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Tutorial MenueMolecular ModelingLerneinheit 2 von 18

Molekülmechanik - Einführung

Molekülmechanik: Potenzialkurve für den Torsionswinkel

Die Drehung um eine Einfachbindung oder gar um Doppelbindungen ist normalerweise nicht ohne Energiebarriere möglich. Das klassische Beispiel ist Ethan. Die energetisch günstigste Konformation ist die gestaffelte Anordnung der Methyl-Gruppen. Die höchste Energie hat die ekliptische Konformation. Aus quantenmechanischen Rechnungen weiß man, dass die Barriere von 2,9 kcal/mol durch die Abstoßung der Wasserstoff-Atome zustandekommt, die sich in der ekliptischen Konformation am nächsten kommen. Obwohl man die Torsionsbarriere auch durch nichtbindende Wechselwirkungen (Van-der-Waals-Abstoßung) modellieren könnte, enthalten die meisten Kraftfelder Torsionspotenziale. Diese Potenziale sind in der Regel weicher (kleinere Kraftkonstanten) als Bindungslänge und -winkel und im Gegensatz zu letzteren periodisch. Mit der Energie von 1,4 x 10-21 J/Molekül (0,02 kcal/mol) kann man im Butanmolekül den C-C-C-C-Diederwinkel um 10° verändern, den C-C-C-Bindungswinkel um 1° und die C-C-Bindung um 0,025 Å dehnen oder stauchen.

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Newman-Projektion

Die beiden Wasserstoff-Atome, die zusammen mit den Kohlenstoff-Atomen den Diederwinkel θ bilden, sind rot markiert.

Die potenzielle Energie von Ethan in Abhängigkeit von dem Torsionswinkel lässt sich mit der folgenden Formel berechnen. Der Faktor "3" ergibt sich aus der Periodizität der Torsion, jeweils nach 120° erhält man wieder die gleiche Konformation.

Abb.1

Kθ: Kraftkonstante

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