Loading article…
8H
18示されている代表例は、分子集団の単一の立体配座の「ポーズ」であることに注意してください。これは、炭素-炭素結合の回転に対するギブスエネルギー障壁が低いため (炭素「鎖」に大きな柔軟性を与える)、通常、非常に多数の異なる立体配座 (たとえば、溶液中) で構成されます。
化学において、空間充填モデル（カロッテモデルとも呼ばれる）は、原子が球体で表され、その半径が原子の半径に比例し、その中心間距離が原子核間の距離に比例し、すべて同じスケールである3次元（3D）分子モデルの一種です。異なる化学元素の原子は通常、異なる色の球体で表されます。
空間充填カロッテモデルは、長い時間をかけてモデリングの概念を有用な形に発展させた化学者ロバート・コーリー、ライナス・ポーリング、ウォルター・コルトゥンにちなんで、 CPKモデルとも呼ばれています。 [1]これらは、原子に「フルサイズ」の空間充填球を使用する点で、ボールと棒、スケルトンモデルなどの他の3D表現と区別されます。このモデルは触覚があり、手動で回転できます。これらは、分子の有効形状と相対寸法、および（回転可能であるため）さまざまなコンフォーマーの表面の形状を視覚化するのに役立ちます。一方、これらのモデルは原子間の化学結合をマスクし、特定のポーズで観察者に最も近い原子によって隠された分子の構造を見ることを困難にします。このため、このようなモデルは、特に複雑な分子で使用する場合、動的に使用できるとより有用になります (たとえば、THCモデルをクリックして回転させると、分子の形状をより深く理解できるようになります)。
歴史
空間充填モデルは、分子が示す電子表面を反映し、分子同士（または表面や酵素などの高分子）の相互作用を規定する方法で分子を表現したいという要望から生まれました。結晶学データは静的分子構造を理解するための出発点であり、これらのデータには空間充填表現を生成するために厳密に必要な情報が含まれています（たとえば、これらの結晶学モデルを参照）。ただし、ほとんどの場合、結晶学者は結晶学から得られた原子の位置を「熱楕円体」で表します。この楕円体のカットオフパラメータは、原子の位置（異方性を含む）を示すためと、原子間の共有結合やその他の相互作用を線で表すために便宜上設定されています。つまり、実用上の理由から、結晶学データは歴史的にボールと棒のモデルに近い形で表現されてきました。したがって、結晶学データには空間充填モデルを作成するための情報が含まれていますが、分子の有効な静的形状、分子が占める空間、および分子が別の分子に対して表面を提示する方法をモデル化することに関心のある個人が、上記に示した形式論を開発する必要がありました。
1952年、ロバート・コーリーとライナス・ポーリングは、カリフォルニア工科大学で作成した分子の正確なスケールモデルについて説明しました。[1] モデルでは、分子の表面積は分子の各原子のファンデルワールス半径によって決まると想定し、原子を各原子のファンデルワールス半径に比例する直径の硬材球として、1インチ = 1 Åのスケールで作りました。原子間の結合を可能にするために、各球の一部が切り取られて一対の一致する平面が作成され、球の中心間の距離が標準的なタイプの化学結合の長さに比例するように切り取り寸法が取られました。[1] コネクタが設計されました。これは、各球の各平面の中心にねじ込まれる金属ブッシングです。次に、2つの球は、一対の反対側のブッシングに挿入された金属棒によってしっかりと固定されます（ネジで固定）。モデルには、水素結合を表現できる特別な機能もありました。[1] [検証が必要] [2]
1965年、ウォルター・L・コルトゥンは、様々な色の成形プラスチック原子を特別に設計されたスナップコネクタで結合した簡素化されたシステムを設計し、特許を取得しました。この簡素化されたシステムは、本質的にはコーリー・ポーリングシステムと同じ目的を達成し、[4] [5]、トレーニングや研究環境で分子を扱う一般的な方法としてモデルの開発を可能にしました。このような色分けされた、結合長が定義されたファンデルワールス型の空間充填モデルは、現在では、この特定の概念を開発した3人の名にちなんで、CPKモデルとして一般的に知られています。
現代の研究では、データが豊富な結晶学モデルを従来の計算方法と新しい計算方法と組み合わせて使用し、単純な分子と複雑な分子の両方の空間充填モデルを提供することに再び注目が集まっています。このモデルでは、分子の表面のどの部分に溶媒が容易にアクセスできるか、または空間充填表現の静電特性 (CPK の場合、ほぼ完全に想像に委ねられています) を、作成された視覚モデルにどのように追加できるかなどの情報が追加されます。最後の 2 つの画像は、後者のタイプの計算と表現、およびその有用性の例を示しています。
参照
参考文献
- ^ abcd Corey, Robert B.; Pauling, Linus (1953). 「アミノ酸、ペプチド、タンパク質の分子モデル」(PDF) . Review of Scientific Instruments . 8 (24): 621–627. Bibcode :1953RScI...24..621C. doi :10.1063/1.1770803 . 2020年3月9日閲覧。
- ^同じ論文で、Corey と Pauling は、1 インチ = 2 Å のスケールのゴムのようなポリビニルプラスチック球を スナップ留め具で接続した、はるかに単純だが精度の低いタイプのモデルについても簡単に説明しています。Corey & Pauling、1953、op. cit を参照してください。
- ^ Baker, NA, Sept, D., Joseph, S., Holst, MJ & McCammon, JA, 2001, 「ナノシステムの静電気：微小管とリボソームへの応用」、Proc. Natl. Acad. Sci. USA 98 : pp. 10037-10041、[1]および「静電気の計算」を参照。2015年6月24日時点のオリジナルよりアーカイブ。2015年6月23日閲覧。、および[2]、2015年6月23日にアクセス。
- ^ Koltun, Walter L. (1965). 「精密空間充填原子モデル」.バイオポリマー. 3 (6): 665–679. doi :10.1002/bip.360030606. ISSN 0006-3525.
- ^ 米国特許 3170246、Koltun、Walter L.、「分子モデル用の空間充填原子単位およびコネクタ」、1965 年 2 月 23 日発行
外部リンク
- 分子モデルの詳細と化学と生物学からの例（記事はドイツ語です）
ギャラリー
6H
12部分的にマスクされた炭素原子は灰色で表示され、水素 原子は白い球体として表示されます。