Конструктор молекул онлайн — это редактор в браузере: вы рисуете структурную формулу вещества из атомов и связей, а программа показывает молекулу в 3D и сверяет её с базой известных соединений. В Chemistar он состоит из трёх частей: 2D-редактора Ketcher, 3D-просмотра и проверки по открытой базе PubChem. Устанавливать ничего не нужно.
Ниже — что умеет конструктор, как построить в нём молекулу (на примере этанола), как использовать его для органики и чего он не делает.
Что такое конструктор молекул и зачем он ученику
Конструктор молекул — это графический редактор химических формул. Вы выбираете атомы и связи, собираете из них структурную формулу, а рисунок превращается в данные о веществе: брутто-формулу, молярную массу, название. Кроме того, он показывает, как молекула выглядит в пространстве.
Школьнику это нужно по трём причинам:
- Увидеть пространственное строение. На бумаге метан CH4 — плоский крест из чёрточек, а на самом деле молекула имеет форму тетраэдра. В 3D это видно сразу.
- Проверить себя. Построили формулу изомера или вещества с нужной группой — сверьте брутто-формулу и молярную массу с собственными расчётами.
- Научиться читать структурные формулы. В органике по рисунку нужно определить класс вещества, найти функциональную группу и записать изомеры.
Конструктор не заменяет навык писать формулы самостоятельно: на экзамене он под рукой не окажется. Это тренажёр для понимания и самопроверки.
Из чего состоит конструктор Chemistar
Страница разделена на две половины: слева 2D-редактор, справа 3D-просмотр. Над ними — строка поиска и примеры, под ними — полоса со свойствами вещества.
| Элемент | Что делает |
|---|---|
| 2D-редактор (слева) | Ketcher — редактор структурных формул с открытым исходным кодом, его разработала компания EPAM Systems. Здесь вы рисуете атомы и связи, добавляете готовые кольца, например бензольное. |
| Строка «Найти» | Принимает название вещества, формулу или SMILES и загружает найденную структуру в редактор. |
| Кнопки-примеры | Метан, этан, этанол, бензол, аспирин, кофеин, глюкоза, аланин, триэтиламин: один щелчок — и структура уже в редакторе. |
| «Проверить существование» | Ищет нарисованную структуру в базе PubChem и сообщает, найдено ли такое вещество. |
| «Посмотреть в 3D» | Берёт из базы пространственную модель и показывает её справа в виде «шариков и палочек». Атомы окрашены: углерод серый, кислород красный, азот синий, водород белый. Модель медленно вращается сама, а ещё её можно повернуть и приблизить мышью. |
| Полоса свойств (под редактором и 3D-просмотром) | Формула, молярная масса в г/моль, SMILES, название по IUPAC и ID в базе — со ссылкой на карточку вещества в PubChem. |
| «Очистить» | Стирает рисунок, 3D-модель и свойства — можно начинать заново. |
PubChem — бесплатная открытая база химических соединений, которую ведёт Национальный центр биотехнологической информации США (NCBI), подразделение Национальной медицинской библиотеки. Свойства и 3D-модель приходят оттуда, а не рассчитываются в приложении.
Хотите попробовать? Откройте конструктор молекул Chemistar, нажмите кнопку-пример «Этанол», затем «Посмотреть в 3D». Доступ открывается после бесплатной регистрации.
Как построить молекулу по шагам
Возьмём этанол CH3–CH2–OH. В его скелете три атома: два углерода и кислород.
- Откройте конструктор и войдите в аккаунт. Гостям страница показывает окно регистрации.
- Нарисуйте цепочку из трёх атомов. Выберите в левой панели редактора инструмент Chain («Цепочка») (или проведите связи по одной) и нарисуйте три атома подряд. Вершины по умолчанию — атомы углерода. Атомы водорода рисовать не нужно: они достраиваются по валентности.
- Замените крайний атом на кислород. Выберите в панели атомов O и щёлкните по концевому атому: получится скелет C–C–O.
- Нажмите «Проверить существование». В строке статуса появится сообщение, что соединение найдено в базе, а в полосе свойств — C2H6O, 46,07 г/моль, SMILES «CCO», название ethanol и ID 702.
- Нажмите «Посмотреть в 3D». Справа появится модель молекулы вместе с атомами водорода. Найдите гидроксильную группу –OH и посчитайте шарики: два углерода, один кислород, шесть водородов.
- Сравните с бумагой. Совпали ли брутто-формула и молярная масса с вашими расчётами? Если нет — ищите ошибку в рисунке.
Кнопка «Посмотреть в 3D» сама обновляет свойства, поэтому шаг 4 можно пропустить. Есть и быстрый путь: введите в строке «Найти» слово «этанол» — структура появится в редакторе без рисования. Русские названия конструктор понимает только из встроенного списка (свыше тридцати популярных веществ: вода, метан, бензол, ацетон, уксусная кислота, аммиак и др.). Для остальных введите английское название (acetic acid), формулу (C2H5OH) или SMILES.
Что такое SMILES и с чего начать
SMILES — это запись структуры одной строкой: атомы идут по цепочке, двойная связь обозначается знаком «=», ответвление берётся в скобки. Знать SMILES необязательно, но по таблице хорошо видно, как он соответствует формуле:
| Вещество | Структурная формула | Брутто-формула | Молярная масса, г/моль | SMILES |
|---|---|---|---|---|
| Этанол | CH3–CH2–OH | C2H6O | 46,07 | CCO |
| Уксусная кислота | CH3–COOH | C2H4O2 | 60,05 | CC(=O)O |
| Ацетон | CH3–CO–CH3 | C3H6O | 58,08 | CC(C)=O |
| Бензол | шестичленный цикл из атомов углерода | C6H6 | 78,11 | c1ccccc1 |
Одну молекулу можно записать по-разному. В панели свойств бензол может отображаться как C1=CC=CC=C1, а ацетон — как CC(=O)C (название propan-2-one): это эквивалентные записи той же структуры.
Как использовать конструктор для строения вещества и органики
Функциональные группы
Функциональная группа — атом или группа атомов, определяющая класс вещества и его свойства. Постройте несколько веществ и найдите группу на рисунке:
- этанол CH3–CH2–OH: гидроксильная группа –OH, класс — спирты;
- ацетон CH3–CO–CH3: карбонильная группа C=O внутри цепи, класс — кетоны;
- уксусная кислота CH3–COOH: карбоксильная группа –COOH, класс — карбоновые кислоты;
- этиламин CH3–CH2–NH2 (в базе — ethanamine): аминогруппа –NH2, класс — амины;
- этилацетат CH3–COO–CH2–CH3: сложноэфирная группа –COO–, класс — сложные эфиры.
Этиламина и этилацетата нет в списке русских названий — нарисуйте их сами. Сравните также ацетон (C3H6O) и пропан-2-ол (C3H8O): у ацетона на два атома водорода меньше: при образовании C=O пропан-2-ол теряет атом H от группы –OH и атом H у углерода, который эту группу несёт.
Изомеры
Изомеры — вещества с одинаковой молекулярной формулой, но разным строением и свойствами. Нарисуйте оба вещества пары и убедитесь, что брутто-формула в панели совпадает, а название и ID в базе разные:
- изомерия углеродного скелета: бутан CH3–CH2–CH2–CH3 и 2-метилпропан CH3–CH(CH3)–CH3 — оба C4H10;
- изомерия положения функциональной группы: пропан-1-ол CH3–CH2–CH2–OH и пропан-2-ол CH3–CH(OH)–CH3 — оба C3H8O;
- межклассовая изомерия: этанол CH3–CH2–OH и диметиловый эфир CH3–O–CH3 (в базе — methoxymethane) — оба C2H6O.
Геометрия молекул
Для темы «Строение вещества» полезен 3D-просмотр. Найдите вещества по русским названиям из списка и сравните формы:
- метан CH4 — тетраэдр, углы между связями около 109,5°;
- этилен C2H4 — плоская молекула, углы около 120°;
- ацетилен C2H2 — линейная молекула, угол 180°;
- бензол C6H6 — плоский шестиугольник;
- вода — угловая молекула, аммиак — пирамидальная, углекислый газ — линейная.
Три варианта расположения связей у атома углерода — тетраэдр, плоскость и прямая линия — соответствуют типам гибридизации sp3, sp2 и sp. Сами орбитали и гибридизацию конструктор не показывает, он показывает только расположение атомов.
Чего конструктор не умеет
- Не понимает любые русские названия. Поиск по-русски работает только для встроенного списка. Остальные вещества ищите по английскому названию, формуле или SMILES. Название в панели свойств — тоже английское, по номенклатуре IUPAC.
- «Проверить существование» — это поиск в базе, а не доказательство. Если вещество найдено, оно описано в PubChem. Если не найдено, оно может быть гипотетическим, в рисунке может быть ошибка, или его просто нет в этой базе. Ответом на задание такая проверка не является.
- Не для всех веществ есть 3D. У ионных соединений, например хлорида натрия NaCl, в базе нет пространственной модели, и вместо неё показывается плоская структура. Для 3D-просмотра в браузере должен быть включён WebGL; без него формулы, проверка и свойства продолжают работать.
- Показывает пять параметров. Формула, молярная масса, SMILES, название и ID; температуры кипения и плотности в панели нет.
- Не решает задачи и не уравнивает реакции. Для реакций в Chemistar есть отдельный раздел, а непонятный шаг решения можно разобрать в ИИ-чате.
- Не учит правилам за вас. Валентности и порядок построения формулы остаются вашей задачей: база только сообщит, есть ли такое вещество.
- Нужен интернет. Свойства и 3D-модель запрашиваются из внешней базы; если она недоступна, появится сообщение об ошибке.
Частые вопросы
Конструктор молекул бесплатный?
Регистрация бесплатна, и после неё даётся 7 дней доступа ко всем возможностям без привязки карты. Дальше действуют тарифы от 590 ₽ в месяц; конструктор указан в составе тарифа.
Нужно ли что-то устанавливать?
Нет, всё работает в браузере. Для 3D-просмотра нужен включённый WebGL; он есть в современных браузерах, но на некоторых школьных компьютерах отключён.
Обязательно ли знать SMILES?
Нет. Структуру можно нарисовать мышью или найти по названию. SMILES пригодится как запасной способ поиска, если вещества нет в списке русских названий.
Почему вещество не нашлось?
Чаще всего русское название вне встроенного списка или опечатка. Попробуйте английское название, брутто-формулу или SMILES. Если и это не помогло, вещество может быть гипотетическим или в рисунке есть ошибка.
Поможет ли конструктор на ОГЭ и ЕГЭ?
Напрямую нет: на экзамене им пользоваться нельзя. Но он помогает понять строение, функциональные группы и изомерию, а эти темы встречаются в заданиях. Закрепить их лучше на задачах из банка заданий.
Вывод
Конструктор молекул — тренажёр для самопроверки: нарисовали формулу, нашли вещество в базе, сверили состав и молярную массу, посмотрели форму молекулы в 3D. Лучше всего он работает в связке с бумагой: сначала напишите формулу сами, потом проверьте её в редакторе. База подтверждает, что вещество известно, но не решает задачу вместо вас.
Постройте первую молекулу за пару минут: 7 дней бесплатно. Затем закрепите тему на заданиях по органической химии с разборами; тарифы после пробного периода смотрите здесь.
