用“分子的性质”软件计算聚丙烯酸甲酯的构象能量

  前一个实验让学生对高分子链构象、形态及尺寸问题有了直观、形象的认识。实际上,高分子链的内旋转不是自由的,受到相邻链节中非键合原子或基团间相互作用的影响,内旋转是受阻的,构象能E(Φ)与内旋转角Φ之间有很大关系,是一个很复杂的函数。然而对于柔性高分子,即使不能自由内旋转,可以实现的构象数目仍是非常大的。对于一个主链上含有n个单键的柔性大分子,其构象将由(n-2)个内旋转角决定。构象(conformation)菜单窗口
  一、实验内容
  a. 依照前一个模拟实验的方法,构建聚丙烯酸甲酯片段(三个单体单元),选取一个内旋转角,标量所选择的将发生内旋转的角(二面角)涉及的4个原子(记录4个原子的编号),选定内旋转角范围(从起始角度到终止角度)、以及内旋转间隔(建议5°或10°的间隔),记录内旋转角Φ和构象能E(Φ)数据,以E(Φ)Φ作图。
  b. 构建聚丙烯酸甲酯片段(三个单体单元),选取两个内旋转角(图1、图2)。先记录内旋转角Φ1涉及的四个原子编号,选定内旋转角Φ1范围(从起始角度到终止角度)、以及内旋转间隔(建议5°或10°的间隔);再记录内旋转角Φ2涉及的四个原子,选定内旋转角Φ2范围(从起始角度到终止角度)、以及内旋转间隔(建议5°或10°的间隔)。记录内旋转角 与构象能 以及内旋转角 与构象能 数据,选取任一Φ2,以E(Φ1Φ1作图。
  c. 构建聚丙烯酸甲酯片段(五个单体单元),选取一个内旋转角,标量所选择的将发生内旋转的角(二面角)涉及的4个原子(记录4个原子的编号),选定内旋转角范围(从起始角度到终止角度)、以及内旋转间隔(建议5°或10°的间隔),记录内旋转角 和构象能 数据,以 对 作图。
  d. 构建聚丙烯酸甲酯片段(五个单体单元),选取两个内旋转角。先记录内旋转角 涉及的四个原子编号,选定内旋转角 范围(从起始角度到终止角度)、以及内旋转间隔(建议5°或10°的间隔);再记录内旋转角 涉及的四个原子,选定内旋转角 范围(从起始角度到终止角度)、以及内旋转间隔(建议5°或10°的间隔)。记录内旋转角 与构象能 以及内旋转角 与构象能 数据,选取任一 ,以 对 作图。含3个单体单元的聚丙烯酸甲酯片段,计算两个内旋转角角度变化对构象能的影响
  注意:依实验学时安排和计算机的运行速度,我们在教学中建议学生分别构建含三个和五个单体单元的聚丙烯酸甲酯片段,先后选择一个和两个内旋转角,并按5°或10°的间隔来计算。如果构建的丙烯酸甲酯片段太长、或内旋转角数目多、或角度间隔小,会因所包含的数据太多而使计算机工作量过大,计算速度太慢。
  二、功能及效果
  本实验只涉及到两个内旋转角角度变化对柔性高分子链构象及构象能的影响。通过这个分子模拟实验的教学,使学生深刻理解到:柔性高分子即使不能自由内旋转,但是可以实现的构象数目仍是非常大的。对于一个主链上含有n个单键的柔性大分子,其构象将由(n-2)个内旋转角决定。此外,构象能 与内旋转角 是一个很复杂的函数,计算机模拟无疑是事半功倍的。

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