Chemija · Pamoka

Cheminių duomenų bazės, molekulių vaizdavimas ir identifikatoriai

Skaitykite cheminius grafus ir įrašus aiškiai atskirdami izotopus, krūvį, stereochemiją ir duomenų kilmę.

Baigę pamoką, galėsite

Atskirti formulių sutapimą nuo grafų tapatumo.
Suskaičiuoti nurodytą izotopų sudėtį neišgalvojant erdvinės konfigūracijos.
Į medžiagos sudėties apskaitą įtraukti pasirinktas protonavimo būsenas ir priešjonus.
Lyginti savybių įrašus atsižvelgiant į jų vienetus, sąlygas ir pirminius šaltinius.

Cheminiam įrašui reikia apibrėžtos dalelės ar medžiagos

Pavadinimas, formulė, junglumo grafas, stereocheminis aprašas ir trimatės koordinatės suteikia skirtingą informaciją. Nurodykite izotopus, krūvį, protonavimą, stereochemiją ir kitus nagrinėjamam klausimui svarbius skirtumus. Viena formulė gali atitikti kelias struktūras.

Duomenų bazės įrašas gali atspindėti apibrėžtą cheminę dalelę, medžiagą arba kitą specialistų sudarytą grupę. Prieš laikydami jo savybes konkretaus mėginio ar cheminės būsenos savybėmis, patikrinkite tapatybę ir duomenų kilmę.

Atvaizdas turi išlaikyti nagrinėjamam klausimui reikalingus skirtumus

Originaliame palyginime nagrinėjami N-etilbutan-1-aminas ir trietilaminas. Jų neutralių molekulių formulės ir elektronų skaičiai sutampa, tačiau prie azoto prijungtų grupių skaičiai skiriasi. Išvardijus sunkiųjų atomų grafo briaunas, šį skirtumą galima patikrinti nesiremiant brėžiniu ar sugeneruotu identifikatoriumi. Eilutė gali perteikti struktūrinę informaciją, kurios formulėje nėra.

Izotopinė tapatybė suteikia dar vieną informacijos lygmenį. Tetraedrinis anglies atomas, sujungtas su ¹H ir ²H, turi atskiriamus pakaitus, net jeigu izotopų neskirianti formulė abu žymi H. Protonų ir neutronų skaičiavimas nustato izotopinę sudėtį; jis negali atkurti trūkstamo erdvinio išsidėstymo. Nenurodytą konfigūraciją palikite nenurodytą.

Masės skaičius rodo nukleonų skaičių. Tikslios izotopų masės papildomai atspindi fizikines mases ir ryšio energijos indėlį. Mokomajame pavyzdyje pateiktos sveikųjų skaičių sumos nelaikykite tikslia molekulės mase ar išmatuota masių spektrometrijos smaile.

Molekulinė notacija koduoja pasirinktą struktūrinę informaciją

Junglumo atvaizdas aprašo atomus ir ryšius pagal nurodytą susitarimą. Jame gali būti pateiktas krūvis, izotopai ir stereocheminė informacija, tačiau šių detalių praleidimas neįrodo, kad jos chemiškai nesvarbios. Struktūrinė eilutė ir koordinačių failas atlieka skirtingus vaidmenis.

Skirtingos taisyklingos eilutės gali koduoti tą patį grafą. Kanonizavimo procedūra parenka atvaizdą pagal savas taisykles; vien žodis „kanoninis“ negarantuoja vienodų eilučių visose realizacijose ar versijose.

Cheminis įrašas ir visos medžiagos sudėties apskaita atlieka susijusius, bet skirtingus vaidmenis

Toliau pasirinktos imidazolio ir imidazolio katijono formos turi tą patį sunkiųjų atomų žiedą ir elektronų skaičių, tačiau jų vandenilio atomų skaičiai ir krūviai skiriasi. Pridėjus priešjonus pasikeičia visos medžiagos sudėtis. Atvaizde reikia nurodyti pasirinktą tautomerą ir protonavimo vietą, kai tai svarbu. Duotajam mišiniui pH nenustatomas prielaidomis.

Identifikatorių sistemos gali normalizuoti molekulinę informaciją arba suskirstyti ją lygmenimis pagal dokumentuotus susitarimus. Sutampantis raktas yra sutapimo pagal tą susitarimą įrodymas; jis nepatvirtina nežinomame mėginyje stebimos formos. Pirminis dalelės ar medžiagos įrašas ir jo interpretacija turi išlikti prieinami.

Nagrinėdami savybių įrašus pirmiausia klauskite, koks dydis pateiktas, kokiais vienetais, kokiomis sąlygomis ir iš kur kilo vertė. Perskaičiuota kopija tebėra vienos kilmės duomenys. Apskaičiuota vertė ir aukštesnėje temperatūroje atliktas matavimas gali būti naudingi palyginimams, bet nesudaro vieno nepriklausomų matavimų rinkinio. Vien sutapimas nepateisina duomenų sujungimo ir nepašalina sisteminės paklaidos.

Ką iš tikrųjų atspindi išgalvotos savybių eilutės

Įrašas	Kilmė ir rūšis	Temperatūra / K	Pradinis D	D / m² s⁻¹
R1	bandymas A; stebėjimo pobūdžio	298.15	2.40×10⁻¹⁰ m² s⁻¹	2.40×10⁻¹⁰
R2	bandymas A; perskaičiuota kopija	298.15	2.40×10⁻⁶ cm² s⁻¹	2.40×10⁻¹⁰
R3	modelis B; apskaičiuota	298.15	2.20×10⁻¹⁰ m² s⁻¹	2.20×10⁻¹⁰
R4	bandymas C; stebėjimo pobūdžio	310.15	2.90×10⁻¹⁰ m² s⁻¹	2.90×10⁻¹⁰

Visos vertės yra išgalvotos. Abi run-A eilutės turi vieną kilmės šaltinį; modelio eilutė yra apskaičiuota, o bandymo C temperatūra kitokia. Ši lentelė yra duomenų kilmės apskaita, o ne sujungtas įvertis.

Identifikatoriaus normalizavimo apimtis yra apibrėžta

Cheminis identifikatorius pagal nurodytus susitarimus gali atskirti pasirinktus molekulinės informacijos lygmenis. Standartizuojant atvaizdai gali būti normalizuojami arba formos grupuojamos konkrečiam tikslui. Nurodykite, kurie skirtumai tebėra atvaizduoti, o kurie sujungti.

Sutampantis identifikatorius yra sutapimo pagal tą susitarimą įrodymas. Jis neįrodo vienodo grynumo, fizinės formos, matavimo sąlygų ar visų biologinių savybių. Maišos reikšmė arba paieškos raktas taip pat nesuteikia viso mokslinio įrašo konteksto.

Savybės vertei būtina nurodyti kilmę ir sąlygas

Išmatuotos, apskaičiuotos, įvertintos ir specialistų atrinktos vertės yra skirtingų rūšių įrodymai. Temperatūra, slėgis, tirpiklis, cheminė būsena, metodas ir neapibrėžtis gali paveikti savybę. Tai, kad duomenų bazę prižiūri tam tikra institucija, nereiškia, kad kiekviena importuota vertė yra nepriklausomas matavimas.

Išsaugokite pirminį įrašą, šaltinio nuorodą, vienetus ir visas taikytas transformacijas. Toliau pateiktuose originaliuose vaizdavimo pavyzdžiuose naudojami aiškiai apibrėžti grafai arba simbolinės dalelės, o ne automatiškai patvirtinta nežinomo mėginio tapatybė.

Išnagrinėti pavyzdžiai

Viena formulė gali aprašyti skirtingus grafus

Palyginkite neutralų N-etilbutan-1-aminą, čia pavaizduotą CCCCNCC, ir trietilaminą CCN(CC)CC. Visi šių aciklinių sunkiųjų atomų grafų ryšiai yra viengubieji. Ar vienodos formulės įrodo vienodą junglumą?

Naudokite pažodines iliustracines eilutes CCCCNCC ir CCN(CC)CC. Pirmojoje prie N prijungta keturių anglies atomų grandinė ir dviejų anglies atomų grandinė; antrojoje prie N prijungtos trys dviejų anglies atomų grandinės. Įprastas neutralios anglies valentingumas keturi ir amino azoto valentingumas trys abiem atvejais duoda C₆H₁₅N.
Abi molekulės turi septynis sunkiuosius atomus ir šešias sunkiųjų atomų grafo briaunas. Įskaitant H, kiekviena turi 22 atomus ir 6×6 + 15×1 + 7 = 58 elektronus. Pirmajame grafe yra 14 su C sujungtų H ir vienas su N sujungtas H; antrajame yra 15 su C sujungtų H ir nėra su N sujungto H.
Surikiuoti sunkiųjų atomų laipsnių sąrašai yra [1,1,2,2,2,2,2] ir [1,1,1,2,2,2,3]. Grafų izomorfizmas išsaugo viršūnių laipsnius, todėl šie grafai negali būti izomorfiški. Azoto laipsnis sunkiųjų atomų grafe yra du ir trys.
Tai iliustracinės taisyklingos struktūrinės eilutės; neteigiama, kad jas sugeneravo kanonizavimo programa. Formulė ir elektronų skaičius naudingi patikrai, tačiau nenustato junglumo, fizinio mėginio ar išmatuotos savybės.

Ta pati formulė ir elektronų sudėtis; skirtingi aiškiai apibrėžti molekuliniai grafai.

Izotopų sudėtis vis tiek palieka konfigūraciją nenurodytą

Tarkite, kad neutralus tetraedrinis ¹²C keturiais viengubaisiais ryšiais sujungtas su ¹H, ²H, ¹⁹F ir ³⁵Cl. Nustatykite jo izotopų sudėtį ir įvardykite, kas lieka nenurodyta.

Protonų skaičiai yra 6,1,1,9,17, iš viso 34. Neutralumas reiškia 34 elektronus. Neutronų skaičiai yra 6,0,1,10,18, iš viso 35. Yra penki atomai ir keturi ryšiai.
Sveikųjų nukleonų skaičių suma yra 12 + 1 + 2 + 19 + 35 = 69. Tai skaičius, o ne tiksli izotopinė masė. Izotopų neskirianti formulė CH₂ClF paslepia dviejų vandenilio izotopų skirtumą.
Keturios prijungtos grupės skiriasi izotopine sudėtimi, todėl galimos dvi tetraedrinės konfigūracijos. Vien junglumas nenustato nei konfigūracijos, nei R/S deskriptoriaus. Reikia erdvinio išsidėstymo ir taikytino stereocheminio susitarimo.

34 elektronai ir 35 neutronai; sveikųjų nukleonų skaičių suma 69; izotopinė ir erdvinė tapatybė nurodomos atskirai.

Priešjonai turi būti įtraukti į medžiagos sudėties apskaitą

Duota 1.20 mmol neutralaus 1H-imidazolio C₃H₄N₂, 0.800 mmol 1H-imidazolio katijono C₃H₅N₂⁺, protonuoto ties 3 padėtimi, ir 0.800 mmol Cl⁻. Naudokite pasirinktą imidazolio tautomerą [nH]1ccnc1, o katijonui gauti prijunkite protoną prie kito, į piridino azotą panašaus azoto atomo. Kokia sudėtis iš to išplaukia?

Neutralus žiedas turi 3×6 + 4 + 2×7 = 36 elektronus. Katijonas turi 3×6 + 5 + 2×7 − 1 = 36. Cl⁻ turi 17 + 1 = 18. Vienodas žiedinių dalelių elektronų skaičius nereiškia vienodų formulių ar krūvių.
Žiedinių dalelių yra 2.00 mmol. Atomų kiekiai yra C 6.00 mmol, H 1.20×4 + 0.800×5 = 8.80 mmol, N 4.00 mmol ir Cl 0.800 mmol.
Bendrojo krūvio kiekis yra +0.800 − 0.800 = 0 mmol elementariųjų krūvių. Elektronų kiekis yra 2.00×36 + 0.800×18 = 86.4 mmol elektronų.
Tai duoti kiekiai, be pH ar pusiausvyros skaičiavimo. Identifikatorius pagal savo susitarimą gali normalizuoti tautomerų ar protonų informaciją; tikrinkite atitinkamus lygmenis, o ne spręskite apie įkrautos dalelės formulę iš vieno lygmens.

2.00 mmol žiedinių dalelių, bendrasis krūvis lygus nuliui ir 86.4 mmol elektronų nurodytose žiedinėse dalelėse bei priešjonuose.

Keturi įrašai nereiškia keturių matavimų

Keturi išgalvoti difuzijos koeficiento įrašai susiję su ta pačia pasirinkta chemine dalele ir matrica. R1 nurodo bandymą A esant 298.15 K: 2.40×10⁻¹⁰ m² s⁻¹. R2 nurodo tą patį bandymą: 2.40×10⁻⁶ cm² s⁻¹. R3 yra apskaičiuota modelio B vertė esant 298.15 K: 2.20×10⁻¹⁰ m² s⁻¹. R4 nurodo bandymą C esant 310.15 K: 2.90×10⁻¹⁰ m² s⁻¹. Ar galima visų keturių verčių vidurkį skaičiuoti kaip nepriklausomų matavimų tomis pačiomis sąlygomis vidurkį?

Kadangi 1 cm² = 10⁻⁴ m², perskaičiavus R2 gaunama 2.40×10⁻¹⁰ m² s⁻¹, tiek pat, kiek R1. Jie kartoja vienos kilmės duomenis, o ne du nepriklausomus stebėjimus.
Keturios eilutės atspindi tris kilmės šaltinius: bandymą A, modelį B ir bandymą C. R3 apskaičiuotas; R4 temperatūra kitokia. Nepateikta nei jų nepriklausomumo, nei bendro matavimų skirstinio prielaida.
Išsaugokite pirminį įrašą, kilmę, sąlygas ir vienetų perskaičiavimą. Prasmingam sujungimui reikėtų neapibrėžties ir ėminių ėmimo modelio; aritmetinis sutapimas jo nesuteikia.

Nejunkite keturių eilučių kaip keturių nepriklausomų matavimų vienoje temperatūroje.

Pabandykite patys

Kiekviename grafe formaliai prijunkite vieną H+ prie azoto. Nustatykite kiekvieno formulę, krūvį, elektronų skaičių ir su N sujungtų H skaičių.
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Abiem atvejais gaunama C₆H₁₆N⁺ su 58 elektronais; su N sujungtų H skaičiai yra du ir vienas.
Protonas prideda vandenilio branduolį ir teigiamą krūvį, bet ne elektroną; sunkiųjų atomų grafas išlieka.
Pakeiskite tik 35Cl į 37Cl. Kurie sudėties skaičiai pasikeičia?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Elektronų lieka 34; neutronų tampa 37, o sveikųjų nukleonų skaičių suma 71.
Du papildomi neutronai pakeičia izotopų sudėtį; branduolių krūviai, elektronų skaičius ir junglumas lieka tokie patys.
Išlaikykite bendrą žiedinių dalelių kiekį 2.00 mmol, bet laikykite, kad katijonų dalis yra 0.650 ir kiekvienam katijonui tenka vienas chlorido jonas. Perskaičiuokite kiekius, H atomus ir elektronus.
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Neutralios formos / katijono / chlorido kiekiai 0.700/1.30/1.30 mmol; H atomų 9.30 mmol; elektronų 95.4 mmol; bendrasis krūvis nulis.
Nurodytas katijono kiekis yra 2.00 * 0.650; likutis yra neutrali forma. Priešjonai pakeičia bendrą elektronų ir atomų sudėtį, nors žiedinių dalelių elektronų skaičiai sutampa.
Jei R2 vietoj to nurodo 2.40e-10 cm2 s-1 ir vis dar remiasi run-A, perskaičiuokite vertę ir palyginkite su R1.
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
2.40×10⁻¹⁴ m² s⁻¹, arba 10⁻⁴ R1 vertės; pažymėkite neatitikimą tam pačiam kilmės šaltiniui.
Perskaičiuojant ilgio kvadratą dauginama iš 1e-4.

Ką verta įsidėmėti

Molekulinė formulė vienareikšmiškai nenustato junglumo.
Izotopai, krūvis ir konfigūracija yra atskiros dalelės tapatybės dalys.
Priešjonai priklauso nurodytai medžiagos sudėčiai.
Prieš jungdami vertes išsaugokite savybių duomenų kilmę ir sąlygas.

Šaltiniai

Mokomoji medžiaga ir žinynai, kuriais remiasi pamokos paaiškinimai ir pavyzdžiai.