Новые подходы к преподаванию органической химии для студентов

форум для специалистов в области органической химии
organic chemistry issues discussion for professional scientists
Аватара пользователя
Ahha
Сообщения: 3885
Зарегистрирован: Чт сен 20, 2007 7:02 pm

Re: Новые подходы к преподаванию органической химии для студентов

Сообщение Ahha » Пн мар 10, 2025 4:30 pm

В качестве преамбулы: я часто использую кемкрафт как визуализатор. Как таковой он мне нравится, автору спасибо. Замечания кое-какие безусловно есть, но для них существует другая тема. Здесь о другом. Последние (те самые "расчетные") версии кемкрафта не видел, сужу о них только по описаниям самого автора.
Vit Nhoc писал(а):
Ср мар 05, 2025 7:32 pm
Моя программа Chemcraft теперь проводит квантовохимические (полуэмпирические) расчёты, и её можно использовать для преподавания компьютерной химии для студентов.
Если сравнивать кемкрафт с гиперкемом, последний гораздо лучше подходит для преподавания компьютерной химии. Дело в том, что, как по мне, такое преподавание обязательно должно сопровождаться практическим сопоставлением различных методов расчета, чтобы показать, что в общем случае даже в относительно простых задачах количественный результат будет несколько варьироваться от метода к методу. Ну и да, как-то надо объяснять и демонстрировать обучаемым, что в некоторых задачах использование тех или иных методов заведомо бессмысленно.

Гиперкем все эти возможности дает: там есть и молмех, и ПЭ, и ab initio, и даже дфт какой-то вроде был. И да, сколько я помню, там даже есть параметры, которые можно подкручивать. Возможно, их меньше, чем в условной орке или гауссиане, но они есть. В кемкрафте похоже есть только ПЭ, да и та "не подкручивается" (я так понял, если что - миль пардон). Обучать на таком черном ящике вычислительной химии по принципу "нажми кнопку - скопируй результат" - бессмысленно.
Vit Nhoc писал(а):
Ср мар 05, 2025 7:32 pm
Хочу рассказать идеи, как с Chemcraft теперь можно внедрить новые подходы к преподаванию органической химии.
А вот это уже бессмысленно с самого начала. Гиперкем, кстати, насколько я знаю, никто вроде никогда не продвигал как инструмент для преподавания органики (опять же, если ошибаюсь - миль пардон). Очень опасно, кстати, делать заявления в стиле "зачем заучивать, если есть программа на все случаи жизни" - хотя бы потому, что как я выше писал, бывают "случаи жизни", когда ПЭ может и не помочь, а человек, обучавшийся по кемкрафту, об этом может и не догадываться. Плюс уже выше кто-то писал про тонкости с конформационным поиском, когда таким вот кавалерийским наскоком можно найти совсем не то, что есть на самом деле.

Резюмируя, пока новая версия кемкрафта может быть заменой гиперкему только в одном случае: что-то несложное нарисовать, по-быстрому соптимизировать во что-то относительно разумное и уже это разумное пихать в более сложные расчеты.
Когда начинает изменять память, практики заводят записную книжку, а романтики садятся писать мемуары.

Аватара пользователя
Vit Nhoc
Сообщения: 1337
Зарегистрирован: Сб июн 06, 2015 12:28 pm

Re: Новые подходы к преподаванию органической химии для студентов

Сообщение Vit Nhoc » Пн мар 10, 2025 4:40 pm

Cherep писал(а):
Пн мар 10, 2025 3:48 pm
Vit Nhoc писал(а):
Пн мар 10, 2025 10:38 am
Предположим, вы хотите узнать энергию реакции разложения молекулы бензола на три молекулы ацетилена.
Чему эта цифра кого научит? :shuffle:
Это, кстати, какая энергия? Энтальпия? Или?
Это "Коншемовская" энергия, сумма электронной энергии с энергией отталкивания между ядрами. Она вроде очень близка к энтальпии.
Chemcraft может считать и энергию Гиббса, но в данном случае (бензол и ацетилен) она сосчитает энергию Гиббса только бензола. Причина в том что ацетилен это линейная молекула, и для линейных молекул есть свои формулы для вычисления вращательной и колебательной энтропии, у меня пока не дошли руки это реализовать. Наверно надо это исправить. Тут ведь суть в том как я понимаю, что главное - поступательная и вращательная энтропии, они аддитивны, не пропорциональны размеру молекулы, и поэтому энтропия трёх молекул ацетилена заведомо больше энтропии одной молекулы бензола.
В принципе энергию Гиббса ацетилена можно с инкрустациями посчитать, и тогда можно будет посчитать температуру, при которой равновесие этой реакции смещается в сторону продуктов.
Я ведь правильно понимаю, что именно энтропийный фактор приводит к тому что разложение бензола на три ацетилена происходит при высоких температурах, несмотря на эндотермичность этой реакции? Тогда, как вы понимаете, если посчитать энтропийный и энергетический вклад, можно рассчитать температуру, при которой эта реакция будет проходить. Вы в курсе конкретно про эту реакцию, какая для неё нужна температура? Или может придумаем другой пример? Мне для мануала надо придумать какую-то задачу, чтобы в Chemcraft посчитать температуру протекания какой-нибудь реакции.
Не бойтесь будущего, оно не настоящее.

Аватара пользователя
Vit Nhoc
Сообщения: 1337
Зарегистрирован: Сб июн 06, 2015 12:28 pm

Re: Новые подходы к преподаванию органической химии для студентов

Сообщение Vit Nhoc » Пн мар 10, 2025 4:41 pm

Ahha писал(а):
Пн мар 10, 2025 4:30 pm
Очень опасно, кстати, делать заявления в стиле "зачем заучивать, если есть программа на все случаи жизни" - хотя бы потому, что как я выше писал, бывают "случаи жизни", когда ПЭ может и не помочь, а человек, обучавшийся по кемкрафту, об этом может и не догадываться.
Это вопрос экономии ресурсов: может быть, человеку будут лучше выучивать что-то другое, например как проводить нормальные квантовохимические расчёты в гауссиане и орке, чем выучивать эти самые эмпирические данные в органической химии?
Не бойтесь будущего, оно не настоящее.

Cherep
Сообщения: 23445
Зарегистрирован: Чт окт 30, 2003 9:22 am

Re: Новые подходы к преподаванию органической химии для студентов

Сообщение Cherep » Пн мар 10, 2025 5:41 pm

Vit Nhoc писал(а):
Пн мар 10, 2025 4:40 pm

Я ведь правильно понимаю, что именно энтропийный фактор приводит к тому что разложение бензола на три ацетилена происходит при высоких температурах, несмотря на эндотермичность этой реакции?
Я такой реакции не знаю. Беглый поиск показал, что никакого ацетилена в значительных количествах при пиролизе бензола не образуется :shock: Или я не прав?

Код: Выделить всё

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ie50303a013

Polychemist
Сообщения: 9671
Зарегистрирован: Вт дек 21, 2004 11:42 am

Re: Новые подходы к преподаванию органической химии для студентов

Сообщение Polychemist » Пн мар 10, 2025 5:42 pm

Vit Nhoc писал(а):
Пн мар 10, 2025 4:41 pm
...чем выучивать эти самые эмпирические данные в органической химии?
Какие эмпирические данные Вы имеете в виду? Можно пример?

Cherep
Сообщения: 23445
Зарегистрирован: Чт окт 30, 2003 9:22 am

Re: Новые подходы к преподаванию органической химии для студентов

Сообщение Cherep » Пн мар 10, 2025 5:43 pm

Vit Nhoc писал(а):
Пн мар 10, 2025 4:41 pm
Это вопрос экономии ресурсов: может быть, человеку будут лучше выучивать что-то другое, например как проводить нормальные квантовохимические расчёты в гауссиане и орке, чем выучивать эти самые эмпирические данные в органической химии?
Многие эмпирические данные -- это факты о свойствах. Мы гипотезы на основе фактов строим, не? :dontknow:

Аватара пользователя
Jokermaniak
Сообщения: 3825
Зарегистрирован: Чт окт 02, 2014 4:41 pm

Re: Новые подходы к преподаванию органической химии для студентов

Сообщение Jokermaniak » Пн мар 10, 2025 8:31 pm

Vit Nhoc писал(а):
Пн мар 10, 2025 4:41 pm
Это вопрос экономии ресурсов: может быть, человеку будут лучше выучивать что-то другое, например как проводить нормальные квантовохимические расчёты в гауссиане и орке, чем выучивать эти самые эмпирические данные в органической химии?
Ну вот вы, например, умеете проводить квантовомеханические расчеты, даже какой-то велосипед изобретаете какую-то молмеханику кодите. Помогло ли это вам освоить органическую химию? Очевидно, нет.
Что, Карл Маркс запрещает держать на лестнице ковры? Разве где-нибудь у Карла Маркса сказано, что 2-й подьезд калабуховского дома на Пречистенеке следует забить досками и ходить кругом через черный двор?

Allex'
Сообщения: 285
Зарегистрирован: Пт ноя 03, 2006 1:36 pm

Re: Новые подходы к преподаванию органической химии для студентов

Сообщение Allex' » Пн мар 10, 2025 8:50 pm

Посмотрел улучшенную версию, заодно уже заглянул и в Help. При запуске программы справа вверху появляется окно с подсказками. Что бросается в глаза:
1. В левом столбике этих подсказок перечислены комбинации клавиш, а в правом, что эти комбинации делают. Должно ведь быть наоборот. Пользователь ищет нужную функцию слева, а справа приводится реализация этой функции клавишами. Справедливости ради отмечу, что на вкладке Edit это реализовано правильно.
2. Ни в левом, ни в правом столбике подсказок алфавитного порядка нет - это тонкий намёк на то, что и вся программа написана в том же стиле? Хорошо, что подсказок всего 9 и в них сильно не запутаешься.
3. Если окно закрыть, чтобы не отвлекало, а потом его опять захочется увидеть, как вы думаете, что нужно сделать? Я не нашёл иного способа, кроме как перестартовать программу. На панели полно свободного места, разве нельзя там поставить кнопку "Tipps" и просматривать подсказки когда захочется.
4. Две подсказки отсылают не к сочетаниямс клавиш, а в меню "Edit", тогда они просто лишние в этом списке. В "Edit" пользователь полезет в любом случае и без подсказок.
5. Посмотрел в Help. Приятной неожиданностью для меня оказался раздел "Structures combiner window" - в нём (и кажется, только в нём) приводятся изображения окон программы. Все остальные разделы, в том числе и описывающие, что где находится, представлены текстом с маленькими картинками только самих кнопок. Графической информации при описании программы должно быть больше.
6. Ctrl+A+клик мышкой добавляет атом. Если это атом водорода, то кликнув по нему, можно добавять связанный с ним другой атом водорода и дальше добавления атомов не происходит. Это мне кажется нормальным. Но почему гелий и другие атомы я могу рисовать в этом же окне программы хоть 50-валентными - непонятно.
7. В Хелпе: "One can modify any geometrical parameter (bond length, bond angle, dihedral) using the textbox at the bottom of the main window." - наверное, где-то нужно описать условия, при которых появляется этот "textbox", я его так и не увидел.
Эти вопросы и замечания, скорее всего, риторические. Наверное, автора интерфейс программы заботит в последнюю очередь. Тогда буду надеяться на то, что за этим интерфейсом скрываются такие расчёты, что авторам гауссиана и не снились. Но я споткнулся на интерфейсе и дальше смотреть не захотелось.

Аватара пользователя
Vit Nhoc
Сообщения: 1337
Зарегистрирован: Сб июн 06, 2015 12:28 pm

Re: Новые подходы к преподаванию органической химии для студентов

Сообщение Vit Nhoc » Пн мар 10, 2025 10:13 pm

Cherep писал(а):
Пн мар 10, 2025 5:41 pm
Я такой реакции не знаю. Беглый поиск показал, что никакого ацетилена в значительных количествах при пиролизе бензола не образуется :shock: Или я не прав?

Код: Выделить всё

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ie50303a013
Ну вот, значит я выбрал не самый удачный пример. А на что бензол собственно разлагается при пиролизе? На молекулярный водород и атомарный углерод?
Возможно мои вопросы совсем профанские, сорри если что (могу для оправдания сказать, что я больше программист чем химик). Ну ладно. У меня вопрос, вот пиролиз - это именно эндотермическое разложение, или также экзотермическое сгорание?
Если второе, понятно что тот же бензол может сгореть в воздухе; является более сложной задачей оценить, при какой температуре он начинает гореть, т.к. для этого надо посчитать энергию активации. Но было бы здорово если бы мы нашли подходящий пример такой реакции. Скажем можно взять метан или ацетилен, поместить рядом молекулярный кислород, просканировать поверхность потенциальной энергии и построить график, и из графика взять высоту барьера. Но даже для метана тут возможны разные предполагаемые профили реакции, так что желательно брать какую-то хорошо изученную реакцию, для которой профиль давно известен.
Если под пиролизом понимается всё-таки эндотермическое разложение молекулы, то хорошо бы подобрать другой пример. Скажем пиролиз воды - это разложение двух молекул воды на одну молекулу O2 и две молекулы H2? В реальных условиях кто-нибудь имеет дело с таким процессом? Ну очевидно в плазме звёзд оно бы разложилось на атомарные кислород и водород, но нам лучше подобрать пример, который поближе к "классической" органической химии.
Не бойтесь будущего, оно не настоящее.

Аватара пользователя
Ahha
Сообщения: 3885
Зарегистрирован: Чт сен 20, 2007 7:02 pm

Re: Новые подходы к преподаванию органической химии для студентов

Сообщение Ahha » Пн мар 10, 2025 10:30 pm

Vit Nhoc писал(а):
Пн мар 10, 2025 10:13 pm
нам лучше подобрать пример, который поближе к "классической" органической химии
Возьмите ряд ЭН4, где Э=С,Si,Ge,Sn,Pb -- в общем, насколько вашей ПЭ хватит. Для них всех известны dG образования, то бишь прикинуть температуру начала разложения (пиролиза) можно. :dontknow:

Ну ладно, если учитывать состояние твердой фазы углерода, кремния и т.д. сложно -- галогениды азота. Там можно спокойно считать, что разложение идет на N2 и Hal2.
Когда начинает изменять память, практики заводят записную книжку, а романтики садятся писать мемуары.

Аватара пользователя
Jokermaniak
Сообщения: 3825
Зарегистрирован: Чт окт 02, 2014 4:41 pm

Re: Новые подходы к преподаванию органической химии для студентов

Сообщение Jokermaniak » Вт мар 11, 2025 12:39 am

Vit Nhoc писал(а):
Пн мар 10, 2025 10:13 pm
вот пиролиз - это именно эндотермическое разложение, или также экзотермическое сгорание?
Знак deltaH не является критерием пиролиза. Пиролиз - это превращение вещества под действием тепла без посторонних реагентов. Неважно, экзотермическое оно или эндотермическое.
Что, Карл Маркс запрещает держать на лестнице ковры? Разве где-нибудь у Карла Маркса сказано, что 2-й подьезд калабуховского дома на Пречистенеке следует забить досками и ходить кругом через черный двор?

Cherep
Сообщения: 23445
Зарегистрирован: Чт окт 30, 2003 9:22 am

Re: Новые подходы к преподаванию органической химии для студентов

Сообщение Cherep » Вт мар 11, 2025 11:47 am

Ahha писал(а):
Пн мар 10, 2025 10:30 pm
Vit Nhoc писал(а):
Пн мар 10, 2025 10:13 pm
нам лучше подобрать пример, который поближе к "классической" органической химии
Ну ладно, если учитывать состояние твердой фазы углерода, кремния и т.д. сложно -- галогениды азота. Там можно спокойно считать, что разложение идет на N2 и Hal2.
Галогениды азота и органическая химия как-то далековато, не? :shuffle:

Cherep
Сообщения: 23445
Зарегистрирован: Чт окт 30, 2003 9:22 am

Re: Новые подходы к преподаванию органической химии для студентов

Сообщение Cherep » Вт мар 11, 2025 12:04 pm

Vit Nhoc писал(а):
Пн мар 10, 2025 10:13 pm
но нам лучше подобрать пример, который поближе к "классической" органической химии.
Да хрен его знает, это тогда реакции в газовой фазе нужны. Хотел про карбокатионы, механизм SN1 и следствие из постулата Хэммонда написать, но вспомнил картинку, как энергии частиц меняются при учете растворителя.

Можно ли квантами предсказать селективность реакции бромирования 2-метилпропана по сравнению с хлорированием?

Аватара пользователя
Jokermaniak
Сообщения: 3825
Зарегистрирован: Чт окт 02, 2014 4:41 pm

Re: Новые подходы к преподаванию органической химии для студентов

Сообщение Jokermaniak » Вт мар 11, 2025 2:06 pm

Cherep писал(а):
Вт мар 11, 2025 12:04 pm
Можно ли квантами предсказать селективность реакции бромирования 2-метилпропана по сравнению с хлорированием?
Я хотел про региоселективность бромирования пиррола спросить :lol:
Что, Карл Маркс запрещает держать на лестнице ковры? Разве где-нибудь у Карла Маркса сказано, что 2-й подьезд калабуховского дома на Пречистенеке следует забить досками и ходить кругом через черный двор?

Аватара пользователя
Vit Nhoc
Сообщения: 1337
Зарегистрирован: Сб июн 06, 2015 12:28 pm

Re: Новые подходы к преподаванию органической химии для студентов

Сообщение Vit Nhoc » Вт мар 11, 2025 4:26 pm

Cherep писал(а):
Вт мар 11, 2025 12:04 pm
Можно ли квантами предсказать селективность реакции бромирования 2-метилпропана по сравнению с хлорированием?
Я сейчас не дома, через пару дней попробую что-нибудь посчитать и дам прогноз. Ответы не гуглю если что.
Эта селективность определяется кинетикой или термодинамикой? Как я понимаю, предсказывать квантовой химией кинетику на порядок сложнее, чем термодинамику. Я пока этим ещё не занимался, а давно надо бы, так что я попробую.
Задачу я вижу такой (прошу подсказать/прокомментировать квантовиков, которые заглянут в тему). Берём молекулу 2метилпропана, помещаем рядом молекулу Cl2 или же атом Cl (надо и так и так попробовать, на всякий случай), точнее помещаем её рядом с каждым из атомов водорода (возможно надо рассматривать только два таких атома - у центрального углерода и по краям), и сканируем энергию по расстоянию Cl-H, сокращая это расстояние. Это сканирование надо провести в нескольких мультиплетностях, т.к. разные кривые ППЭ для разных мультиплетностей могут пересекаться. Мы таким образом найдём две энергии активации. Повторим расчёт для брома, и смотрим как изменились относительные энергии.
С расчётом энергий активации главная проблема, как я понимаю - нужно знать по какому конкретно механизму проходит реакция.
Не бойтесь будущего, оно не настоящее.

Аватара пользователя
Jokermaniak
Сообщения: 3825
Зарегистрирован: Чт окт 02, 2014 4:41 pm

Re: Новые подходы к преподаванию органической химии для студентов

Сообщение Jokermaniak » Вт мар 11, 2025 5:39 pm

Vit Nhoc писал(а):
Вт мар 11, 2025 4:26 pm
Эта селективность определяется кинетикой или термодинамикой?
:lol: :lol: :lol:
Что, Карл Маркс запрещает держать на лестнице ковры? Разве где-нибудь у Карла Маркса сказано, что 2-й подьезд калабуховского дома на Пречистенеке следует забить досками и ходить кругом через черный двор?

Cherep
Сообщения: 23445
Зарегистрирован: Чт окт 30, 2003 9:22 am

Re: Новые подходы к преподаванию органической химии для студентов

Сообщение Cherep » Вт мар 11, 2025 7:06 pm

Vit Nhoc писал(а):
Вт мар 11, 2025 4:26 pm
Эта селективность определяется кинетикой или термодинамикой?
Я не специалист, но что-то не припомню, чтобы галогенбутаны образовавшиеся в результате реакций радикального замещения взаимопреращались друг в друга, что необходимо для термодинамического контроля соотношения продуктов реакции. Более того, ЕМНИП, на ВУЗовском уровне как раз про кинетику, определяющую селективность.
Vit Nhoc писал(а):
Вт мар 11, 2025 4:26 pm
Как я понимаю, предсказывать квантовой химией кинетику на порядок сложнее, чем термодинамику.
Я слышал мнение, что почти весь конец 20-го века в органическом синтезе был посвящён развитию методов с уходом от условий в которых соотношение продуктов подчиняется термодинамическому контролю. Иногда термодинамический контроль рулит, но в той же альдольной конденсации -- редко. Так что надо как-то считать скорости.
Vit Nhoc писал(а):
Вт мар 11, 2025 4:26 pm
С расчётом энергий активации главная проблема, как я понимаю - нужно знать по какому конкретно механизму проходит реакция.
Так или иначе разрывается связь галоген-галоген. Галоген-радикал "лезет" на атом водорода в алкане. Обзывают радикальное замещение аббревиатурой SR. Ну ещё там прирос термин "цепная реакция", но это про несколько стадий.

Аватара пользователя
Ahha
Сообщения: 3885
Зарегистрирован: Чт сен 20, 2007 7:02 pm

Re: Новые подходы к преподаванию органической химии для студентов

Сообщение Ahha » Вт мар 11, 2025 8:43 pm

Cherep писал(а):
Вт мар 11, 2025 12:04 pm
Можно ли квантами предсказать селективность реакции бромирования 2-метилпропана по сравнению с хлорированием?
https://www.youtube.com/watch?v=sWfC4lc5Zqs
Cherep писал(а):
Вт мар 11, 2025 11:47 am
Галогениды азота и органическая химия как-то далековато, не? :shuffle:
Если это (правильный расчет dG) получится в NHal3 тем, что зашито в кемкрафт, то в органике тоже получится, как мне кажется. :shuffle:
Когда начинает изменять память, практики заводят записную книжку, а романтики садятся писать мемуары.

Аватара пользователя
Vit Nhoc
Сообщения: 1337
Зарегистрирован: Сб июн 06, 2015 12:28 pm

Re: Новые подходы к преподаванию органической химии для студентов

Сообщение Vit Nhoc » Ср мар 12, 2025 7:30 am

Cherep писал(а):
Вт мар 11, 2025 7:06 pm
Я слышал мнение, что почти весь конец 20-го века в органическом синтезе был посвящён развитию методов с уходом от условий в которых соотношение продуктов подчиняется термодинамическому контролю. Иногда термодинамический контроль рулит, но в той же альдольной конденсации -- редко. Так что надо как-то считать скорости.
Это немного печально для меня, ну а для каких ещё задач могут пригодиться рассчитанные энергии реакций?
Не бойтесь будущего, оно не настоящее.

Polychemist
Сообщения: 9671
Зарегистрирован: Вт дек 21, 2004 11:42 am

Re: Новые подходы к преподаванию органической химии для студентов

Сообщение Polychemist » Ср мар 12, 2025 11:03 am

Ну например для оценки теплоты, выделяющейся при сгорании/разложении вещества. Возможно бывает надо в специфических областях.

Ответить

Вернуться в «органическая химия / organic chemistry»

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: burzoom и 13 гостей