Новые подходы к преподаванию органической химии для студентов

[Linkey]

Я выложил новую версию своей программы, в которой сделал свои квантовохимические расчёты, точнее интеграция с бесплатной программой xtb которая делает расчёты. Можно тут выложу ссылку на свою программу? Если что, уже выкладывал в предыдущей теме про масс-спектроскопию.

 

Мою программу теперь можно использовать для преподавания компьютерной химии. Сейчас основной программой для таких задач является Hyperchem, но в России её трудно достать из-за санкций, а тут получается импортозамещение. Подскажите, можно ли куда-то написать, в какое-то министерство, с предложением заменить в учебной программе Hypechem на мою программу?

 

Хочу рассказать идеи, как с такими программы можно внедрить новые подходы к преподаванию органической химии. Эти идеи родились из моего двадцатилетнего опыта занятий квантовой химией. Кратко, можно не забивать головы студентам обширными эмпирическими данными, а дать им мою программу на все случаи жизни, чтобы они могли за пару минут нарисовать молекулу и посчитать её свойства. Скажем такой пример: знаете ли вы характеристическую частоты группы –NH2 в ИК спектре? Если мне дадут выложить ссылку на мою программу, я покажу как примерно за 2 минуты построить структуру анилина, посчитать его ИК спектр и узнать эту частоту. Это получается проще чем даже гуглить, не говоря уже о предварительном выучивании.

 

Предположим, студентам преподают какую-то концепцию в органической химии, вроде SP3 гибридизации. Очень полезно будет дать им мою программу, чтобы они нарисовали какой-нибудь этан, посчитали его свойства и убедились, что эта концепция верна.

Изменено 11 Января, 2025 в 09:31 пользователем Linkey

[XuMuK]

С разделом только ошиблись. Может таки это про органическую химию?

[Linkey]

  В 11.01.2025 в 09:35, XuMuK сказал:

С разделом только ошиблись. Может таки это про органическую химию?

Показать  

Сорри, я на форуме редко пишу. Перенесите если так считаете.

[Linkey]

Если можно, я начну. Предлагаю скачать мою программу тут:

https://www.chemcraftprog.com/download.html

Итак, как, к примеру, быстро узнать характеристическую частоту группы NH2 в ИК спектре:
Когда запустите программу, сделайте так:
1) Нажмите Edit/Add fragment, в окне выберите -R/C6H5, после этого кликните на главный экран программы, где чёрное. Добавится группа C6H5X;
2) Вернитесь в окно наверху и выберите -R/NH2. Далее кликните на прозрачном синем атоме (фиктивном). К бензольному кольцу добавится NH2. После этого можно закрыть окно сверху с фрагментами;
3) Выберите Compute/Optimize geometry/Perform optimization using Chemcraft optimizer (slow), подождите 1 минуту и нажмите Stop. Молекула соптимизируется;
4) Выберите Compute/Geometry optimization + frequency job. Слева появятся новые меню;
5) В иерархическом меню слева выберите Frequencies/Frequency 3510 (внизу). Будет видно что это колебательная мода группы NH2 (молекула задвигается);
6) Ещё слева выберите Frequencies/Show spectrum/IR intensities. Будет видно что эта частота имеет слабую интенсивность в спектре.
Я могу сейчас оконфузиться, вообще я до этого не знал какая там частота у группы NH2; Chemcraft может показать, что у этой группы есть ещё колебания 346 и 1027, 1516 и другие.
Т.е. вы видите, что получить таким образом информацию о веществе проще, чем даже гуглить. И тем более не нужно всё это выучивать заранее. Либо мою программу можно показывать для закрепления материала. Если студентов учат, например, sp гибридидации, пусть они запустят мою программу, посчитают какую-то молекулу и убедятся что всё верно.

[almalino]

Можно вопрос? Точнее — два.

a. Какова точность Вашей программы? Характеристические колебания — это, конечно, замечательно, но реальные частоты одной и той же группы в конкретных молекулах порой различаются довольно заметно (в пределах нескольких см^–1), и порой это довольно критично.

b. Можно ли варьировать изотопный состав (надеюсь, понятно, что речь идёт не о замене водорода на дейтерий, а, скажем, ¹⁴N на ¹⁵N) как функциональной группы, так и прочих компонентов "системы"? Это сказывается на конечном результате?

Изменено 14 Января, 2025 в 09:56 пользователем almalino
"блохи"

[Arkadiy]

А чего у  вас поддерживается только один формат молекулярных файлов? xyz?

не самый распространенный

[Linkey]

  В 14.01.2025 в 09:44, almalino сказал:

a. Какова точность Вашей программы? Характеристические колебания — это, конечно, замечательно, но реальные частоты одной и той же группы в конкретных молекулах порой различаются довольно заметно (в пределах нескольких см^–1), и порой это довольно критично.

Показать  

Прикрепляю корреляцию расчёта с экспериментом. Тут такие молекулы как толуол, ацетон, бутанон,пропен и пр. Но не надо слишком обнадёживаться этой картинкой, во-первых это DFT расчёт, а в Chemcraft сейчас используются более дешёвые полуэмпирические расчёты методом GFN (точность ниже). Во-вторых, в реальных исследованиях относительно больших органических молекул, обычно получается такая мешанина пиков в ИК спектре, что нормально интерпретировать это, отнести сигналы почти невозможно.

 

  В 14.01.2025 в 09:44, almalino сказал:

b. Можно ли варьировать изотопный состав (надеюсь, понятно, что речь идёт не о замене водорода на дейтерий, а, скажем, ¹⁴N на ¹⁵N) как функциональной группы, так и прочих компонентов "системы"? Это сказывается на конечном результате?

Показать  

 

Вот тут мне приятно что вы задали этот вопрос, поскольку я как раз это сделал. В моём примере выше, если вы посчитали ИК спектр скажем  молекулы анилина, вы можете кликнуть на Frequencies слева, далее на меню внизу-слева, выбрать Calculate frequencies by Hessian, далее Set custom isotopes, выбрать ваши изотопы, и далее выбрать в меню Compute frequencies. Для меня было бы здорово, если окажется что снять экспериментальный спектр изотопозамещённого соединения не так сложно - в моей программе можно быстро обсчитать, как изотопозамещение сдвинет полосы в нём.

  В 15.01.2025 в 20:03, Arkadiy сказал:

А чего у  вас поддерживается только один формат молекулярных файлов? xyz?

не самый распространенный

Показать  

Моя программа читает разные форматы, но полагаю xyz это всё-таки самый распространённый формат для "просто структур".

[Arkadiy]

  В 17.01.2025 в 00:47, Linkey сказал:

Прикрепляю корреляцию расчёта с экспериментом. Тут такие молекулы как толуол, ацетон, бутанон,пропен и пр. Но не надо слишком обнадёживаться этой картинкой, во-первых это DFT расчёт, а в Chemcraft сейчас используются более дешёвые полуэмпирические расчёты методом GFN (точность ниже). Во-вторых, в реальных исследованиях относительно больших органических молекул, обычно получается такая мешанина пиков в ИК спектре, что нормально интерпретировать это, отнести сигналы почти невозможно.

 

 

Вот тут мне приятно что вы задали этот вопрос, поскольку я как раз это сделал. В моём примере выше, если вы посчитали ИК спектр скажем  молекулы анилина, вы можете кликнуть на Frequencies слева, далее на меню внизу-слева, выбрать Calculate frequencies by Hessian, далее Set custom isotopes, выбрать ваши изотопы, и далее выбрать в меню Compute frequencies. Для меня было бы здорово, если окажется что снять экспериментальный спектр изотопозамещённого соединения не так сложно - в моей программе можно быстро обсчитать, как изотопозамещение сдвинет полосы в нём.

Моя программа читает разные форматы, но полагаю xyz это всё-таки самый распространённый формат для "просто структур".

Показать  

Нет? самый распространенный формат .mol

Его у вас нет.

Я не знаю, что такое просто структуры! Мне больше интересны те структуры, которые я сам нарисовал, рассчитал и/или синтезировал. 

Буквально вчера я синтезировал новую нигде и никем не описанную структуру

 

[Linkey]

  В 17.01.2025 в 17:42, Arkadiy сказал:

Нет? самый распространенный формат .mol

Его у вас нет.

Показать  

Моя программа читает .mol файлы.

[Arkadiy]

  В 17.01.2025 в 18:20, Linkey сказал:

Моя программа читает .mol файлы.

Показать  

У вас это не указано.

Протоны он теряет