinates, and, since properties are automatically computed at all nuclear coordinates, ghost atoms can be added to the Z-matrix at points of interest.
Atomic charges with hydrogens summed into heavy atoms: 1 1 C -0.143082 2 H 0.000000 3 H 0.000000 4 C 0.000000 5 H 0.000000 6 H 0.000000 7 Bq 0.143082 Sum of Mulliken charges= 0.00000
#P B3LYP/6-31G* GFINPUT IOP(6/7=3) TEST Example of NBO bond orders
0 1 C 0.000000 H 0.919278 H -0.919239 C 0.000000 H -0.919278 H 0.919239 Gh 0.700000
3,1, 3,2, 3,1, 3,2, 3,1, 3,2,
ADF Z-matrix
atoms z-matrix c c1 h1 h1 h2 h2 cc2 2 hc3 2 3 hc3 1 3 hc3 1 3 hc3
hcc3 hcc3 hcc3 hcc3
180.000 0.000 -180.00
cc2 hc3 hcc3
常见内坐标文件: Gaussian (.gjf)
Gamess(.inp)
ADF
Mopac(.mop .dat) Note:
0o < Bond-angle < 180 o
-180o ≤ Dihedral-angle ≤180 o
Gaussian Z-matrix
c c h h h h
0.665676 1.237739 1.237787 -0.665676 -1.237739 -1.237787 0.700000
0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
Total atomic charges: 1 1 C -0.286170 2 H 0.143082 3 H 0.143087 4 C -0.286170 5 H 0.143082 6 H 0.143087 7 Bq 0.000000 Sum of Mulliken charges= 0.00000
文件格式(syntax)：
Label, x, y, z ［例］乙烯的直角坐标文件格式(*.xyz)
6 C 0.000000 C 0.000000 H 0.943102 H 0.943102 H -0.943102 H -0.943102 0.000000 0.000000 0.000000 1.335000 0.000000 -0.544500 0.000000 1.879500 0.000000 1.879500 0.000000 -0.544500
3 180.000 3 0.000 3 -180.00
Mopac Z-matrix
SYMMETRY
C C H H H H 0.000000 0 1.400000 1 1.089000 1 1.089000 0 1.089000 0 1.089000 0 4 4 5 5 6 6 0.000000 0 0.000000 0 0 0 0 0.000000 0 0.000000 0 1 0 0 120.000000 1 0.000000 0 1 2 0 120.000000 0 180.000000 0 1 2 3 120.000000 0 0.000000 0 2 1 3 120.000000 0 -180.000000 0 2 1 3
Gaussian GAMESS-US GAMESS-UK
MOPAC, AMPAC
Interfaced via Molden Format
ADF MOLPRO ACESII MOLCAS JAGUAR DALTON HONDO CADPAC
Note： / 量子化学软件中文网
MOLDEN: a pre- and post- processing program for molecular and electronic structures
Interfaced via program output
Massage
The Massage keyword requests that the molecule specification and basis set data be modified after it is generated. The standard basis functions are assigned to atoms before Massage alterations take place, while the number of electrons is computed from the atomic numbers after the modifications.