Nekovalentní interakce

Podobné dokumenty
Nekovalentní interakce

Mezimolekulové interakce

02 Nevazebné interakce

Od kvantové mechaniky k chemii

Skupenské stavy. Kapalina Částečně neuspořádané Volný pohyb částic nebo skupin částic Částice blíže u sebe

Chemická vazba. John Dalton Amadeo Avogadro

John Dalton Amadeo Avogadro

Opakování

Typy molekul, látek a jejich vazeb v organismech

Molekulární krystal vazebné poměry. Bohumil Kratochvíl

Vazby v pevných látkách

Molekuly 1 12/4/2011. Molekula definice IUPAC. Molekuly. Proč existují molekuly? Kosselův model. Představy o molekulách

Struktura atomů a molekul

Operátory a maticové elementy

3. Stavba hmoty Nadmolekulární uspořádání

Teorie chemické vazby a molekulární geometrie Molekulární geometrie VSEPR

Chemie. Mgr. Petra Drápelová Mgr. Jaroslava Vrbková. Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou

17 Vlastnosti molekul

Atom vodíku. Nejjednodušší soustava: p + e Řešitelná exaktně. Kulová symetrie. Potenciální energie mezi p + e. e =


ELEKTROSTATIKA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Elektřina a magnetismus - 2. ročník

Periodická tabulka prvků

Mezimolekulové interakce

Teorie chromatografie - II

CHEMICKÁ VAZBA. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: osmý

Chemická vazba. Příčinou nestability atomů a jejich ochoty tvořit vazbu je jejich elektronový obal.

Fyzika IV Dynamika jader v molekulách

Skupenské stavy látek. Mezimolekulární síly

10A1_IR spektroskopie

Plyn. 11 plynných prvků. Vzácné plyny. He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn Diatomické plynné prvky H 2, N 2, O 2, F 2, Cl 2

Elektronový obal atomu

Fyzika biopolymerů. Struktura a vlastnosti vody, vodíková vazba

Studium enzymatické reakce metodami výpočetní chemie

Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno

Atomové a molekulové orbitaly Ion molekuly vodíku. Molekula vodíku Heitler-Londonovou metodou. Metoda LCAO. Báze atomových orbitalů.

1. 5 I N T E R A K C E A T O MŮ

jádro a elektronový obal jádro nukleony obal elektrony, pro chemii významné valenční elektrony

Chemická vazba. Molekula vodíku. Elektronová teorie. Oktetové pravidlo (Kossel, Lewis, 1916) Pevnost vazby vazebná energie.

Kapitoly z fyzikální chemie KFC/KFCH. I. Základní pojmy FCH a kinetická teorie plynů

Teorie hybridizace. Vysvětluje vznik energeticky rovnocenných kovalentních vazeb a umožňuje předpovědět prostorový tvar molekul.

Plyn. 11 plynných prvků. Vzácné plyny He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn Diatomické plynné prvky H 2, N 2, O 2, F 2, Cl 2

Diskutujte, jak široký bude pás spojený s fosforescencí versus fluorescencí. Udělejte odhad v cm -1.

Struktura Molekul a Chemická Vazba

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

Plyn. 11 plynných prvků. Vzácné plyny. He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn Diatomické plynné prvky H 2, N 2, O 2, F 2, Cl 2

Mgr. Jakub Janíček VY_32_INOVACE_Ch1r0118

Ab initio výpočty v chemii a biochemii

Průvodka. CZ.1.07/1.5.00/ Zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

2. Polarita vazeb, rezonance, indukční a mezomerní

Laserová technika prosince Katedra fyzikální elektroniky.

Statistická termodynamika

ANALÝZA FRAGMENTAČNÍCH KANÁLŮ IONIZOVANÝCH KLASTRŮ Rg N ; N>4, rozvoj programu Mdisreader

6. Stavy hmoty - Plyny

A až E, s těmito váhami 6, 30, 15, 60, 15, což znamená, že distribuce D dominuje.

Magnetické vlastnosti látek (magnetik) jsou důsledkem orbitálního a rotačního pohybu elektronů. Obíhající elektrony představují elementární proudové

Energie, její formy a měření

37 MOLEKULY. Molekuly s iontovou vazbou Molekuly s kovalentní vazbou Molekulová spektra

Fyzika atomového jádra (FAJ) Petr Veselý Ústav Jaderné fyziky, Česká Akademie Věd www-ucjf.troja.mff.cuni.cz/~vesely/faj/faj.pdf

Otázky ke zkoušce z obecné chemie (Prof. RNDr. Karel Procházka, DrSc.)

2.3 CHEMICKÁ VAZBA. Molekula bílého fosforu P 4 a kyseliny sírové H 2 SO 4. Předpona piko p je dílčí jednotkou a udává velikost m.

Dynamické procesy & Pokročilé aplikace NMR. chemická výměna, translační difuze, gradientní pulsy, potlačení rozpouštědla, NMR proteinů

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

GE - Vyšší kvalita výuky CZ.1.07/1.5.00/

Elektronový obal atomu

Úvod do moderní fyziky. lekce 3 stavba a struktura atomu

ELEKTRICKÝ NÁBOJ A ELEKTRICKÉ POLE POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

Metody nelineární optiky v Ramanově spektroskopii

OPVK CZ.1.07/2.2.00/

Jádro se skládá z kladně nabitých protonů a neutrálních neutronů -> nukleony

Molekuly 2. Víceatomové molekuly s jedním centrálním atomem. Hybridizace. Hybridizace sp 3. Hybridizace

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

ATOM. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: osmý

Úvod do studia organické chemie

Okruhy k maturitní zkoušce z fyziky

Počítačová chemie. výpočetně náročné simulace chemických a biomolekulárních systémů. Zora Střelcová

Víceatomové molekuly s jedním centrálním atomem

Interakce koloidních částic při úpravě vody. Martin Pivokonský

Molekuly. Vazby, přechody mezi energetickými hladinami, laser

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

na stabilitu adsorbovaného komplexu

Přehled veličin elektrických obvodů

Valenční elektrony a chemická vazba

Kovy - model volných elektronů

Teorie Molekulových Orbitalů (MO)

Látkové množství. 6, atomů C. Přípravný kurz Chemie 07. n = N. Doporučená literatura. Látkové množství n. Avogadrova konstanta N A

METODY VÝPOČETNÍ CHEMIE

ATOMOVÁ SPEKTROMETRIE

Přednáška IX: Elektronová spektroskopie II.

Soubory (atomů) molekul

Gymnázium, Milevsko, Masarykova 183 Školní vzdělávací program (ŠVP) pro vyšší stupeň osmiletého studia a čtyřleté studium 4.

Úvod do laserové techniky KFE FJFI ČVUT Praha Michal Němec, Plynové lasery. Plynové lasery většinou pracují v kontinuálním režimu.

Transkript:

Nekovalentní interakce Jan Řezáč UOCHB AV ČR 3. listopadu 2016 Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 1 / 28

Osnova 1 Teorie 2 Typy nekovalentních interakcí 3 Projevy v chemii 4 Výpočty a experiment Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 2 / 28

Teorie Definice Nekovalentní interakce Interakce molekul nebo částí molekuly vyjma kovalentní vazby. Dříve též Slabé interakce Van der Waalsovy síly - obecný termín pro interakci nenabitých molekul Potenciální energie interakcí - síla je derivace podle souřadnic Důležitá je závislost E(r AB ) Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 3 / 28

Teorie Základní síly Které (dvě) elementární působí na elektrony v molekule? Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 4 / 28

Teorie Základní síly - Elektrostatická interakce Coulombův zákon E = 1 q i q j 4πɛ r ij Různé případy: Nabité částice Dipól a vyšší elektrostatické momenty Indukovaný dipól Okamžitý indukovaný dipól - Londonova disperze Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 5 / 28

Teorie Základní síly - Pauliho repulze Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 6 / 28

Teorie Základní síly - Pauliho repulze též výměnná interakce (exchange interaction) důsledek Pauliho principu (platí pro všechmy fermiony) (vlnová funkce musí být antisymetrická vzhledem k výměně dvou částic) nárůst energie při překryvu orbitalů se stejnými kvantovými čísly exponenciální průběh (překryv orbitalů, radiální část exponenciální) nemá analogii v klasické mechanice silnější než přitažlivé síly, ale krátký dosah Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 6 / 28

Teorie Termodynamika Zde se zabýváme jen vnitřní (potenciální) energíı Reálné systémy při nenulové teplotě Ztráta translačních a rotačních stupňů volnosti Mezimolekulové vibrační módy Průměrování přes existující konfigurace Statistické termodynamika Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 7 / 28

Typy nekovalentních interakcí Interakce nabitých částic Velmi silná (srovnatelná s kovalentní vazbou) Velký vliv prostředí permitivita ɛ specifické interakce s molekulami rozpouštědla Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 8 / 28

Typy nekovalentních interakcí Dipól-dipól Neutrální molekuly Závisí na orientaci - určuje strukturu Závislost na vzdálenosti 1/r 3 Nejjednodušší příklad - halogenovodíky Keesomovy síly - termodynamický průměr při nenulové teplotě Závislost na vzdálenosti 1/r 6 Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 9 / 28

Typy nekovalentních interakcí Multipóly Neutrální, symetrické molekuly Benzen vs. hexafluorobenzen Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 10 / 28

Typy nekovalentních interakcí Indukce Debyeova síla, polarizace Náboj nebo dipól indukuje dipoólový moment v molekule která nemusí mít permanentní dipólový moment Příklad: FH... Ar Síla interakce závisí na polarizovatelnosti molekuly Komplexní vzájemné působení ve složitějších systémech Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 11 / 28

Typy nekovalentních interakcí Londonova disperze Interakce okamžitých dipólů při korelovaném pohybu elektronů E = C 6 r 6 Síla interakce závisí na polarizovatelnosti molekul Univerzální přitažlivá síla, slabá ale působí všude Jediná přitažlivá síla v nepolárních systémech 10 kj/mol benzen, uhlovodíky Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 12 / 28

Typy nekovalentních interakcí Londonova dizperze Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 13 / 28

Typy nekovalentních interakcí Londonova dizperze Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 14 / 28

Typy nekovalentních interakcí Vodíková vazba Specifický typ elektrostatické interakce Částečně kovalentní charakter Přesun elektronové hustoty z X-H vazebného MO Červený posuv ve vibračním spektru Dimer vody: 21 kj/mol HF 2 : 160 kj/mol Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 15 / 28

Typy nekovalentních interakcí Vodíková vazba dimer vody E = 5.02kcal/mol = 21kJ/mol Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 16 / 28

Typy nekovalentních interakcí Vodíková vazba dimer vody E = 5.02kcal/mol = 21kJ/mol (tečkovaně: hustota nižší) Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 16 / 28

Typy nekovalentních interakcí Vodíková vazba H-H Může existovat? Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 17 / 28

Typy nekovalentních interakcí Vodíková vazba H-H Může existovat? Divodíková vazba Vodíková vazba mezi vodíky s kladným a záporným parciálním nábojem BH 3 HCl: 5 kj/mol Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 17 / 28

Typy nekovalentnı ch interakcı Halogenova vazba Interakce Cl, Br, I s elektronegativnı mi atomy Nehomogennı elektronova hustota, σ-dı ra az 20 kj/mol Jan R eza c (UOCHB AV C R) Nekovalentnı interakce 3. listopadu 2016 18 / 28

Typy nekovalentních interakcí Vícečásticové systémy Nekovalentní interakce jsou z velké části aditivní Jen malé změny elektronové struktury Největší rozdíly - polarizace Kooperativní efekty Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 19 / 28

Projevy v chemii Termodynamika Neideální chování (p + a )(V b) = kt v 2 Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 20 / 28

Projevy v chemii Termodynamika Neideální chování (p + a )(V b) = kt v 2 Vyloučený objem b Kohezní tlak a v 2 Statistická termodynamika Konfigurační integrál Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 20 / 28

Projevy v chemii Intramolekulární interakce Určují a stabilizují konformace flexibilních molekul Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 21 / 28

Projevy v chemii Biochemie Struktura DNA Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 22 / 28

Projevy v chemii Biochemie Struktura DNA párování bází - vodíkové vazvy patrové interakce - disperze Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 22 / 28

Projevy v chemii Biochemie Struktura proteinů Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 23 / 28

Projevy v chemii Biochemie Struktura proteinů sekundární struktura - vodíkové vazby další úrovně - různé interakce, disperze důležitá Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 23 / 28

Projevy v chemii Biochemie Mnoho procesů řízeno nekovalentními procesy Proč? Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 24 / 28

Projevy v chemii Biochemie Mnoho procesů řízeno nekovalentními procesy Proč? reverzibilní stabilní při normální teplotě, ale energeticky nenáročné Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 24 / 28

Projevy v chemii Fyzikální chemie Molekulové krystaly Adsorpce Materiály Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 25 / 28

Výpočty a experiment Experiment Přímé studium interakcí není jednoduché Vibrační excitace + detekce energie fragmentů Nepřímo - změny ve vibračním spektru Geometrie - rotační konstanty Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 26 / 28

Výpočty a experiment Výpočty Interakční energie - rozdíl energie komplexu a monomerů E int = E(AB) E(A) E(B) Deformační energie - změna geometrie monomerů Experiment při 0 K - enthalpie, včetně energie nulové vibrace D 0 = H int = E int + ZPE Disperze - jen post-hf metody, nebo empiricky Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 27 / 28

Výpočty a experiment Výpočty - dekompozice Lze získat jednotlivé komponenty: Elektrostatika Výměnná interakce Indukce Disperze Umožňuje kategorizaci interakcí Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Nekovalentní interakce 3. listopadu 2016 28 / 28