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scheLM 3D

spezielle chemische eLearning Module

eLearning mit dem Klaus

Animation der Konformationen im Ethan


Studienfach:
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Lernziel

Die Studierenden sollen die Konformationen des Ethans (gestaffelt, ekliptisch) in den verschiedenen Darstellungen (Keilstrich-Projektion, Sägebock-Projektion und Newman-Projektion) erkennen, richtig benennen und zeichnen können!
Es bereitet auf schwierigere konformelle Fragen, wie zum Beispiel im Butan und Cyclohexan vor.

Einführung

Dieses eLearning-Modul beschäftigt sich mit den Konformationen im Ethan. Ethan kann durch Rotation um die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Einfachbindung verschiedene Anordnungen (Konformationen) einnehmen. Wenn Sie den Start-Button anklicken , wird im rechten der beiden Fenster eine Animation der entsprechenden Bewegung gestartet. Das linke Fenster dient als Vergleich. Die Energiekurve zeigt, wie sich der Energieinhalt von Ethan bei der Rotation ändert.

Um einen besseren Vergleich zwischen der aktuellen Geometrie und der Startgeometrie zu ermöglichen, können Sie zwei Wasserstoff-Atome in der Startgeometrie hervorheben.

Bei der Animation handelt es sich nicht um einen Film, sondern um das Ergebnis einer 3D-Molekülberechnung. Das Jmol Applet erzeugt dabei die Animation. Es ist möglich, dass Molekül mit Hilfe der Maus in allen Raumrichtungen zu drehen, um einen besseren Eindruck der 3D-Anordnung zu gewinnen.

Drehen Sie das Molekül so, dass es einer Newman-Projektion, einer Sägebock-Projektion und einer Keilstrich-Projektion entspricht!

Mit Hilfe der beiden Synchronisationsbuttons zwischen den Fenstern können Sie erreichen, dass die Moleküle in beiden Fenstern die selbe Anordnung haben.

Wenn Sie "automatisch synchronisieren" unter dem linken Bild ankreuzen, bleibt die Ausrichtung beider Fenster automatisch synchron! (Diese Einstellung ist vorselektiert!)

Hier fehlt ein Bild Newman Projektion
Ethan ekliptisch
Hier fehlt ein Bild Sägebock Projektion
Ethan ekliptisch
Hier fehlt ein Bild Keilstrich Projektion
Ethan ekliptisch
Standbild

Sync

Animation
Energiekurve Roter Kreis

automatisch synchronisieren:

Stabdurchmesser:

Kugelgröße:

 

Geschwindigkeit:

Zoom: Stereo:

 

Konformationen des Ethan

In der Startgeometrie stehen die beiden hervorgehobenen Wasserstoffatome direkt hintereinander. Der Winkel (Dihedralwinkel) in der Newmanprojektion zwischen den dem vorderen Wasserstoffatom, den beiden Kohlenstoffatomen und dem hinteren Wasserstoffatom beträgt 0°. Eine solche Anordnung nennt man ekliptisch (siehe Abbildungen am rechten Rand inm oberen Teil - Die Newmanprojektion ist leicht verdrillt gezeichnet, weil Sie die hinteren Wasserstoffatome sonst nicht sehen können). Wenn Sie die Animation gestartet haben, können Sie diese automatisch bei der nächsten ekliptischen Position anhalten.

Drehen Sie das Molekül in verschiedene Anordnungen, in denen Sie die ekliptische Position der Wasserstoffatome gut mit den verschiedenen Projektioen (Newman, Sägebock, Keilstrich) vergleichen können.

Durch Verwendung der vorwärts/rückwärts-Buttons können Sie die Geometrie auch in kleinen Schritten ändern.
Die ekliptische Anordnung wiederholt sich bei 0°, 120°, 240° und 360° = 0°. Dies wird besonders deutlich, wenn Sie zwei Wasserstoffatome blau hervorheben!

Die ekliptische Anordnung ist besonders ungünstig. Man befindet sich auf einem Maximum der Energiekurve. Im Gegensatz dazu findet man die gestaffelte Anordnung bei einem Energieminimum. Die Wasserstoffatome stehen in der Newmanprojektion exakt auf Lücke. Die gestaffelte Anordnung findet man bei 60° 180° und 300°. Sie können die Animation an der ekliptischen Position anhalten .

Drehen Sie das Molekül in eine Anordnung, in der Sie die gestaffelte Position der Wasserstoffatome gut erkennen können.

Mit Hilfe der Regler Stabdurchmesser und Kugelgröße können Sie die Animationen Ihren Bedürfnissen anpassen. Wenn Sie die Kugelgröße auf den maximalen Wert stellen, werden die Atome in ihrer vollen Größe dargestellt (van-der-Waals-Radius). Sie gewinnen einen Eindruck von der tatsächlichen, raumerfüllenden Gestalt der Moleküle. Die Verknüpfung ist aber selbst bei diesem einfachen Molekül Ethan kaum noch zu erkennen.

Testen Sie verschieden Darstellungen vom schmalen Stab bis hin zur raumerfüllenden Darstellung.

Im nächsten Schritt lernen Sie die Konformationen des Butan kennen. Hier ist die Situation komplexer!

Hier fehlt ein Bild Newman Projektion
Ethan gestaffelt
Hier fehlt ein Bild Sägebock Projektion
Ethan gestaffelt
Hier fehlt ein Bild Keilstrich Projektion
Ethan gestaffelt

Die 3D-Animationen auf dieser Seite wurden mit Hilfe von JSmol erstellt: an open-source Java viewer for chemical structures in 3D. http://www.jmol.org/

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