Molekula = soubor atomů

charakteristika molekuly:

sumární vzorec H2O, C2H6, ...

strukturní vzorec vazby mezi atomy H—O—Htopologie molekuly

Euklidovská charakteristika (symetrie)

H2O

2-četná osa

rovina symetrie

geometrická struktura

přesné hodnoty

znám hmotnost → znám sumární vzorec

rozdělení částic podle M

q BvEqF

vstup zdroj(ionizace)

analýza detektor

výstupnídata

BvEqF

BvE

m

qa

amF

1919 - Francis William Aston (1877-1945) 1922 Nobelova cena za chemii

2002 N.c. za chemii John B. Fenn, Koichi Tanaka, Kurt Wüthrich"for their development of soft desorption ionisation methods for mass spectrometric analyses of biological macromolecules"

John B. Fenn* 1917

Koichi Tanaka* 1959

v současné době se používá (pro biomolekuly) MALDI

(Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization)

1-atomová Ne, Ar, ... topologie triviální

2-atomová H2, Cl2, ...

A

A2 A Aa

HCl, CO, ...AB A B

3-atomová A3

CO2

A2BAB2

A A A O3

O

O

O

B elektronegativní

N2O

H2O

O C O O N N

H

O

H

N2O O N N-ONN ONN

4-atomová AB3

F

F

F

B

BF3

N

N

NH3

NNN

NNNNN

HH

H

E

drovina H

charakteristická frekvence

23 870 /s

1949 NIST

A2B2 H2O2 2 formy

cytochrome Cribosome

... víceatomové

konstituční izomerie

stejný sumární vzorec, liší se pořadí atomů a vazeb (strukturní vzorec)

C5H12 CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 CH3-CH2-CH-CH3

CH3

CH3

CH3-C-CH3

CH3

skupinová konstituční izomerie CH3-O-CH3 ... dimethyleter

CH3-CH2-OH ... ethanol

12

3

6

45

benzen C6H6

NH2

Etyl (C2H5)

1-amino 2-etylbenzen

NH2

Etyl

NH2

Etyl

stereoizomerie

stejný sumární i strukturní vzorec, liší se uspořádáním v prostoru

ethan

C

C

H

H H

H

HH

C

H

H H

C

H

H H

eclipsestaggered

E

e

s

chiralita

některé molekuly stáčí rovinu polarizovaného světla (opticky aktivní)

Pasteur .... kyselina vinná

... molekuly, jež nelze ztotožnit se zrcadlovým obrazem

(neobsahuje prvky symetrie zahrnující zrcadlení)

Lord Kelvin v r. 1904,(Baltimore Lectures on Molecular Dynamics and the Wave Theory of Light) ..."I call any geometrical figure, or group of points, chiral, and say it has chirality, if its image in a plane mirror, ideally realized, cannot be brought to coincide with itself."

chiral kheir (řecky ruka)

značení: D (R) enantiomery L (S) (50:50 racemát ... není opticky aktivní)

pomeranče citróny(až 80. léta jasné)

Nobelova cena 2001: William S. Knowles, Ryoji Noyori and K. Barry Sharpless za vývoj katalitické asymetrické syntézy

rotace o 180°

H2O2

L-alanineD-alanine

Chirální molekula neobsahuje rovinu symetrie

2-chloropropan 2-chlorobutan

C

V

H

C

V

i

prvky symetrie: n-četná osa, zrcadlová rovina, inverze

alespoň jeden bod pevný (není translace)

vzdálenosti se nemění

vlastní (nemění se orientace)

nevlastní (změna orientace)

prvky symetrie: identita Einverze in-četná osa Cn

rovina zrcadlení inverzní osa

ve 2D: C2 = i

ve 3D: C2 i

prvky symetrie operace symetrie (bodové ortogonální transformace)

C4

C42 = C2

C43

C44 = E

R

R

RR

3 = S6 (zrcadlová osa)

dané operace symetrie (pro danou molekulu) tvoří grupu .... bodová grupa symetrie

je definované násobení

1) pro a, b z G, ab z G

2) asociativnost, (ab)c = a(bc)

3) jednotkový prvek, ea = a a z G

4) inverzní prvek a-1 a, a-1a = e

provedu postupně

vyhovuje

E

provedu zpět

grupy se značí ... konvence (Schoenfliesova, mezinárodní symbolika)

n-četná osa otáčení .... grupa Cn 4navíc rovina .... Cnv 4mmhorizontální rovina .... Cnh 6/m

C3v

CS

Symetrie molekul ve 2DSymetrie molekul ve 2D

C Cv

Cn

C

Cnv

Cn

CS

C1

+ +

+ +

+

-

-

-

-

řád grupy = početoperací symetrie

2n

n

2

1

-

F Y Z I K A I V

operace symetrie maticové vyjádření

01

10C4

100

010

001

σz

y

x

OO

OO

2221

1211

CClBrFCH2C1

HOClCS

C2H2O2

C2v H2O

Dh

H2 CO2

CvCO N2O

D2dC3H4

-42m

pentagonální 5 3 12 20 30 dodekaedrtrigonální 3 5 20 12 30 ikosaedrB12H12 Fulleren C60 C540 (ikosaedr)

pravidelné mnohostěny P = řád stěny V = četnost vrcholu h = počet hran p = počet stěn v = počet vrcholů

P.p = 2h V.v = 2h p + v = h + 2

Td

Oh

Ih

těleso P V p v h

tetraedr 3 3 4 4 6 (čtyřstěn)CCl4 CH4 SiF4

krychle 4 3 6 8 12oktaedr 3 4 8 6 12UF6 SF6

1985 ... Curl, Smalley, Kroto 1996 N.c. za chemii

Eulerův teorém: struktura složená z 5-ti a 6-ti úhelníků obsahuje 12 5-ti úhelníkůnejmenší C60 (20 6-ti úhelníků)

(1952 - Radushkevich and Lukyanovich: obrázky nanotubes (?);později i další autoři - 1970 Eiji Osawa)

C540 (ikosaedr)

Richard Buckminster Fuller (1895 - 1993)

Montreal Biosphere, 1967(pavilon USA na EXPO '67)

Poliedro de Caracas

projekt Eden, Anglie

Robert F. Curl Jr.(*1933)

Sir Harold W.Kroto (*1939)

Richard E. Smalley (*1943)