zetavg/zh-tw-wikipedia huggingface dataset:
分子挖掘

**分子探勘**（Molecule mining）為使用**分子**的**資料探勘**。由於分子可由分子圖表示，這與圖形挖掘和結構化數據挖掘密切相關。主要問題是如何在區分數據實例時表示分子。其中一種方法是化學相似性度量，這在化學資訊學領域具有悠久的傳統。

計算化學相似性的典型方法是使用化學指紋，但這會導致丟失有關分子拓撲的基礎資訊。挖掘分子圖直接避免了這個問題。反向 QSAR 問題也適用於向量對映問題。

## 編碼 (分子 i, 分子 j\neq i)

### 核心方法

* 邊緣化圖形核心
* 最優分配核心
* 藥效核心
* C++(and R) 執行 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）結合
  * 標記圖之間的邊緣化圖形核心
  * 邊緣化核心的擴展
  * 谷本核 (Tanimoto kernels)
  * 基於樹形圖的圖形核心
  * 基於用於分子 3D 結構的藥效核心

### 最大值共同圖形方法 (Maximum Common Graph methods)

* MCS-HSCS (單 MCS 最高得分普通子結構（HSCS）排名策略)
* 小分子子圖檢測器（SMSD）- 是一個基於 Java 的軟體庫，用於計算小分子之間的最大共同子圖（MCS）。這將有助於我們找到兩個分子之間的相似性 / 距離。 MCS 也用於通過擊打分子來篩選藥物化合物，其分享共同的子圖（子結構）。

## 編碼（分子 i）

### 分子查詢方法

* Warmr
* AGM
* PolyFARM
* FSG
* MolFea
* MoFa/MoSS
* Gaston
* LAZAR
* ParMol (包括 MoFa, FFSM, gSpan 和 Gaston)
* optimized gSpan
* SMIREP
* DMax
* SAm/AIm/RHC
* AFGen
* gRed
* G-Hash

### 基於神經網路特殊架構的方法

* BPZ
* ChemNet
* CCS
* MolNet
* Graph machines

## 參見

* 分子查詢語言
* 化學圖論

## 參考文獻

### 進一步閱讀

* Schölkopf, B., K. Tsuda and J. P. Vert: Kernel Methods in Computational Biology, MIT Press, Cambridge, MA, **2004**.
* R.O. Duda, P.E. Hart, D.G. Stork, Pattern Classification, John Wiley & Sons, **2001**. ISBN 0-471-05669-3
* Gusfield, D., Algorithms on Strings, Trees, and Sequences: Computer Science and Computational Biology, Cambridge University Press, **1997**。 ISBN 0-521-58519-8
* R. Todeschini, V. Consonni, Handbook of Molecular Descriptors, Wiley-VCH, **2000**. ISBN 3-527-29913-0

## 參見

* 定量構效關係
* ADME
* 分配係數

## 外部連結

* 小分子子圖檢測器 (SMSD) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - 是一個基於 Java 的軟體庫，用於計算小分子之間的最大共同子圖（MCS）。
* 2007 年第五屆國際挖掘與學習研討會 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 2006 年概覽 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 分子開採（基礎化學專家系統）
* ParMol 和 碩士論文文件（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - Java - 開源 - 分佈式挖掘 - 基準演算法庫
* TU 慕尼黑 - 克萊默集團
* 分子採礦（高級化學專家系統）
* DMax 化學助理 - 商業軟體
* AFGen （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - 用於生成基於片段的描述符的軟體
分子振動

**分子振動**是指分子內原子間進行的週期性來回運動，而不包含分子的移動和轉動。這種週期性的運動頻率稱為振動頻率。在光譜學上常用紅外吸收光譜法與拉曼光譜學來測量分子的振動頻率，並用來分析分子結構。

## 振動座標系

一個擁有 _n_ 個原子的非線性分子有 3_n_ − 6 個振動正交模（vibrational normal mode），其餘為 3 個轉動、3 個移動。而線性的分子有 3_n_ − 5 個振動正交模，只有 2 個轉動。雙原子分子為線性分子，所以有一個振動模。每一振動正交模有其不同的振動頻率。分子的振動正交模可透過群論的點群來分析。

### 範例

以乙烯 (C2H4) 作為例子，C2H4 有 6 × 3 − 6 = 12 個振動模：

其中，有 4 個 C-H 伸展 (stretching)、1 個 C=C 伸展、2 個 H-C-H 剪式運動 (scissoring)、1 個 H-C-H 擺動 (rocking)、1 個 C-C-H 擺動、2 個 H-C-H 搖擺 (wagging) 與 1 個 H-C-H 扭轉 (twisting)。在擺動、搖擺與扭轉模，原子間的鍵長不會改變。

乙烯的對稱性屬於 D2h 點群，下表列出其 12 個振動正交模及其對應點群的不可約表示 (irreducible representation)、頻率及紅外（Infrared active，IR active）與拉曼活性（Raman active）：

## 量子化學

在處理正交振動模時，量子化學使用簡諧運動來近似處理分子振動。解薛丁格方程式可獲得以下的振動能階公式：

 $E_{n}=\left(n+{1 \over 2}\right)h{1 \over {2\pi }}{\sqrt {k \over m}}\!$
其中 _n_ 為振動量子數 0, 1, 2,...，可用來代表其振動能階、振動量子態，詳細推導請參閱量子諧振子。

## 參閱

* 分子對稱性
* 紅外吸收光譜法
* 拉曼光譜學

## 參考文獻
分子探针公司

**分子探針 (Molecular Probes)** 公司是一家專注於螢光染色領域的生物技術公司。2003 年被現美國生命技術公司的前身 Invitrogen 以約 3.25 億美元現金收購 ，目前屬於生命技術公司的子公司。

該公司 1975 年由 Richard 夫婦在其美國明尼蘇達家中的廚房創辦，之後曾短暫遷往德克薩斯，並於 1980 年代早期遷至俄勒岡。1989 年，從俄勒岡 Junction City 搬遷到目前所在的尤金。

該公司產品的命名頗有特色。德克薩斯紅是 Haugland 夫婦在德州期間從羅丹明的衍生物中開發的一種染料。而俄勒岡綠和 Cascade 藍染料則因是公司在俄勒岡期間開發而得名。Marina Blue 和公司最著名的產品 Alexa Fluor 則取名於 Hauglands 夫婦的女兒 Marina 和兒子 Alex。

## 參考文獻

## 外部連結

* Molecular Probes Handbook
分子擴散

**分子擴散**（英語：molecular diffusion），通常簡稱**擴散**，是任何粒子（氣體或液體）於絕對零度以上之環境下的熱力學運動。本行為的速率是溫度、流體黏度以及粒子大小（質量）的函數。擴散解釋高濃度與低濃度之間存在分子淨通量的原因。一旦濃度相等，分子雖持續運動，但由於濃度梯度已不復存在，分子遂停止擴散，改由自擴散主導分子的隨機運動。擴散的結局是材料逐漸混合，使分子分佈達成均勻。由於分子依然持續運動，但平衡也已經建立，因此分子擴散的最終狀態被稱為「動態平衡」。在具有均勻溫度的相態中，因不受外部淨力影響，擴散過程最終將達到完全混合。

今考慮兩個等溫且有能力交換粒子的系統，S1 與 S2。如果系統位能有發生交換；例如 μ1>μ2（μ 為化學勢），則系統 S1 至系統 S2 將有能量流產生，因為自然傾向降低能量並使熵值極大化。

分子擴散一般都以菲克定律作為其數學描述。

## 應用

擴散是許多物理、化學及生物學科重要的基礎。一些應用擴散的例子如下：

* 以燒結來製造固體材料（粉末冶金、製造陶瓷等）
* 化學反應器設計
* 化學工業的觸媒設計
* 改善鋼鐵性質
* 半導體製程的摻雜

## 重要性

擴散是輸送現象的一部份，是一種較緩慢的質傳方式。

### 生物學

於細胞生物學中，擴散是細胞間傳送必要物質（如胺基酸）的主要方式。溶劑（如水）在半透膜上的擴散行為則被稱為滲透。

## 氣體分子擴散

物質於靜止流體或跨越穩流流體之流線的輸送方式為分子擴散。兩相鄰容器以隔牆隔開，並各自裝有兩假想之氣體 A 與 B，於容器中隨意運動著。倘若隔牆被移除，部分氣體 A 將移往原來被氣體 B 佔據的區域。相反地，B 分子也將移往原來被純 A 分子佔據的區域。最終，兩種分子達成完全混合。在此之前，A、B 之濃度皆隨著擴散軸向（X）逐漸變化，可以數學表示為 - dCA/dx，其中 CA 是 A 的濃度。數學式前方的負號代表 A 濃度隨著距離 x 的增加而減少。同樣地，B 濃度的變化則為 - dCB/dx。分子 A 的擴散速率 NA 與濃度梯度和分子 A 於 x 方向上的平均速率相關，而這個關係得以菲克定律描述：

　
: $N_{A}=-D_{AB}{\frac {dC_{A}}{dx}}$ （僅可用於無整體流動的情形下）

## 等莫耳逆向擴散

## 相關條目

* 擴散
* 氣體分子擴散
* 等莫耳逆向擴散
* 雙極性擴散

## 參考資料
分子料理

**分子食物**（英語：**Molecular gastronomy**）又稱為**分子美食**、**分子料理**，被人們稱為未來食物、人造美食，所謂的分子食物是指把葡萄糖 (C6H12O6)、維生素 C (C6H8O6)、檸檬酸 (C6H8O7)、麥芽糖醇 (C12H24O11) 等等可食用的化學物質進行組合或改變食材分子結構，再重新組合。也就是從分子的角度製造出無限多的食物，不再受地理條件、產量等因素的局限。一些科學家認為，「人造」食物很有可能解決某些地方食物短缺的問題。

## 製作 / 重製

大廚利用各種奇異工具，透過物理或者化學的變化，把食材的味道、口感、質地、樣貌完全打散，再重新「組合」成一道新菜。比如，把固體的食材變成液體甚至氣體食用，或使一種食材的味道和外表酷似另一種食材。如：用蔬菜製作的魚子醬、冰淇淋般的馬鈴薯、奶油與起司做的雞蛋、果凍製成生魚片壽司、泡沫狀糕點等。但頂級分子食物製作起來就如同做科學實驗一樣複雜，難度極高，因此價格也極高。

## 棉花糖

常見的棉花糖是分子食物，蔗糖晶體的分子原本有著非常整齊的排列方式，一旦進入棉花糖製作機，機器中心溫度很高的加熱腔釋放出來的熱量會打破晶體的排列，從而使晶體變成糖漿。而加熱腔中有一些比顆粒蔗糖尺寸還小的孔，當糖在加熱腔中高速旋轉的時候，離心力將糖漿從小孔中噴射到周圍。由於液態物質遇冷凝固的速度和它的表面積有關，表面積越大凝固越快。因此從小孔中噴射出來的糖漿就凝固成糖絲，不會黏連在一起。也就是改變食材分子間的組織結構，再重新組合。

## 延伸閱讀

* Caporaso, Nicola, Diego Formisano (2016). Developments, applications, and trends of molecular gastronomy among food scientists and innovative chefs. Food Reviews International, 32(4), 417-435.
* Hoelscher, Dietmar, _Molecular kitchen and moleculare mixology: you can do what you imagine_ (2008 DVD) ISBN 978-3-00-022641-0
* Kurti, Nicholas, _But the Crackling Is Superb_, Institute of Physics Publishing, 1998 ISBN 978-0-85274-301-0
* McGee, Harold, _The Curious Cook_. North Point Press, Berkeley, 1990.
* McGee, Harold, _On Food and Cooking: The Science and Lore of the Kitchen_. Scribner, New York, 2004. ISBN 0-684-80001-2.
* This, Hervé, _Building a Meal: From Molecular Gastronomy to Culinary Constructivism_, Columbia University Press 2009 ISBN 978-0-231-14466-7
* This, Hervé, Pierre Gagnaire: _Cooking: The Quintessential Art_, University of California Press 2008 ISBN 978-0-520-25295-0
* This, Hervé, _Kitchen Mysteries: Revealing the Science of Cooking_. Columbia University Press, New York, 2007 ISBN 978-0-231-14170-3
* This, Hervé, _Molecular Gastronomy: Exploring the Science of Flavor_. Columbia University Press, New York, 2006. ISBN 978-0-231-13312-8
* Wolke, Robert L., "What Einstein Told His Cook: Kitchen Science Explained" (2002, 350p) ISBN 0-393-01183-6

## 參見

* 上泰晤士報查分子食物 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 新華網：你吃過「分子食物」嗎？ （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
分子晶体

**分子晶體**指的是物質內部由范德華力（又稱作**范德瓦耳斯力**或**分子間作用力**）將分子結合起來的固體物質。

## 構成

晶體的內部由分子構成，大多數非金屬單質（少數如 Si 等除外）、它們的化合物以及大多數有機物在處於固態時都屬於分子晶體。其內部各個分子間由一種不是化學鍵的**分子間作用力**相互吸引，結合成晶體。

## 性質

分子晶體的熔沸點一般比較低，且固態與液態均不導電。若要比較不同分子晶體的熔沸點的高低，則有以下幾個方法：

### 比較相對分子質量

相對分子質量越大，該晶體的熔沸點就高。

　
: 例如：熔沸點 F 
2 < Cl 
2 < Br 
2 < I 
2

### 比較氫鍵

含有氫鍵的晶體熔沸點比不含氫鍵的晶體的沸點大得多。例如：水（H 
2O）的熔沸點比氯化氫（HCl）的熔沸點高得多，這時因為水分子中 H 與其他水分子中的 O 結合緊密，形成了氫鍵。而氯化氫分子中則沒有這種結構。
分子束

**分子束**是一種以移動速度近乎相同且極少相互碰撞顆粒（原子、自由基、分子或離子）組成的波束，一種氣體在較高的壓力下膨脹以通過一個小孔進入壓力較低的腔室內而形成分子束。分子束可應用於以分子束外延的方法生產薄膜和人工結構（如量子阱、量子線和量子點），在交叉分子束法中亦有應用。可通過操縱電場和磁場使分子束中的分子減速，斯塔克減速或者塞曼減速器可使其減速。

## 歷史

第一個研究分子束的是 H・卡爾曼和 F.Reiche。1921 年，他們開始對電偶極矩和極性分子在不均勻電場中的偏轉產生興趣。1922 年的施特恩－格拉赫實驗激發了他們工作的靈感，該實驗中使用的並非分子束，而是原子束。 1927 年，Erwin Wrede 首次發現電偶極矩和分子束（使用氯化鉀等二元鹽）偏轉之間的關係。
在 1939 年，伊西多・拉比發明了一個分子束核磁共振的方法，這種方法通過兩個磁體依次產生非均勻磁場，曾用來利用氯化鋰、氟化鋰和二鋰分子束來測量鋰的幾個同位素的磁矩。該方法是 NMR 的前身。。1957 年，戈登、澤格和湯斯利用氨分子和一種特殊的靜電四極聚焦器造出了微波激射器。

## 參考文獻

## 參見

* F.M.Devienne
分子束外延

**分子束磊晶**（英語：**Molecular beam epitaxy, MBE**）是使單晶材料生長的一種方法，由貝爾實驗室的 J. R. 亞瑟（J. R. Arthur）和卓以和（Alfred Y. Cho）於 1960 年代後期發明。

## 方法

分子束磊晶於高真空或超高真空（ultra-high vacuum，10−8 帕斯卡）的環境進行。分子束磊晶最重要的方面是其低沉積率，通常使薄膜以每小時低於 3000 奈米的速度磊晶生長。如此低的沉積率要求真空程度足夠高，以達到其他沉積方式同等級別的潔淨程度。

在固體源的分子束磊晶過程中，諸如鎵、砷的元素，會以超純（ultra-pure）的形式在獨立的石英克努森容器（Knudsen Cell）中被加熱，直到它們開始緩慢昇華。然後，這些氣態物質在晶圓上凝結，而且它們在那裡互相作用。以鎵和砷為例，上述作用可以產生單晶砷化鎵。術語「（分子）束」的意思是過程中的氣體原子並不產生交互作用，也不與真空室物質反應，除非它們接觸到晶圓。這是因為這些氣體具有較長的平均自由徑。

磊晶過程中，反射式高能電子繞射（Reflection high-energy electron diffraction，縮寫：RHEED）經常被用來檢測晶體層次生長的行程。電腦能夠控制反應室前方的一個「閥門」，從而實現對每個層次的精確控制，其精確度可以達到單層原子。不同材料層次的精細結構可以通過這種方式產生。此種控制方式可以把電子束縛在一定空間裡，產生量子阱（quantum well）和量子點（quantum dot）。上述的「層」對於很多現代的半導體元件十分關鍵，包括雷射二極體和發光二極體。

有的系統需要冷卻底層。生長室的超高真空環境必須使用一個低溫泵（cryopump）來維持，而液氮或低溫氮氣可以使內部溫度冷卻到 77 克耳文（−196 攝氏度）。低溫環境可以進一步降低真空中雜質的含量，為沉積薄膜提供更好的條件。在其他系統裡，晶體生長的晶圓可能會被安裝在一個旋轉的圓盤上，這個圓盤可以被加熱到幾百攝氏度。

分子束磊晶也曾被用於某些種類有機半導體（organic semiconductors）的沉積過程。在上述的情況中，被氣化、然後在晶圓沉積的是材料的有機分子而非原子。其他的分支還包括氣態源分子束磊晶（gas-source MBE），這一方式與化學氣相沉積（chemical vapor deposition）類似。

最新的分子束磊晶技術還在新型電子元件製造、電磁應用、光學應用等領域中，被用於氧化物材料的沉積。為了實現這些目的，分子束磊晶系統必須進行改進，從而能夠與氧源協同作用。

## ATG 不穩定性

ATG 不穩定性，全稱阿薩羅 - 蒂勒 - 格林菲爾德不穩定性（Asaro-Tiller-Grinfeld instability），或簡稱為格林菲爾德不穩定性，是分子束磊晶過程中經常遇到的一種彈性不穩定狀況。假設生長的薄膜和支撐晶體的晶格尺寸錯位（mismatch），彈效能量將會在生長的薄膜上積累。當其達到一定的轉折量時，薄膜可以通過分裂為幾個孤立塊的方式，使自由能量的數值降低，這樣積累的張力就可以得以釋放。上述的「轉折量」的數值取決於材料的楊氏模量（Young's modulus）、錯位的尺寸以及表面張力。

已經有不少關於 ATG 不穩定性在應用方面的研究正在進行，例如量子點的自組裝（self-assembly）。

## 參考來源

**注釋**

**引用**

**文獻**

* * *

## 外部連結

* （簡體中文）中國科學院半導體研究所關於分子束磊晶技術的介紹
* （英文）Silicon and germanium nanowires by molecular beam epitaxy （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* （英文）University of Texas MBE group
* （英文）Physics of Thin Films: Molecular Beam Epitaxy (class notes)
* （英文）SIMULATION OF MOLECULAR BEAM HOMOEPITAXIAL GROWTH OF GAAS （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - uiuc
分子束磊晶

**分子束磊晶**（英語：**Molecular beam epitaxy, MBE**）是使單晶材料生長的一種方法，由貝爾實驗室的 J. R. 亞瑟（J. R. Arthur）和卓以和（Alfred Y. Cho）於 1960 年代後期發明。

## 方法

分子束磊晶於高真空或超高真空（ultra-high vacuum，10−8 帕斯卡）的環境進行。分子束磊晶最重要的方面是其低沉積率，通常使薄膜以每小時低於 3000 奈米的速度磊晶生長。如此低的沉積率要求真空程度足夠高，以達到其他沉積方式同等級別的潔淨程度。

在固體源的分子束磊晶過程中，諸如鎵、砷的元素，會以超純（ultra-pure）的形式在獨立的石英克努森容器（Knudsen Cell）中被加熱，直到它們開始緩慢昇華。然後，這些氣態物質在晶圓上凝結，而且它們在那裡互相作用。以鎵和砷為例，上述作用可以產生單晶砷化鎵。術語「（分子）束」的意思是過程中的氣體原子並不產生交互作用，也不與真空室物質反應，除非它們接觸到晶圓。這是因為這些氣體具有較長的平均自由徑。

磊晶過程中，反射式高能電子繞射（Reflection high-energy electron diffraction，縮寫：RHEED）經常被用來檢測晶體層次生長的行程。電腦能夠控制反應室前方的一個「閥門」，從而實現對每個層次的精確控制，其精確度可以達到單層原子。不同材料層次的精細結構可以通過這種方式產生。此種控制方式可以把電子束縛在一定空間裡，產生量子阱（quantum well）和量子點（quantum dot）。上述的「層」對於很多現代的半導體元件十分關鍵，包括雷射二極體和發光二極體。

有的系統需要冷卻底層。生長室的超高真空環境必須使用一個低溫泵（cryopump）來維持，而液氮或低溫氮氣可以使內部溫度冷卻到 77 克耳文（−196 攝氏度）。低溫環境可以進一步降低真空中雜質的含量，為沉積薄膜提供更好的條件。在其他系統裡，晶體生長的晶圓可能會被安裝在一個旋轉的圓盤上，這個圓盤可以被加熱到幾百攝氏度。

分子束磊晶也曾被用於某些種類有機半導體（organic semiconductors）的沉積過程。在上述的情況中，被氣化、然後在晶圓沉積的是材料的有機分子而非原子。其他的分支還包括氣態源分子束磊晶（gas-source MBE），這一方式與化學氣相沉積（chemical vapor deposition）類似。

最新的分子束磊晶技術還在新型電子元件製造、電磁應用、光學應用等領域中，被用於氧化物材料的沉積。為了實現這些目的，分子束磊晶系統必須進行改進，從而能夠與氧源協同作用。

## ATG 不穩定性

ATG 不穩定性，全稱阿薩羅 - 蒂勒 - 格林菲爾德不穩定性（Asaro-Tiller-Grinfeld instability），或簡稱為格林菲爾德不穩定性，是分子束磊晶過程中經常遇到的一種彈性不穩定狀況。假設生長的薄膜和支撐晶體的晶格尺寸錯位（mismatch），彈效能量將會在生長的薄膜上積累。當其達到一定的轉折量時，薄膜可以通過分裂為幾個孤立塊的方式，使自由能量的數值降低，這樣積累的張力就可以得以釋放。上述的「轉折量」的數值取決於材料的楊氏模量（Young's modulus）、錯位的尺寸以及表面張力。

已經有不少關於 ATG 不穩定性在應用方面的研究正在進行，例如量子點的自組裝（self-assembly）。

## 參考來源

**注釋**

**引用**

**文獻**

* * *

## 外部連結

* （簡體中文）中國科學院半導體研究所關於分子束磊晶技術的介紹
* （英文）Silicon and germanium nanowires by molecular beam epitaxy （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* （英文）University of Texas MBE group
* （英文）Physics of Thin Films: Molecular Beam Epitaxy (class notes)
* （英文）SIMULATION OF MOLECULAR BEAM HOMOEPITAXIAL GROWTH OF GAAS （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - uiuc
分子查询语言

**分子查詢語言**（英語：Molecular Query Language，簡寫 **MQL**），是一種在化學信息學領域中為複雜、困難和特殊的分子檢索問題而設計的計算機語言。相比於已經廣泛應用的 SMARTS 檢索，分子查詢語言為原子和化學鍵的空間和物理化學屬性提供了技術規範。此外，這種語言也容易擴展後用於非原子圖譜的查詢處理。

這種查詢語言基於擴展的 extended Backus–Naur form（簡稱 **EBNF**) 使用 javaCC 寫成。

## 注釋與參考文獻

* E. Proschak, J. K. Wegner, A. Schüller, G. Schneider, U. Fechner, _Molecular Query Language (MQL)-A Context-Free Grammar for Substructure Matching_, J. Chem. Inf. Model., **2007**, _47_, 295-301. doi:10.1021/ci600305h

## 外部連結

* Java Webstart application for MQL
分子标记

**分子標誌**（英語：Molecular marker）是遺傳標記的一種，是在基因水平上的標記，是直接在 DNA 分子上檢測遺傳變異。分子標誌能對不同發育時期的個體、任何組織器官甚至細胞作檢測，數量極多，遍及整個基因組，多態性高，遺傳穩定，不受環境及基因表達與否的限制，正是因為這些優點分子標誌的應用越來越廣泛。它包括 RFLP、RAPD、AFLP、SSR 和 ISSR 等等。

## 另見

生物標記
分子植物

《**分子植物**》(ISSN 1674-2052，在線 ISSN 1752-9867，_Molecular Plant_) 是由中科院上海生科院植物生理生態研究所和中國植物生理學會共同主辦的一份分子植物學方面的學術期刊，2008 年創刊。由《植物生理與分子生物學學報》改辦。
分子模型

**分子建模**（英語：**Molecular modelling**）或稱**分子模擬**，是指利用理論方法與計算技術，模擬出化學分子的外觀或性質，屬於計算化學與計算生物學領域的研究對象。並且是化學與生物學上，如結構生物學等學門所應用的研究方法。

## 分子建模軟體

* Agile Molecule （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* AMBER
* BALLView
* CHARMM
* Cerius2
* GAUSSIAN
* Ghemical
* GROMOS
* InsightII
* MarvinSpace
* MMTK
* MOE
* Molsoft ICM
* NOCH
* Oscail X
* PyMOL
* Sirius
* SPARTAN （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Sybyl（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* VMD
* WHAT IF （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

## 參見

* 分子影像
* 分子動力學

## 外部連結

* Center for Molecular Modeling at the National Institutes of Health (NIH) (U.S. Government Agency)
* Molecular Simulation
* The eCheminfo （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Network and Community of Practice in Informatics and Modeling
* Molecular Modelling Italian web portal

## 參考文獻
分子機器

**分子機器**（molecular machine）也稱為**奈米機器**（nanomachine）是由少量的分子所組成，可以對特定的刺激（輸入）產生準機械運動（輸出）的物體。分子機器一詞也常用來表示模仿巨觀世界機器功能的分子。在奈米科技中常提到分子機器，曾提出許多有複雜結構的分子機器，目標是要建構分子組裝機。分子機器可以分為合成的及天然的兩種。

有些分子系統可以使化學或是力學過程偏離其平衡點，是在化學及奈米科技中的重要分支。只要這類的系統可以產生有用的功，依分子機器的定義來看，這也算是分子機器。

2016 年諾貝爾化學獎頒給讓 - 皮埃爾・索瓦日、弗雷澤・斯托達特及伯納德・費林加，原因就是因為他們在分子機器上的設計及合成。

## 相關條目

* 納機電系統
* 奈米力學
* 奈米傳感器
* 蛋白質動力學
* 分子馬達
* 布朗馬達

## 參考資料
分子氮络合物

**雙氮配合物**，又稱**分子氮配合物**，是指含有分子氮作為配體的配合物。這類配合物比較少見，不過自首次製得以來，已有數以百計的雙氮配合物被製得，幾乎涵蓋元素周期表上從 IVB 到 VIII 族所有的過渡元素。雙氮配合物的發現在固氮研究方面有一些意義，不少人希望通過形成雙氮配合物來削弱氮分子的叄鍵，活化分子氮，從而達到將氮還原為氨的目的。

## 歷史

第一個雙氮配合物 —— 二氯化雙氮・五氨合釕 (II) [Ru (NH3)5(N2)]Cl2 是由多倫多大學的 Allen 和 Senoff 在 1965 年製得的。他們在水溶液中用水合肼還原 RuCl3·3H2O 企圖製備 [Ru (NH3)6]2+ 時，偶然得到了上述化合物。該化合物在紅外光譜中，在～2100 cm−1 處有一強吸收帶。此化合物的發現打破了化學界認為分子氮不能作 π 接受體，不能形成配合物的傳統觀念。

## 製備

雙氮配合物的製備方法一般為：

1. 將其他含氮配體（如肼）還原為分子氮。
2. 強還原劑存在下，直接用氮氣與金屬配合物（特別是含活性配體的配合物）反應合成。如：（以下反應均在標準壓力下進行）
  1. CoH3(Ph3P)3 + N2 → Co(H)(N2)(Ph3P)3
  2. Co(acac)3 + 3Ph3P + N2 —Al (異 - C4H9)3→ Co(H)(N2)(Ph3P)3
  3. FeCl2 + 3 EtPh2P + N2 —NaBH4、EtOH→ Fe(H2)(N2)(EtPh2P)3
3. 以已有雙氮配合物為原料，利用取代反應合成。

## 結構

雙氮配合物中的分子氮通常通過端基或橋連的方式與金屬原子配位，少數也可以側基的形式配位。分子氮與金屬原子的配位，減弱了氮 - 氮間的鍵級，使鍵長有所增加，這一點可以通過氮 - 氮鍵的伸縮振動頻率值觀察到。

## 化學性質

金屬配合物和 N2 分子反應，產生雙氮配合物後，由於金屬原子的電子反饋到 N2 分子的反鍵軌道中，致使 N2 分子中的三鍵的鍵能降低，N≡N 間的距離增大，N2 分子的化學活性增加。

有些雙氮配合物中的分子氮可以被還原，產生氨或者聯氨，但目前為止此類穩定的雙氮配合物數量還不多。雙氮配合物主要對氧化劑敏感，很多是在金屬中心被氧化的同時，失去氮分子。此外，雙氮配合物還可以進行配體的取代反應，分子氮或其他配體（對於穩定的雙氮配合物）被替換。端基雙氮配合物中的外端氮原子因具有較高的負電荷密度，還可作為路易斯鹼進行反應，轉化為同核或異核的橋連雙氮配合物。

## 參考資料
分子演化的中性理论

**中性演化理論**全稱為**分子演化的中性理論**（英語：**Neutral theory of molecular evolution**），簡稱為**中性理論**。是日本遺傳學家木村資生在 1968 年早期所提出的一種演化理論。

這個理論認為在分子遺傳學的層次上，基因的變化大多數是中性突變，也就是對生物個體的生殖與生存既沒有好處也沒有壞處的突變。由於中性突變並不受自然選擇影響，而是由中性的突變基因的遺傳漂變產生的，因此中性理論也曾被認為是與查爾斯・達爾文的自然選擇論處於競爭狀態。另外木村資生提出突然變異產生的蛋白質和原本的蛋白質之間沒有適應性的差異時的突然變異則稱為中立突然變異的理論。

不過現今的演化生物學家認為，自然選擇理論與中性理論是能夠並立且互補的。例如木村資生本人便曾在 1986 年說：「此理論並不否認自然選擇對於適應演化上的方向決定」。

中性演化理論承認了多數突變基因為有害基因這一可能性，但是認為由於自然選擇的快速移除，對於物種內或物種間，這些基因並不會造成分子層面上持續的重大的改變，因而中性基因的遺傳漂變在分子演化中起著更重要的作用。此外，這一理論還認為，最終中性突變能否被遺傳是由隨機遺傳漂變模型所描述的抽驗過程所決定。 

這一理論最早由日本生物學家木村資生在 1968 年提出，而兩名美國生物學家 Jack Lester King 和 Thomas Hughes Jukes 在 1969 年也相對獨立地提出了這一理論。 理論的細節由木村在其 1983 年的專著 _The Neutral Theory of Molecular Evolution_ 中描述。根據木村所言，這一理論只適用於分子層面的演化，但表型的進化仍然是由自然選擇控制。這一提法被更廣泛的「中立選擇（neutralist-selectionist）」爭論所沿用，用以解釋分子分化與多樣組合的模式的解釋。這一爭論在 20 世紀 70 到 80 年代達到頂峰，期間大量關於分子層面選擇的證據被發現。

## 概覽

諸如 Freese (1962) 和 Freese&Yoshida (1965) 等資料顯示，中性突變可能是廣泛的，隨之 木村資生在 1968 年提出中性演化理論來解釋這一現象，在 1969 年 King 和 Jukes 也不約而同地提出這一理論。

理論的提出者們猜想，絕大多數已知物種的基因差異在自然選擇上都是「中性」的，亦即這些基因上的差異所產生的表達的分子之間的差異不影響自然選擇中物種的適應度。由此，中性演化理論認為這些基因組的特性既不從屬於自然選擇，也不能被自然選擇所能解釋。這一觀點建立在密碼子簡併性基礎上 —— 密碼子簡併性指的是組成密碼子即便核酸序列不同，但編碼得到的胺基酸也可能相同。例如，_GCC_ 和 _GCA_ 均是丙氨酸的密碼子。因此，許多可能的只有一個核酸的改變可能實際上是「沉默的」或者「不表達的」(參見：同義替換)，在生物學上被認為是作用極小或者沒有作用的。

建立在中性演化理論基礎上的第二個假說即是：多數的進化實際上是等位基因遺傳漂變的結果，而並不是諸如非中性基因的遺傳連鎖造成的遺傳便車等原因造成的。突變出現後，中性的等位基因可能通過遺傳漂變在族群里根據普遍。但通常情況下，突變會消失，少數情況下會被固定下來，成為族群較為「標準」的基因。這一隨機過程可以被抽樣事件的形式描述，並遵從描述隨機遺傳漂變的公式。

根據這一理論，突變以 μ 的速度發生在每 2N 拷貝的一個基因上，有 1/(2N) 的概率被固定。這意味著，如果所有的突變都是中性的，突變固定的速度會在差異化的族群中累積，並等於每人的基因突變（如 DNA 複製出錯）的概率，均等於 μ。當中性突變的比例為常數時，族群之間的差異率也為常數。儘管分子時鐘的發現早於中性演化理論的提出，但這為分子時鐘提供了理論依據。

中性理論與新達爾文主義理論不同，許多分子生物學家和群體遺傳學家都為其發展做出了貢獻。

中性理論並不排斥自然選擇的發生。進化生物學家通常將自然選擇分為兩大類：_純化選擇（purifying selection）_ , 和_正向選擇（positive (Darwinian) selection）_ ；前者會使有害突變消亡，後者會使得有優勢的基因被偏好。正向選擇也被歸為定向選擇的子類，定向選擇傾向於固定有優勢的基因；同時，平衡選擇可以基因座上的多態性。中性演化理論預言了純化選擇的無所不在，但正向選擇則十分罕見，但其在適應性進化中的作用並未被否定。純化選擇是蛋白編碼基因進化的常態，正向選擇相對稀少；但有趣的是，這是因為這樣的選擇會導致編碼基因逐漸偏離常態。這一理論之後，根井正利提出了更加全面而現代的分子進化理論。

## 中性選擇爭論

木村資生的理論一出現就伴隨著激烈的爭論。爭論多數圍繞著任何基因組里，到底有相對多少比例的等位基因是中性的，而又有多少不是中性的。與多數外行人的感知不同的是，這一爭論與自然選擇是否發生並無關係。木村資生稱，分子演化是由具有選擇性的中性演化決定的，而在表型層面，性狀的改變可能由自然選擇而非遺傳漂變所決定的。

根據分子演化的中性理論，種群內遺傳差異的數量應當與有效族群大小成比例。而遺傳多樣性比起普查得到的種群規模遠小得多，由此產生了 "遺傳差異的悖論（paradox of variation）"。高水平的遺傳多樣性是支持中性演化理論的幾個初始論點之一，因此這一悖論也成為了反對中性演化理論最有力的論斷之一。

太田朋子強調了接近中性的突變，尤其是損害較小的突變之重要性。近中性變異的種群變遷在本質上與中性突變的相同，除非 N 表示自然選擇的有效族群大小，選擇係數的決定值大小大於 1/N。N 的值因而會影響多少突變被視為中性而多少突變被視為有害。

大量的統計模式測試過中性演化理論與實際演化的匹配情況。(例如 McDonald-Kreitman 測試)，並且一批作者聲稱監測到了選擇。(如：Fay et al. 2002, Begun et al. 2007, Shapiro et al. 2007, Hahn 2008, Akey 2009 等)。然而，根井正利等人在 2010 年發文稱，這些統計模式基於大量的在生物學上是不合理的假設。

## 參見

* 根井正利
* 木村資生
* 分子演化
* 太田朋子
* Coalescent theory
* Nearly neutral theory of molecular evolution
* Unified neutral theory of biodiversity

## 參考資料

## 外部連結

* Misconceptions about natural selection and adaptation: the neutral theory（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） at http://evolution.berkeley.edu（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）.
分子热运动

**熱運動**是自然界中獨立存在的基本運動形式之一，有巨大數量微觀粒子（分子、原子、電子或點陣粒子等）參與的**永不停息的無規則運動**，並伴有頻繁碰撞。

## 存在原因

宏觀物質由巨大數量的微觀粒子構成。例如一莫爾物質，所含的結構粒子數目就有 1023 量級。永恆運動是微觀粒子的固有本性。每個粒子都在運動著的複雜多變的其他粒子作用下運動，呈現出宏觀不可控制的瞬息萬變的雜亂狀態。這勢必導致限定範圍內（即該物體中）大量粒子頻繁碰撞。標準狀態下，每立方厘米氣體，在一秒鐘內，分子碰撞的次數為 1029 量級。每次碰撞，粒子都改變運動狀態，從而加劇了運動的無規性。分子碰撞的劇烈程度隨溫度升高而加劇，故稱**熱運動**。固體中的點陣粒子之間，雖然並不發生直接的物理接觸，但是粒子熱振動間存在相互作用，其中某些效果猶如流體分子之間發生的碰撞。可見，熱運動是宏觀物體客觀存在的一種自然形態。

## 宏觀事實與微觀事實

「無規性」並非毫無規律可循。每個粒子都是一個力學體系，遵循力學規律，只是宏觀條件無法簡單且有規律地對其進行控制。宏觀條件只能決定大量粒子的整體運動行為。單個粒子的機械運動與粒子總體的熱運動是兩種性質不同的獨立運動，分別遵守力學規律和統計規律，兩者本質上是不同的規律。從實驗總結出的熱運動宏觀理論是熱力學；揭示熱運動微觀本質的理論是統計物理學，而氣體動力論則是它的一個組成部分。
分子物理学

**分子物理學**是研究分子的物理性質以及將原子結合為分子的化學鍵性質的學科，與化學學科緊密相連，同時和原子物理學密切相關。

分子物理學中最重要的實驗手段是光譜分析。分子譜和原子譜的最大區別是，除了組成原子的原子能階之外，還有分子本身的轉動和振動能階。

除了從原子得知的電子激發態以外，分子可以旋轉與震動。由於這些旋轉與震動具有量子性質，伴隨的能級也是離散的。純旋轉運動光譜是在紅外線譜域（波長大約為 30-150 微米）；震動光譜是在近紅外線（near infra-red）譜域（大約為 1-5 微米）；電子躍遷光譜是在可見光和紫外線譜域。從測量旋轉運動和震動光譜，可以獲得分子的物理性質，例如，原子核與原子核之間的距離。

原子物理學的原子軌域理論，在分子物理學裏，擴展為分子軌域理論。

## 研究論題

一些前沿的研究論題為：

* 是否可以從第一原理預測分子晶體與分子液體的性質？
* 為什麼每一種生物的分子在完成某些特別功能時會具有特佳效率？
* 是甚麼機制促使某些物質成為特別有效的化學反應催化劑。
* 是甚麼機制促使某些物質能夠特別有效地俘獲太陽能，並且將其轉換為化學能？

## 參閱

* 玻恩–歐本海默近似
* 分子能階
* 分子建模
* 光譜學

## 參考文獻
分子环流假说

**分子電流假說**（electrodynamic molecule）是由物理學家安培於 1821 年提出的一個假說，認為磁體產生的磁場是磁體分子具有的環路電流的宏觀現象。這一模型被後人修改，用於解釋與研究包括磁體在內的熱力學與統計力學性質。

## 提出

## 原始表述

磁體分子中以太和兩種電流質的分解會產生環繞分子的圓電流，形成一個個小磁體；當它們在外磁場作用下整齊排列時，就會在宏觀上表現出磁性。

## 實際物理意義

* 自旋
* 電子軌道

## 參見

* 伊辛模型 (Ising model)
* 安德烈 - 馬里・安培
* 安培定律

## 參考文獻
分子生态学

**分子生態學**是利用進化生物學理論，採用分子生物學和基因組學的實驗方法和技術手段、統計學和數學的分析方法，通過計算機科學的技術和算法，旁及地學、古氣候學等，研究物種和種群的遺傳變異及表觀遺傳變異、遺傳譜系，探討生物多樣性演化、生物地理演化、物種分化、生態適應等的生態學和進化生物學機制。

研究範圍包括種群演化歷史、種群分化和物種形成機制、寄主選擇、配偶選擇、繁殖行為、生殖方式、精子競爭、擴散和建群、遺傳譜系地理演化、遺傳分化和局部適應、生態適應的遺傳基礎、氣候變化的生態學和進化生物學後果、生物對環境變化的響應機制、遺傳多樣性評估、食性鑑定、覓食行為、瀕危生物貿易的監測、個體和種群鑑定、外來入侵種溯
源及入侵機制、遺傳修飾生物的生態風險評估、有害生物防控等。

分支學科包括分子群體遺傳學、譜系生物地理學、生態基因組學、景觀遺傳學、系統發生群落生態學等。

由於很多微生物不能很容易地在實驗室中培養（海水中的 0.001~0.1%，土壤中的 0.3% 左右，活性污泥中 1~15% 可被分離培養），因此不能用傳統的鑒別和描述菌株的辦法研究它們。另外，隨著聚合酶鏈式反應 (PCR) 技術的發展，人們可以快速擴增遺傳物質 DNA。

環境樣品中 DNA 的擴增通常需要一組用於特定微生物的引物，而得到遺傳物質的混合物，將其分離，隨後進行測序和鑒別。經典的分離辦法是通過克隆，將擴增的 DNA 片段插入到細菌質粒上實現的。較新的方法包括變性梯度凝膠電泳 (DGGE)，可以更快地得到結果。

分子生態學的發展也和 DNA 晶片的使用緊密相關，該技術可以高通量檢測環境中的特定生物或基因。

分子生態學中可以使用很多基因進行研究，在分類學角度，最常應用的基因是核糖體小亞基 RNA (SSU rRNA)。而功能性基因的研究有助於判斷微生物在該環境中的活動。

微生物生態學中和分子技術相關的一個重要問題就是，這些生物以主動（進行正常代謝和繁殖）還是被動（靜息休眠）的方式存在。這可以用幾種方式來解決：

* 利用逆轉錄酶擴增活躍的基因
* 用熒光原位雜交 (FISH) 對環境中包含特定基因的細胞進行檢測和計數。

## 發展歷史

分子生態學開始於 1950 年代。是隨著 DNA 雙螺旋結構的發現，分子水平的群體遺傳學研究得以開展，相繼出現了同工酶電泳、限制性內切酶酶切技術、分子克隆和 DNA 測序技術等，使遺傳變異研究得以實現，並可以在群體水平進行檢測。分子進化的中性理論的提出，引發了適應性進化和中性進化的爭論，推動了群體遺傳學和分子進化研究，分子鐘假說的提出和譜系進化關係重建理論、方法、算法和軟體的出現，進一步促進了分子進化和分子群體遺傳學研究的發展。

到了 1980 年代，DNA 聚合酶鏈反應的發明和熱穩定 DNA 聚合酶的發現，進一步推動了分子生態學和分子群體遺傳學研究。1992 年《Molecular Ecology》的創刊，標誌著分子生態學的建立。溯祖理論、貝葉斯方法和馬爾可夫過程等的引入，提升了分子生態學研究的可靠性。

## 參考文獻
分子生態學

**分子生態學**是利用進化生物學理論，採用分子生物學和基因組學的實驗方法和技術手段、統計學和數學的分析方法，通過計算機科學的技術和算法，旁及地學、古氣候學等，研究物種和種群的遺傳變異及表觀遺傳變異、遺傳譜系，探討生物多樣性演化、生物地理演化、物種分化、生態適應等的生態學和進化生物學機制。

研究範圍包括種群演化歷史、種群分化和物種形成機制、寄主選擇、配偶選擇、繁殖行為、生殖方式、精子競爭、擴散和建群、遺傳譜系地理演化、遺傳分化和局部適應、生態適應的遺傳基礎、氣候變化的生態學和進化生物學後果、生物對環境變化的響應機制、遺傳多樣性評估、食性鑑定、覓食行為、瀕危生物貿易的監測、個體和種群鑑定、外來入侵種溯
源及入侵機制、遺傳修飾生物的生態風險評估、有害生物防控等。

分支學科包括分子群體遺傳學、譜系生物地理學、生態基因組學、景觀遺傳學、系統發生群落生態學等。

由於很多微生物不能很容易地在實驗室中培養（海水中的 0.001~0.1%，土壤中的 0.3% 左右，活性污泥中 1~15% 可被分離培養），因此不能用傳統的鑒別和描述菌株的辦法研究它們。另外，隨著聚合酶鏈式反應 (PCR) 技術的發展，人們可以快速擴增遺傳物質 DNA。

環境樣品中 DNA 的擴增通常需要一組用於特定微生物的引物，而得到遺傳物質的混合物，將其分離，隨後進行測序和鑒別。經典的分離辦法是通過克隆，將擴增的 DNA 片段插入到細菌質粒上實現的。較新的方法包括變性梯度凝膠電泳 (DGGE)，可以更快地得到結果。

分子生態學的發展也和 DNA 晶片的使用緊密相關，該技術可以高通量檢測環境中的特定生物或基因。

分子生態學中可以使用很多基因進行研究，在分類學角度，最常應用的基因是核糖體小亞基 RNA (SSU rRNA)。而功能性基因的研究有助於判斷微生物在該環境中的活動。

微生物生態學中和分子技術相關的一個重要問題就是，這些生物以主動（進行正常代謝和繁殖）還是被動（靜息休眠）的方式存在。這可以用幾種方式來解決：

* 利用逆轉錄酶擴增活躍的基因
* 用熒光原位雜交 (FISH) 對環境中包含特定基因的細胞進行檢測和計數。

## 發展歷史

分子生態學開始於 1950 年代。是隨著 DNA 雙螺旋結構的發現，分子水平的群體遺傳學研究得以開展，相繼出現了同工酶電泳、限制性內切酶酶切技術、分子克隆和 DNA 測序技術等，使遺傳變異研究得以實現，並可以在群體水平進行檢測。分子進化的中性理論的提出，引發了適應性進化和中性進化的爭論，推動了群體遺傳學和分子進化研究，分子鐘假說的提出和譜系進化關係重建理論、方法、算法和軟體的出現，進一步促進了分子進化和分子群體遺傳學研究的發展。

到了 1980 年代，DNA 聚合酶鏈反應的發明和熱穩定 DNA 聚合酶的發現，進一步推動了分子生態學和分子群體遺傳學研究。1992 年《Molecular Ecology》的創刊，標誌著分子生態學的建立。溯祖理論、貝葉斯方法和馬爾可夫過程等的引入，提升了分子生態學研究的可靠性。

## 參考文獻
分子生物学实验室

**分子生物學實驗室**（LMB）是一個設於英國劍橋的研究機構，參與了 20 世紀 50 年代到 60 年代發生的分子生物學革命，直到目前它仍然是一個重要的醫學研究實驗室，但具有了更廣泛的關注。自 2013 年 5 月起遷入於劍橋生物醫學園區的原址附近一座價值 2.12 億英鎊的新建築。新大樓外的道路被命名為法蘭西斯・克里克大道（Francis Crick Avenue），源自於 1953 年共同發現 DNA 的雙螺旋結構，並於 1962 年獲得諾貝爾獎的法蘭西斯・克里克。

分子生物學實驗室由英國政府醫學研究委員會 (Medical Research Council, MRC) 於 1947 年設立。迄今已產生了不少諾貝爾獎獲得者，如詹姆士・華生、法蘭西斯・克里克、弗雷德里克・桑格、雪梨・布倫納等。

2009 年，文卡特拉曼・拉馬克里希南由於核糖體結構分析和闡明的成果獲得諾貝爾化學獎。 2012 年，約翰・格登與京都大學的山中伸彌一起獲得了諾貝爾生理學和醫學獎。 2017 年，理察・韓德森因為應用低溫電子顯微鏡觀察到蛋白質高解析度結構而被授予諾貝爾化學獎。2018 年，格雷格・溫特因為應用「噬菌體展示技術」定向研發新藥而被授予諾貝爾化學獎。

## 參考資料
分子生物學史

**分子生物學的歷史**開始於 1930 年代，統合了當時多種的和各不相同的學科，包括生物化學、遺傳學、微生物學、病毒學、與物理學。希望從更基本的層次來理解生命現象，許多的化學家與物理學家，對於後來成為分子生物學產生興趣。

在現代意義上，分子生物學試圖從產生它們的大分子特性開始解釋生命現象。 特別是兩類大分子是分子生物學家關注的焦點：1）核酸，其中最著名的是脫氧核糖核酸（DNA），基因的組成部分，除此之外還有核糖核酸（RNA）；2）蛋白質，它們是活躍於生物體的活性劑。 因此，分子生物學範圍的一個定義是表徵這兩種類型的大分子之間的結構，功能和關係。 這個相對有限的定義足以讓我們為所謂的「分子革命」建立一個日期，或至少建立其最基本發展的年代時間表。

## 概述

「分子生物學」一詞最早是由洛克斐勒基金會的瓦倫・韋弗於 1938 年創造，意指一個以物理學及化學來解釋生命的概念。此概念的可行性，來自 1910 年代孟德爾遺傳學的重新見世，以及 1920 年代原子論及量子力學的成熟。有許多研究者關注於生物學、化學以及物理學之間的交叉，例如後來將焦點轉移到生物學的尼爾斯・波耳以及埃爾溫・薛丁格。此外，從 1930 年代到 1940 年代之間，膠體化學、生物物理學以及放射生物學、晶體學等學門也漸趨成熟。

1940 年，喬治・畢多與愛德華・塔特姆證明了基因與蛋白質之間的關係，因此而聯繫了生物化學與遺傳學。他們脫離原先常用的模式生物果蠅（_Drosophila melanogaster_），改使用更合適的粉色麵包黴菌（_Neurospora crassa_），並使之成為後來的分子生物學發展主題。1944 年，紐約洛克斐勒研究院的奧斯瓦爾德・埃弗里，證明基因是由 DNA 所組成（參見埃弗里 - 麥可勞德 - 麥卡蒂實驗）。阿弗雷德・赫希與瑪莎・蔡斯更於 1952 年確認了噬菌體的遺傳物質為 DNA（參見赫雪 - 蔡司實驗）。1953 年，詹姆斯・沃森與佛朗西斯・克里克基於羅莎琳・富蘭克林及莫里斯・威爾金斯的研究，發現了 DNA 雙螺旋結構。

到了 1961 年，方斯華・賈克柏與賈克・莫諾，證明某些基因的產物能作用於這些基因邊緣的特定位置，來調節其他基因的表現。他們也提出了一個假說，認為 DNA 與蛋白質之間具有一種中介物，並將之稱為信使核糖核酸。於 1961 年到 1965 年間，DNA 所儲藏的遺傳訊息與蛋白質的關係逐漸明朗，研究發現遺傳密碼決定了 DNA 的核苷酸與蛋白質的胺基酸序列之間的關聯性。

分子生物學的主要發現發生在僅約二十五年的時間。更新穎且更精巧的基因工程技術，在約十五年後發展成熟，提供隔離複雜生物中特定基因的利器。

## 分子世界的探索

如果我們在生物學歷史的背景中評估分子生物學的發展，很容易注意到它是從第一次顯微鏡觀察開始的研究高峰。早期研究人員觀察生物體微觀層級的組織架構，希望藉此理解他們的功能。從 18 世紀末開始，組成生物的化學分子開始受到更多關注。19 世紀德國化學家尤斯圖斯・馮・李比希促成生理化學的出現，20 世紀另一位德國化學家愛德華・比希納開發出生物化學，兩個研究領域共同促進了分子層級研究的發展。在化學家研究的分子與光學顯微鏡下可見的微小結構（如細胞核或染色體）之間，存在一個不明確的區域，即物理化學家沃爾夫岡・奧斯特瓦爾德所稱的「被忽略維度的世界」。這個世界充滿了結構和性質皆不明確的化合物膠體。

透過化學家和物理學家開發的新技術，如 X 射線衍射，電子顯微鏡，超速離心和電泳等，分子生物學成功地對未知世界展開一連串探索。 這些研究揭示了大分子的結構和功能。

該過程中的一個里程碑是 1949 年萊納斯・鮑林博士的研究成果，該研究首次將鐮刀型紅血疾病患者的特定基因突變與單個蛋白質，雜合的或純合的紅細胞中的血紅蛋白聯繫起來。

## 生物化學與遺傳學的相遇

二十世紀的前三十年當中，由於生物化學和遺傳學的相遇，分子生物學有了重大進展。生物化學研究組成生物的分子的結構和功能。在 1900 年到 1940 年之間，它描述了代謝的中心過程，例如養分的消化與吸收等。這些過程中的每一個步驟均由特定的酶催化。如同在於血液中的抗體或負責肌肉收縮的蛋白質一般，酶也是蛋白質。因此，研究蛋白質的結構和合成，成為生物化學家的主要目標之一。

在 20 世紀初發展起來的第二個生物學學科是遺傳學。在 1900 年許霍・德弗里斯、卡爾・科倫斯和埃里克・馮・切爾馬克重新發現了孟德爾實驗後，逐漸開始成形。托馬斯・亨特・摩爾根於 1910 年透過著名的模式生物果蠅（_Drosophila melanogaster_）的研究，更促使遺傳學展開基因層級的發展。不久之後，摩根證實基因位於染色體上，並在接連的研究當中，與眾多其他研究小組一起證實了基因在生物體生命和發育中的重要性。然而，基因的化學性質及其作用機制仍然是一個謎。分子生物學家致力於確定基因的結構，與描述基因和蛋白質之間的複雜關係。

分子生物學的發展不僅僅是思想史上某種內在「必然性」的結果，而且是一種典型的歷史現象，具有所有未知，不可估量和偶然性：物理學在開始時的顯著發展。 20 世紀突出了生物學發展的相對遲滯，成為尋求經驗世界知識的「新前沿」。 此外，1940 年代信息論和控制論理論的發展，為了應對軍事緊急情況，為新生物學帶來了大量肥沃的思想，尤其是隱喻。

細菌及其病毒（噬菌體）的選擇作為研究生命基本機制的模型幾乎是自然的 - 它們是已知存在的最小的生物 - 同時也是個體選擇的結果。 最重要的是，這種模式的成功歸功於德國物理學家馬克斯・德爾布呂克的名聲和組織意識，他能夠創建一個以美國為基地的動態研究小組，其獨家範圍是對噬菌體的研究 ：噬菌體團隊（Phage group）。

新生物學發展的地理全景最重要的是先前的工作。 遺傳學發展最快的美國和前衛遺傳學以及高水平的生物化學研究共存的英國都是先鋒派。 德國是物理學革命的搖籃，擁有世界上最優秀的思想和最先進的遺傳學實驗室，應該在分子生物學的發展中發揮主要作用。 但歷史的不同之處在於：納粹黨在 1933 年上台導致了大量猶太人和非猶太人科學家的移民，法西斯主義義大利的極權主義措施的僵化也在不太極端的程度上促進了他們的移民。 他們中的大多數逃往美國或英國，為這些國家的科學活力提供了額外的衝動。 這些運動最終使分子生物學從一開始就成為真正的國際科學。

## 參見

* 生物學史
* 生物技術歷史
* 遺傳學歷史

## 參考文獻

* Fruton, Joseph. _Proteins, Genes, Enzymes: The Interplay of Chemistry and Biology_. New Haven: Yale University Press. 1999. ISBN 0-300-07608-8
* Lily E. Kay, _The Molecular Vision of Life: Caltech, the Rockefeller Foundation, and the Rise of the New Biology_, Oxford University Press, Reprint 1996
* Morange, Michel. _A History of Molecular Biology_. Cambridge, MA: Harvard University Press. 1998.
分子电子学

**分子電子學**是一門研究分子並將之應用於電子元件製造領域（用分子製造電子元件）的學問，其目標是用單個分子、超分子或分子簇代替矽基半導體電晶體等固體電子元件組裝邏輯電路。它的研究內容包括各種分子電子器件的合成、性能測試以及將它們組裝在一起以實現一定的邏輯功能的方法。它也是一門涉及物理學、化學和材料科學等領域的跨學科學問。由於引入分子，電子元件的尺寸可以大幅縮小，分子電子學已經引起了許多人的注意，甚至還有可能突破摩爾定律。

## 參考文獻
分子电子跃迁

**分子電子躍遷**表示分子中價電子從一個能階因為吸收能量時，躍遷到一個更高的能階；或者釋放能量，躍遷到更低的能階的過程。如果起始能階的能量比最終能階的能量高，原子便會釋放能量（通常以電磁波的形式發放）。相反，如果起始能階的能量較低，原子便會吸收能量。釋放與吸收的能量等於這兩個能階的能量之差。

在此過程中的能量變化提供了分子結構的信息，並決定了許多分子性質如顏色。有關電子躍遷的能量和輻射頻率的關係由普朗克定律決定。

一般，我們應用電子躍遷來說明單個原子。當討論多原子分子時，我們應用分子軌域理論。也可以視單個原子為單原子分子，將各種情況的電子躍遷統一到分子電子躍遷的框架下來。這裡的能階是基於分子軌域理論提出的。

有機化合物中的電子躍遷在電磁頻譜的紫外區或可見光區發生，可以由 UV/VIS 光譜測得。在 HOMO **σ** 帶處的電子可被激發到 LUMO 的 σ 帶。這個過程被寫作 σ → σ\* 躍遷。同樣有電子從 **π** 鍵軌域激發至反 π 鍵軌域 π\*，寫作 π → π\* 躍遷。助色基團的自由電子對被寫為孤對電子 **n**，孤電子對有自己的躍遷，如芳香 π 鍵躍遷。下列是已存在的分子電子躍遷：

* σ → σ\*
* π → π\*
* n → σ\*
* n → π\*
* 芳香 π → 芳香 π\*
分子病毒学

**分子病毒學**是 1950 年代分子生物學興起以來將分子生物學方法運用於病毒學而形成的一門學科。1960 年代以來，DNA 病毒和 RNA 病毒的複製機制都得以闡明，一類亞病毒被發現；建立了絕大多數病毒基因組的無性繁殖系；某些病毒基因的結構與功能的關係以及一些病毒的基因表達調控原理被發現。病毒基因組學、病毒免疫學都得以長足進展。病毒的診斷和預防都有了一系列進步。
其方向主要包括:

1. 病毒複製
2. 病毒致病
3. 病毒免疫
4. 病毒免疫逃避
5. 病毒疫苗
6. 病毒分子診斷技術
7. 抗病毒化學療法
8. 病毒感染監控及控制
9. 病毒病流行病調查

## 參考資料
分子的构型

**同分異構物**（英語：Isomer）是擁有相同分子式，但結構式卻不相同的多種分子。其彼此間的化學性質並不相同，除非它們擁有相同的官能基（functional groups）。化學中常見的兩種主要的種類為結構異構（structural isomerism 或 constitutional isomerism）以及立體異構（stereoisomerism）。

## 歷史

同分異構現象第一次被注意到是在 1827 年，當弗里德里希・維勒製備異氰酸的時候，他注意到儘管元素組成與尤斯圖斯・馮・李比希在前一年製備出來的雷酸完全相同，但是它們的性質卻極為不同。這個發現挑戰了當時的主流化學界的理解，當時主流思想認為僅當元素組不同的時候，化合物才會不同。隨著更多此類現象被發現，比如維勒在 1828 年發現尿素與氰酸銨有著相同的原子組成卻有著不同的性質，永斯・貝采利烏斯便引進「同分異構」來描述這種現象。

## 例子

丙醇是「同分異構物」的一個簡單的例子：它的分子式是 C3H8O（或 C3H7OH）它的兩個同分異構物是 1 - 丙醇（**I**）和 2 - 丙醇（**II**） 

可以注意到兩個分子中的氧原子的位置是不同的：在第一個同分異構物中，它是連接在末端碳原子上，而在第二個分子中是連接在中間碳原子上。同分異構物的個數隨著原子的個數增長而急劇增加。比如丁醇（C4H10O）就含有 4 個不同的同分異構物。

在上述例子中，兩個同分異構物所有的化學鍵均為共價鍵，沒有任何一個類型的鍵在其中一個分子中出現而不在另外一個分子中出現。同樣，鍵的數量也是一樣的。根據兩個分子的結構我們可以推測它們的化學穩定性很可能是相同或相似的。

然而，另外一個 C3H7OH 的同分異構物－甲基乙基醚（**III**），卻有著截然不同的性質。和上面兩個例子不同的是，氧原子並不是連接著一個碳原子和一個氫原子，而是和兩個碳原子相連。因為它沒有羥基，上面這個化合物並不是一個醇而是一個醚，因此它的化學性質和其他的醚更加相近。

另外一個有著不同化學性質的同分異構物的例子是黃嘌呤。巧克力中的可可鹼中如果兩個甲基中的一個移動到雙環上的另外一個位置，這個同分異構物就是茶鹼了。

## 分類

同分異構物可以分為結構異構和幾何異構（又稱立體異構）。

### 結構異構

在結構異構中，原子或官能基以不同的形式互相連接。

#### 碳鏈異構

官能基不發生改變，僅僅是碳鏈發生改變。

例：C4H10（丁烷）

正丁烷：
2 - 甲基丙烷：

#### 位置異構

官能基不發生改變，但是官能基的位置發生改變。

例：C3H7OH

1 - 丙醇：
2 - 丙醇：

#### 官能基異構

相同的原子組成的官能基不同

例：C2H6O

乙醇：
甲醚：

### 立體異構

在立體異構中，鍵的結構是相同的，但是原子和官能基的空間位置關係卻是不同的。

#### 光學異構（手性異構）

在光學異構物中，不同的兩個異構物是呈鏡面對稱的。如上圖上面兩個互為鏡像的分子。

#### 非光學異構

在非光學異構體中，兩個異構分子不呈鏡面對稱。如上圖中上下兩個分子。

##### 構象異構

在構象異構中，同分異構物之間可以通過化學鍵的旋轉而互相變化。但應該注意到，儘管構象異構物可以被認為是一種非光學異構體，但是從整體來看，它們並不是非光學異構體，因為鍵的旋轉可以使它們形成它們的鏡像。

##### 順反異構

順反異構物之間是不能通過化學鍵的旋轉而互相轉化，這是由於例如碳碳雙鍵等不可旋轉的鍵造成的。

##### 其他非對應異構

等規 (isotatic)，間規 (syndiotactic)，無規 (atactic) 組態

## 意義

在食品化學，藥物化學和生物化學當中，順反異構物是經常要被考慮到的。而光學異構體在近幾十年來成為了藥物化學和生物化學關注的焦點，因為在生物有機體當中，我們知道的大部分此類異構物間的轉化是有意義的。醫藥工業和大學裡面的研究員們已經把色析法作為一種有效的分離兩個同分異構物的辦法。然而，這種方法在工業化的環境下是不適用的，因為它們十分昂貴，因此僅當另一個同分異構物有潛在危害的時候才使用。

與構型異構物之間有著不同的化學性質不一樣，幾何異構物之間通常有著相同的化學性質。然而酶能夠有效地區分出一個化合物的幾個幾何異構物，生物有機體也常常傾向於某一個異構物。一些異構物之間偏振光能力也不同。

除了上述的幾種同分異構物，還存在拓撲異構物和同位素異構物。幾個拓撲異構物的例子是一些雙環化合物和 DNA，拓撲異構酶能夠使 DNA 打結改變它的拓撲結構。同位素異構物有著相同數量的同位素取代，但是它們有著不同的位置。在核物理中，核異構物則是原子核的激發態。

## 參見

* 非光學異構體
* 光學異構體
* 構象異構物
分子的构象

**構象異構**（英語：**Conformational isomerism**，又譯**構型異構**或**結構異構**）指由於原子環繞於化學鍵四周，而導致結構式相同，卻具有**化學構象**或**構象異構體**之差異的分子現象。

有三種效應，會使某些構象異構物較為穩定：

1. 與骨幹相連的各組原子形成交錯（staggered）現象，這是乙烷較常以交叉方式存在的原因。
2. 立體排斥現象也會使某些構象異構物較常發生。
3. 極性鍵結的鍵矩（bond moments）能使某些構象異構物較穩定。

不同的構象異構物，會因為鍵結位置的旋轉而互相變換，且不會破壞化學鍵。以丁烷為例，其紐曼式投影（右圖）可顯示出主幹（C-C 鍵）周圍各鍵結上之分子（C2 及 C3）之間的夾角變化。**旋轉異構物**指構象異構物的各形式，**旋轉能障**（rotation barrier）則為相互變換所需的活化能。

各種構象異構物存在的比例，是依照波茲曼分佈決定：

　
: ${\frac {N_{i}}{N_{j}}}={\frac {g_{i}}{g_{j}}}\exp \left({\frac {-(E_{i}-E_{j})}{RT}}\right)$

上式中，i 與 j 為最高能量及最低能量；g 為特定能量可產生的構象異構物數量；N 為特定構象異構物的所佔分子數量。

有兩種重要的構象同分異構物型態：

1. 線性烷烴構象（linear alkane conformation），擁有交錯式（staggered）、重疊式（eclipsed）與間扭式（gauche）。
2. 環己烷構象（cyclohexane conformation），可分椅式（chair）及船式（boat）。

其他構象同分異構物的例子還有分子的摺疊（folding）現象，會使某些形狀較穩定，並具有某些功能。此外還有旋轉對映異構物（atropisomer）等。

## 乙烷構象分析

碳碳單鍵的旋轉並不是自由的，受周圍原子大小的影響。產生了有能量高低區分的不同的空間取向方式，稱為構象異構體（rotamer）。能量最小的構象就是分子容易保持的構象。

乙烷的兩個構象如下圖所示。立體效應的解釋是：左邊的重疊式因為氫原子相互離得近，所以原子間相互排斥導致能量比較高；右邊的交叉式則相反，所以能量最低，是最穩定的構象。

兩個構象異構體相差 3.0 kcal/mol 的能量。

## 環己烷構象分析

環己烷的構象分析實際上是乙烷構象分析在複雜分子體系延伸和推廣的結果。Barton 提出了著名的環己烷椅式構象和船式構象的思想。

環己烷有兩種基本構象， 一個是比較穩定的椅式構象， 一個是較不穩定的船式。由下圖的紐曼投影可以很清楚地看到船式構象的擁擠，不難理解為什麼椅式構象是最穩定的構象。

與乙烷不同，環己烷是環狀分子。環的存在限制了構象的自由旋轉，於是椅式構象環上的氫原子很明顯地分成了兩組。一組是與環平面垂直的豎直鍵（上圖紅色氫原子），即 a 鍵（axial）， 一組是與環平面平行的平伏鍵（上圖藍色色氫原子），即 e 鍵（equitorial）。這在從紐曼投影式上很容易看出來。由於豎直鍵上的氫原子離較大的亞甲基，即 CH2 較近，它們受到的空間擁擠比平伏鍵氫原子要大，所以它們所含的能量也較高。

 

## 參見

* 同分異構體
* 立體效應，位阻效應
* 立體配置
* 分子建模

## 參考資料
分子砌块

在化學領域，**砌塊**或**分子砌塊**是具有活性官能團的虛擬分子片段或真實的分子。砌塊可用於特定分子結構的「自下而上」組裝，並在奈米顆粒、金屬有機框架材料、有機分子、超分子體系的構築中有所應用，使用砌塊可確保得到所需的最終產物或分子 / 超分子體系。

## 參考文獻
分子科学与工程

**分子科學與工程**是中華人民共和國教育部《普通高等學校本科專業目錄（2012 年）》中列舉的特設專業，屬於化學類，其專業代碼為 070304T。目前，中國大陸的普通高等學校中，南開大學和天津大學（合辦）較早設立本專業，而近年來又有中北大學和北京航空航天大學也開設了這一專業。

根據天津大學提供的資料，該專業的英文翻譯應為「Molecular Science and Engineering」。

## 南開大學與天津大學的分子科學與工程專業

2003 年，南開大學化學學院與天津大學化工學院開始合辦分子科學與工程專業。該專業的設立是天津大學和南開大學兩校加強本科教育交流合作的成果之一。與其同一時期存在的聯合設立的本科專業還有南開大學電子信息與光學工程學院（原信息技術科學學院）和天津大學精密儀器與光電子工程學院合辦的光電信息科學與工程專業。

南開大學化學學科和天津大學化工學科皆為國內領先的學科，而分子科學與工程專業正是在這兩個學科支持下創建的。該專業旨在貫通基礎科學和工程技術，培養具有綜合背景的人才。由於缺乏相應的研究生教育體系和職業發展軌道，本專業的畢業生往往會進入相關學科和相關行業，另有一部分畢業生從事了與本專業關係不大的職業。

分子科學與工程專業自設立以來，每年在南開大學和天津大學的招生計劃中各招收約 30 名學生，並編成兩個班級。本專業學制四年，前兩年在南開大學學習，教學內容以化學專業相關課程和基礎課為主；後兩年在天津大學學習，教學內容以化工類專業相關課程和實踐類課程為主。由於南開大學和天津大學的各校區在空間上彼此毗鄰，本專業學生可在兩校間靈活安排選課，亦有教師在對方學校開設課程，實際上教學計劃高度融合。本專業的學生需在兩校共獲得約 210 學分，並在南開大學或天津大學教師的指導下完成一份畢業論文或畢業設計。本專業畢業的學生由招生的學校頒發分子科學與工程本科畢業證書（一份），符合學位授予條件的畢業生由南開大學授予分子科學與工程理學學士學位，並同時由天津大學授予分子科學與工程工學學士學位。

### 分子科學與工程系及相關機構

天津大學化工學院設有分子科學與工程系。該系是化工學院下設的較小但確有實體的系。首任系主任是張金利教授。第二任系主任是陳志堅教授（現任）。

南開大學化學學院的組織結構中沒有以該本科專業組成系一級的行政單位。該學院歷任負責本科教學的副院長主要負責該專業的建設和管理。

天津化學化工協同創新中心成立後，也參與了分子科學與工程的本科專業建設。

## 其他高校的分子科學與工程專業

2016 年，中北大學新設立了分子科學與工程本科專業。在其專業介紹中，中北大學基本沿用了南開大學和天津大學對這一專業內涵的解釋。

2017 年，北京航空航天大學設立了分子科學與工程專業。當年該校採取大類招生，最早在 2018 年才會進入專業分流階段。

## 以分子科學與工程命名的學術機構

在中國大陸和港澳台地區，另有一些高校和科研院所的下設學術機構以「分子科學與工程」命名。

* 國立台北科技大學工程學院分子科學與工程系
* 山東大學分子科學與工程研究院
* 東北大學理學院分子科學與工程研究所

## 參考資料
分子種系發生學

**分子系統發生學**（Molecular phylogenetics）是分析遺傳分子差異（主要是 DNA 序列）的系統發生學的一個分支，以獲得有機體進化關係的信息。分子系統發生學分析的結果在系統發生樹 (phylogenetic tree) 中表達。分子系統發生學是**分子系統分類學**的一個方面，更廣泛的術語還包括在生物分類學和生物地理學中使用分子數據。

分子系統發生學和分子演化相關。 分子進化是在生命樹（進化）的各個分支中在分子水平（基因，蛋白質等）上選擇性變化（突變）的過程。 分子系統發育學推斷由於分子進化而產生的進化關係，並導致系統發育樹的構建。 根據 1870 年代 Haeckel 所知的信息，右邊顯示的圖描繪了生命系統樹作為最早的詳細樹木之一。

分子系統發生學的出現，很可能會改變大眾對舊有動物分類的認識。舉例說：傳統上鱗翅目物種皆二分為蛾跟蝴蝶兩大分支，但研究認為其實所有蝶類皆應歸類到鳳蝶總科去，而鳳蝶總科又是鱗翅目之中、有喙亞目之中、真鱗翅類之中、真異脈類之中、雙孔亞目之中、短突雙孔類之中、螟蛾類中的一個演化支。類似的改變還有嚙蟲總目的合併，以及白蟻被合併進蜚廉目的例子。

## 參考

* 黃原，《分子系統發生學》

## 相關條目

* 系統發生樹
* 分子演化
分子筛

**分子篩**是一種包含有精確和單一的微小孔洞的材料，可用於吸附氣體或液體。

足夠小的分子可以通過孔道被吸附，而更大的分子則不能。與一個普通篩子不同的是它在分子水平上進行操作。例如，一個水分子小到可以通過但比它大一點的分子就不行。因此，分子篩常用用來作乾燥劑。一個分子篩能吸附高達其自身重量 22% 的水分。

通常分子篩由鋁矽酸鹽礦組成，也有合成的混合物或化合物。這些化合物具有開放結構使得小分子能夠擴散，如：粘土，多孔玻璃，微孔木炭，活性炭等。

分子篩常被應用到石油工業，特別是用來純化氣體。例如可用矽膠吸附天然氣中的汞對鋁製管道和其他液化設備的腐蝕。

分子篩的再生方法包括在氧氣濃縮器中變換壓力，當用於乙醇脫水時也可用載氣加熱和清洗。

## 分子篩的分類

### A 型分子篩

A 型分子篩是由 LTA 型的骨架結構組成的，3A 型分子篩的主晶孔是八元環結構。

### 3A 分子篩

化學公式：⅔ K2O×⅓ Na2O×Al2O3×2 SiO2×4.5 H2O

3A 分子篩是由矽氧和鋁氧四面體組成的合成沸石，其主晶孔為八元環結構.

3A 分子篩的有效孔徑為 3Å。主要應用於建築玻璃，氣體提純和石油裂解氣。

#### 應用領域

3A 分子篩是最具選擇性的分子篩類型。主要應用包括：

* 石油裂解氣、不飽和烴類物料 (如：乙烯、丙烯、丁二烯、乙炔等) 的乾燥，天然氣的脫水和防止 COS（羰基硫） 的生成。
* 甲醇、乙醇的提純與乾燥。
* 二氧化碳 CO2 氣體的乾燥。

### 4A 分子篩

化學公式： Na2O×Al2O3×2 SiO2×4.5 H2O

4A 型分子篩是一種鈉型的矽鋁酸鹽，主晶孔孔徑為 4Å(1Å=10-10m)。

#### 應用領域

* 用於氣體和液體的深度脫水
* 藥品包裝、易變質化學品和電子元件的靜態乾燥。
* 提純氬氣
* 使油漆，染料，塗料工業保持脫水狀態。

### 5A 分子篩

化學公式：¾CaO× ¼Na2O×Al2O3×2 SiO2×4.5 H2O

5A 分子篩是一種篩鈣鈉型的矽鋁酸鹽，其孔徑為 5Å。

#### 應用領域

　　

* 從 H2O,CO2，乙炔等空氣純化系統中脫除雜質
* 分離正、異構烷烴
* 淨化、乾燥空氣，氧氣，氫氣，氮氣以及其他混合氣體。
* 分離淨化惰性氣體。
* 乾燥石油天然氣，氨分解氣和其他工業氣體。

## X 型分子篩

X 型分子篩由 FAU 型的骨架結構組成，主晶孔為十二元環結構。

### 13X 分子篩

化學公式：Na2O·Al2O3·（2.8±0.2）SiO2·（6-7）H2O

13X 分子篩，又稱鈉 X 型分子篩，其孔徑為 9Å（0.9nm）

#### 應用領域

* 氨合成氣的乾燥及淨化。

　　

* 氣霧劑推進劑的脫硫除臭。

　　

* 裂解氣脫 CO2。

### 10X 分子篩

化學公式：4/5CaO・1/5Na2O·Al2O3·（2.8±0.2) SiO2·（6-7)H2O

10X 型分子篩是一種鈣鈉型的矽鋁酸鹽，晶體的孔徑為 8Å（0.8nm）。

#### 應用領域

* 芳烴及氮化物、硫化物的脫除，一般在石蠟精製過程中使用。
* 深度脫除痕跡量的氮氧化物和輕質烴類，用於空氣淨化系統。

## 參見

各種不同類型的分子篩：

* 活性炭
* 矽膠
* 沸石

## 外部連結

* Sieves put a lid on greenhouse gas （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 分子篩專利（英文）
* [1]
分子結

**分子結**（molecular knot，也稱為 knotane）為一種類似繩結的機械互鎖分子結構。三葉結組態的分子結為手性分子，至少有二個對映異構，像 DNA 和一些特定蛋白都是自然生成的分子結。乳鐵蛋白和其線性的異構物有不同的性質。其他的合成分子結因為其球狀外形及奈米尺寸，因此是奈米科技中潛在的建設方塊。第一個合成分子結是由 Sauvage 在 1989 年合成。

knotane 一詞是由 Fritz Vögtle 等在 2000 年在應用化學期刊中創建，類似 Rotaxane（輪烷）、catenane（索烴），不過 IUPAC 尚未核定此一詞語。

已發現許多合成分子結的方式。也已找到合成五葉分子結的方式。

## 相關條目

* 大環 (化學)
* 超分子化學

## 參考資料
分子结构式

**結構式**（英語：Structural Formula），表示分子的空間結構，表示有機化合物一般用結構簡式或鍵線式（一般省去碳氫鍵，有時也省去碳碳單鍵，用折線表示）。

**結構式可以完整地繪出分子內每個原子間的鍵結：**

* 原子同樣用元素符號來表示，而之間的鍵結則以直線來連接。
* 結構式的描繪是將立體的分子轉化成平面圖，所以紙上的形狀與真實的空間排列並不相同。
* 表示分子中，原子與原子間結合情形的化學式為結構式。
* 結構式可以表明分子內原子的種類、數目及合情形的化學式，但不能表示三度空間的立體結構 (分子形狀)。
* 結構式中連接原子與原子之間短線代表原子與原子之間的化學鍵。

　
: 例如：

　
: 甲烷（CH4）的結構式是碳前後左右四個方向各接一個氫，看似平面上的正方形。不過甲烷分子實際上是以碳為中心的正四面體，H－C－H 的夾角是 109.5 度而非 90 度。因此檢視結構式時，還需配合化學鍵的概念，才能了解結構式所描繪分子的正確立體結構。

## 注釋
分子美食

**分子食物**（英語：**Molecular gastronomy**）又稱為**分子美食**、**分子料理**，被人們稱為未來食物、人造美食，所謂的分子食物是指把葡萄糖 (C6H12O6)、維生素 C (C6H8O6)、檸檬酸 (C6H8O7)、麥芽糖醇 (C12H24O11) 等等可食用的化學物質進行組合或改變食材分子結構，再重新組合。也就是從分子的角度製造出無限多的食物，不再受地理條件、產量等因素的局限。一些科學家認為，「人造」食物很有可能解決某些地方食物短缺的問題。

## 製作 / 重製

大廚利用各種奇異工具，透過物理或者化學的變化，把食材的味道、口感、質地、樣貌完全打散，再重新「組合」成一道新菜。比如，把固體的食材變成液體甚至氣體食用，或使一種食材的味道和外表酷似另一種食材。如：用蔬菜製作的魚子醬、冰淇淋般的馬鈴薯、奶油與起司做的雞蛋、果凍製成生魚片壽司、泡沫狀糕點等。但頂級分子食物製作起來就如同做科學實驗一樣複雜，難度極高，因此價格也極高。

## 棉花糖

常見的棉花糖是分子食物，蔗糖晶體的分子原本有著非常整齊的排列方式，一旦進入棉花糖製作機，機器中心溫度很高的加熱腔釋放出來的熱量會打破晶體的排列，從而使晶體變成糖漿。而加熱腔中有一些比顆粒蔗糖尺寸還小的孔，當糖在加熱腔中高速旋轉的時候，離心力將糖漿從小孔中噴射到周圍。由於液態物質遇冷凝固的速度和它的表面積有關，表面積越大凝固越快。因此從小孔中噴射出來的糖漿就凝固成糖絲，不會黏連在一起。也就是改變食材分子間的組織結構，再重新組合。

## 延伸閱讀

* Caporaso, Nicola, Diego Formisano (2016). Developments, applications, and trends of molecular gastronomy among food scientists and innovative chefs. Food Reviews International, 32(4), 417-435.
* Hoelscher, Dietmar, _Molecular kitchen and moleculare mixology: you can do what you imagine_ (2008 DVD) ISBN 978-3-00-022641-0
* Kurti, Nicholas, _But the Crackling Is Superb_, Institute of Physics Publishing, 1998 ISBN 978-0-85274-301-0
* McGee, Harold, _The Curious Cook_. North Point Press, Berkeley, 1990.
* McGee, Harold, _On Food and Cooking: The Science and Lore of the Kitchen_. Scribner, New York, 2004. ISBN 0-684-80001-2.
* This, Hervé, _Building a Meal: From Molecular Gastronomy to Culinary Constructivism_, Columbia University Press 2009 ISBN 978-0-231-14466-7
* This, Hervé, Pierre Gagnaire: _Cooking: The Quintessential Art_, University of California Press 2008 ISBN 978-0-520-25295-0
* This, Hervé, _Kitchen Mysteries: Revealing the Science of Cooking_. Columbia University Press, New York, 2007 ISBN 978-0-231-14170-3
* This, Hervé, _Molecular Gastronomy: Exploring the Science of Flavor_. Columbia University Press, New York, 2006. ISBN 978-0-231-13312-8
* Wolke, Robert L., "What Einstein Told His Cook: Kitchen Science Explained" (2002, 350p) ISBN 0-393-01183-6

## 參見

* 上泰晤士報查分子食物 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 新華網：你吃過「分子食物」嗎？ （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
分子育种

**分子育種**是分子水平上的遺傳育種，是傳統育種與基因工程技術相結合的產物。分子育種技術將外源 DNA 導入作物，來改善育種效果，從而能夠更大效率的利用種質資源。導入 DNA 可以以胚細胞或生長點分生細胞為目標。分子育種的主要目標，是提高產量、提升品質，並降低生產成本。現在的分子育種已能夠識別目的基因，並控制重組的質粒，轉化途徑也更加多樣化。

## 參考資料

* 林棲鳳主編。植物分子育種。北京市：科學出版社，2004.10.
分子胶

**分子膠** （英語：molecular glue），是一類作用於蛋白與蛋白相互作用界面的化學小分子，與蛋白降解靶向嵌合體一起統稱為靶向蛋白降解技術，二者區別在於前者為單功能小分子化合物，後者為雙功能小分子化合物，如同 PROTAC 技術一樣，目前「分子膠」也已經成為創新藥研發領域的熱門。

分子膠多是通過作用於 E3 泛素連接酶來介導目標蛋白降解， 目前已獲批在臨床應用的分子膠主要是免疫調節劑 （IMiD；沙利度胺，來那度胺，泊馬度胺)，該類藥物主要靶向誘導 B 細胞發育的鋅指轉錄因子家族成員 Aiolos（IKZF3）和 Ikaros（IKZF1）的泛素化及其降解。

除上述 IKZF1/3 靶點外，目前也有作用於 GSPT1 靶點的「分子膠」處於臨床研究階段，如 CC-90009。

## 參考文獻
分子臭氧化物

**分子臭氧化物**又稱**一級臭氧化物**，是一種含 1,2,3 - 三氧戊環結構的化合物，它也被認為是一種環狀二烷基過三氧化氫。它是在臭氧和烯烴的環加成反應形成的不穩定的中間體，可快速重排生成普通的臭氧化物（具有 1,2,4 - 三氧戊環結構），後者是在還原或氧化裂解形成醇、羰基化合物或其衍生物之前生成的相對穩定的產物。

1,2,3 - 三氧戊環（CAS：6669-36-9）、4,4,5,5 - 四甲基 - 1,2,3 - 三氧戊環（CAS：14582-05-9，僅在−80 °C 存在）等是分子臭氧化物的例子。

## 參考文獻
分子與細胞蛋白質組學期刊

**分子與細胞蛋白質組學期刊**(Molecular & Cellular Proteomics) 是一份由美國生物化學與分子生物學協會 (American Society for Biochemistry and Molecular Biology) 出版於 2002 年的同行評審之單月科學期刊。 它涵蓋了對蛋白質結構及其功能特性的研究，特別是關於蛋白質的發展。

## 內容與歷史

該期刊還出版其他的內容，比如 "HUPO 的意見"(HUPO views)，這些文章來自於人類蛋白質組組織 (HUPO)、HUPO 會議以及 "國際質譜研討會生命科學組"(International Symposium On Mass Spectrometry In The Life Sciences) 等所發表的論文。

截至 2010 年 1 月，該期刊僅在網上出版且不再提供印刷版。總編輯是 "阿拉瑪・L.・蒲安臣"(Alma L. Burlingame) 及 "拉爾夫・A.・布拉德肖"(Ralph A. Bradshaw)。所有文章出版後都可以免費提供 1 年。文章在接受後都可以在其網站上立即免費獲得。

## 文摘和索引

該期刊的文摘和索引收錄在 MEDLINE、PubMed、醫學索引、科學引文索引、當前目錄 (Current Contents) - 生命科學列表 (List of life sciences) 、Scopus、BIOSIS、科學網絡 (Web of Science)，以及化學文摘社等資料庫。

## 註釋

## 外部連結

* 官方網站
分子识别

**分子識別**指的是兩個或更多個分子，通過非共價鍵的作用，產生特異性相互作用關係，如氫鍵、范德華力、金屬配位、疏水性、π-π 重疊、共振等。除了這些直接相互作用外，溶劑還可以在驅動分子識別的過程中起主要的間接作用。參與分子識別的宿主和客體表現出分子互補性。

## 生物系統

生物系統中，分子識別發揮著重要作用，如抗體對抗原的特異性防禦、DNA 與蛋白質結合成染色體，細胞膜上糖與蛋白質的結合、核糖核酸與染色體的協同工作等。

作用於肽鏈的抗生素是一種重要例子。萬古黴素與細菌細胞中帶有末端 D - 丙氨醯 - D - 丙氨酸的肽鏈以五個氫鍵結合，使其無法用於構建細菌的細胞壁，這是其對細菌殺傷性的來源。

## 奈米識別

分子識別為合成奈米級元件帶來了可能性。仿生聚合物（如擬肽）可用於識別較大的生物靶標（如蛋白質），並且聚合物可與螢光奈米材料共同建立大分子結構，作為用於光學蛋白識別和檢測的合成抗體。

## 超分子系統

化學家已經證明可以設計出許多具有分子識別功能的人工超分子系統。

這種系統的最早例子之一是冠醚，其能夠選擇性地結合特定的陽離子。

## 靜態與動態

分子識別可以分為_靜態分子識別_和_動態分子識別_。靜態分子識別類似於鑰匙和鑰匙孔之間的相互作用，它是主體分子和客體分子之間形成主客締合物的 1:1 型配位反應。為了實現高級的靜態分子識別，有必要建立特定於客體分子的識別位點。

在動態分子識別中，第一個客體與主體的結合，會影響第二個客體與第二結合位點的締合常數，導致這個結合過程存在某種「合作」關係 。 在正變構系統（positive allosteric system）中，第一位客人的結合會增加第二位客人的結合常數。而對於負變構系統（negative allosteric system），第一個客體的結合降低了與第二個客體的締合常數。這種類型的動態特性特別重要，因為它提供了調節生物系統中締合方式的機制。動態分子識別可以通過構象校對機制，增強區分數個競爭靶標的能力。動態分子識別是一項研究熱點，以用於功能強大的化學傳感器和分子設備。

## 複雜性

一項基於分子模擬和順應性常數的研究將分子識別描述為一種組織現象。即使對於像碳水化合物這樣的小分子，假設每個氫鍵的強度都是已知的，也無法預測或設計識別過程。然而，正如 Mobley 等人總結的那樣，對分子識別事件的準確預測需要超越客體和主體之間某一時刻的狀態信息的靜態快照。熵是熱力學層面上驅動主客分子結合過程的關鍵因素，需要加以考慮以便更準確地預測識別過程。在單一締合結構的靜態快照中很少觀察到熵。

## 參考文獻
分子質量

**分子量**，又稱「相對分子質量」，指組成分子的所有原子的原子量的總和，分子量的符號為 Mr。定義為物質分子或特定單元的平均質量與 12C 質量的 1/12 之比值。由於是相對值，所以為無因次量，無單位。

## 與分子質量區別

儘管分子量一般指相對分子質量，但是字面上常與分子質量這一概念混淆。分子質量指分子的實際質量，而非比值。國際單位制中的單位為 kg，但由於分子質量很小，所以常用道爾頓（Dalton，Da）或原子質量單位（u）或亞佛加厥常數（6.02×1023）作為原子或分子質量的單位，巨分子（如蛋白質）的分子質量通常使用 kDa。

例如二氧化硫（SO2）的相對分子質量（分子量）為 64.06，但分子質量為 0.06406（kg/mol）÷ 亞佛加厥常數 = 1.06374×10-25kg=64.06 Da。

為了便於區分這兩者，分子量在中國大陸又稱為「**相對分子質量**」，同樣，原子量又稱為「**相對原子質量**」。

## 測量分子量

分子量的測量通過質譜法來進行。將待測樣品引入質譜，然後用電子衝撞，使其發生電離，變為正離子碎片，再利用電場或磁場使不同質荷比的離子分離，或是透過過濾的方式，將它們分別聚焦到偵測器而得到質譜圖，從而獲得質量與濃度（或分壓）相關的圖譜。

通過質譜法還可以得到：

* 樣品的相對同位素質量
* 同位素的豐富度
* 有機物構造

## 參考文獻

## 外部連結

* Stoichiometry Add-In for Microsoft Excel（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） for calculation of molecular weights, reaction coëfficients and stoichiometry.
分子軌域

**分子軌域**（英語：**M**olecular **o**rbital, **MO**）是化學中用以描述分子中電子的波動特性的函數。這個函數可以計算出化學和物理性質，例如在任意一個特定區域找到電子的機率。「軌域」一詞由羅伯特・桑德森・馬利肯於 1932 年提出，為「單電子軌域波函數」（one-electron orbital wave function）的簡稱。從基本層面上來說，它用於描述該函數具有顯著振幅的空間區域。分子軌域通常由分子中的個別原子提供的原子軌域、混成軌域，或者其他原子團的分子軌域結合而成。這些可以由哈特里－福克方程式或自洽場方法（SCF）量化計算。

分子軌域可以用來表示分子中佔有該軌域的電子可能出現的區域。分子軌域由原子軌域結合而成，其中原子軌域預測了原子中電子的位置。分子軌域可以具體說明分子的電子組態：一個或一對電子的空間分佈和它（們）的能量。分子軌域通常會以原子軌域線性組合（LCAO-MO 法）表示，尤其是在進行定性或近似分析的時候。它們的寶貴之處在於對分子鍵結提供了簡單的模型，使之能透過分子軌域理論了解。現今大多數用於計算化學的方法由計算系統的 MO 開始。分子軌域描述一個電子在原子核產生的電場中的表現，以及與其他電子的平均分佈。根據包立不相容原理，兩個電子佔據相同軌域時，必須具有相反的自旋。這註定只是一個近似值，能夠高度精準描述的分子電子波函數並沒有軌域（參：組態交互作用方法）。

## 參見

* 分子軌域理論
* 原子軌域
* 分子軌域能階順序圖，也稱 MO 圖
* 計算化學 - 量子化學
* 電子構型 - HOMO/LUMO
* 原子軌道線性組合

## 參考資料

## 外部連結

* Real-Time Visualization of the Quantum Mechanical Atomic Orbitals （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） （英文）
* Molecular Orbital Viewer （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） （英文）
* The Orbitron:a gallery of atomic orbitals and molecular orbitals on the WWW （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） （英文）
* xeo （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Visualizations of some atomic and molecular atoms （英文）
分子軌域理論

**分子軌域理論**（英語：Molecular orbital theory），簡稱 **MO 理論**，是處理雙原子分子及多原子分子結構的一種有效的近似方法，是化學鍵理論的重要內容。它與價鍵理論不同，後者著重於用原子軌域的重組混成成鍵來理解化學，而前者則注重於分子軌域的了解，即認為分子中的電子圍繞整個分子運動。

計算化學中常以原子軌域線性組合近似來計算分子軌域波函數：

　
: $\psi _{j}=\sum _{i=1}^{n}c_{ij}\chi _{i}$

式中的 _cij_ 係數可由將等式代入薛丁格方程以及應用變分原理求得。簡單地講，該方法意即，分子軌域由原子軌域組合而成。原子軌域波函數各乘以某一係數相加或相減，得到分子軌域波函數。組合時原子軌域對分子軌域的貢獻體現在係數上，組合前後軌域總數不變。

利用分子軌域理論與價鍵理論通常只是從一個問題的兩個方面去看問題，常常會得到相同的結論。只是有時分子軌域理論的思想與計算過於複雜，在研究簡單問題時，價鍵理論反而更顯得簡單明了。或者說，價鍵理論對於分子定態的性質（鍵長，鍵角等）的解釋和分子軌域理論相近，而分子軌域理論在研究和電子激發相關的性質時（分子顏色，光電子能譜等）更為有效

## 簡介

分子軌域理論認為，分子軌域由原子軌域線性組合（linear combination of atomic orbitals，即 LCAO）得到，分布在整個分子之中。分子軌域僅僅是一個薛丁格軌域，包含數個（通常只有兩個）原子核。由此可衍生出成鍵、反鍵和非鍵軌域的概念：

* 如果組合得到的分子軌域能量比組合前原子軌域能量之和低，換句話說，原子核間電子雲密度增大，那麼所得分子軌域稱作**成鍵軌域**；
* 如果組合得到的分子軌域能量比組合前原子軌域能量之和高，即原子核間電子雲密度減小，則稱作**反鍵軌域**，以 \* 標註；
* 如果組合得到的分子軌域能量與組合前原子軌域能量之和相差不大，軌域上的電子對分子鍵合沒有貢獻，那麼該分子軌域則稱作**非鍵軌域**，常以 n 標註。

分子軌域法的基本要點，即 LCAO-MO 法的基本原則包括：

* 對稱性匹配原則：原子軌域必須具有相同的對稱性才能組合成分子軌域，參見對稱運算。
* 最大重疊原則：原子軌域重疊程度越大，形成的化學鍵也越強。
* 能量相近原則：能量相近的原子軌域才能組合成有效的分子軌域。

除了遵照 LCAO-MO 的三條基本規則外，電子填充規則也適用於分子軌域理論：遞建原理、泡利不相容原理以及洪德定則。

鍵級被定義為分子中成鍵電子總數減去反鍵電子總數再除以 2 得到的純數，是分子穩定性的量度。鍵級大於零是分子存在的前提。

### 分子軌域的類型和符號

各種分子軌域具有不同的對稱性，可依此將其分為 σ、π 與 δ 三種類型。

* σ 分子軌域：對鍵軸呈圓柱形對稱，成鍵 σ 軌域如 σg1s 為中心對稱，反鍵 σ 軌域如 σu1s 為中心反對稱，呈現軸對稱。
* π 分子軌域：對平面 xy 反對稱，只有一個含鍵軸的節面，對節面呈反對稱性，呈現側面對稱。
* δ 分子軌域：通過鍵軸節面的分子軌域，對兩個節面都呈反對稱性。

## 參見

## 參考資料

## 外部連結

* 分子軌域理論（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - Purdue University
* 分子軌域理論 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - Sparknotes
* 分子軌域理論 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - Mark Bishop's Chemistry Site
* MO 理論介紹 - Queen Mary, London University
* 分子軌域理論 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）相關術語表
分子轨道对称守恒原理

**分子軌道對稱守恆原理**（**伍德沃德 - 霍夫曼規則**），是憑藉軌道對稱性來判斷周環反應產物立體化學性質的一套規則，由羅伯特・伯恩斯・伍德沃德和羅德・霍夫曼於 1965 年提出。它主要用於分析電環化反應、環加成反應和 σ 遷移反應，運用前線軌道理論和能級相關理論來分析周環反應，總結出其立體選擇性規則，並根據這些規則判斷周環反應是否可以進行，以及反應的立體化學特徵。

分子軌道對稱守恆原理認為：化學反應是分子軌道進行重組的過程。在協同反應中，由原料到產物，分子軌道的對稱性始終不變，是守恆的，因為只有這樣，才能用最低的能量形成反應中的過渡態。符合分子軌道對稱守恆原理的反應途徑被稱為是「對稱性允許」的，不符合該原理的反應途徑則被稱為是「對稱性禁阻」的。用擴展休克爾方法進行的理論計算支持了該原理所進行的預測，但在某些特殊情況（如施加應力）下，得到的產物不符合分子軌道對稱守恆原理。

## 電環化反應

分子軌道對稱守恆原理最初用於解釋電環化反應在光照和加熱下生成不同產物的事實。1965 年，霍夫曼和伍德沃德在美國化學會志上發表的題為「分子軌道對稱守恆原理」的文章，其中將該規則歸為三點：

* 基態時，鏈形 4n 體系反應物的 HOMO 有不同的對稱性，加熱時都必須採取順旋關環的方式；
* 基態時，鏈形 4n+2 體系反應物的 HOMO 有相同的對稱性，加熱時都必須採取對旋關環的方式；
* 光照時，反應物 HOMO 的一個電子被激發到 LUMO 上，因此反應選擇性發生顛倒。

分子軌道對稱守恆原理還預測了一些帶電荷的體系發生電環化反應時得到的產物：

　
: 環丙烷正離子 → 烯丙基正離子：對旋

　
: 環丙烷基自由基 → 烯丙基自由基：順旋

　
: 環丙烷負離子 → 烯丙基負離子：順旋

　
: 環戊二烯正離子 → 戊二烯基正離子：順旋

因此電環化反應的立體選擇性可以通過下表來總結。需要注意的是，允許和禁阻僅代表特定條件下發生協同反應的活化能的相對大小，並不排除反應按照其他機理進行，也不代表反應能否進行的絕對可能性。

## 軌道對稱守恆的一般規則

電環反應的軌道對稱守恆規則被提出後，伍德沃德和霍夫曼又將其推廣於其他周環反應。他們定義了新的術語「同面」（suprafacial） 與「異面」（antarafacial）來形容反應過渡中的「組分」的拓撲關係。簡單的說，在 σ 鍵、π 體系的同一側的鍵形成或破裂叫做「同面」，相反兩側叫做「異面」。電環反應的順旋和對旋兩類分別歸入異面組分過渡態和同面組分過渡態兩類。軌道對稱守恆的一般規則是：過渡態異面組分數目與過渡態電子對數目之和為奇（偶）數則反應為熱允許（禁阻）。

舉例：
[4+2]- 環加成反應（Diels-Alder）的過渡態包含兩個同面組分，沒有異面組分，過渡態有三對電子參與。3+0=3 （奇數），允許。
丁二烯的順旋電環反應的過渡態包含一個異面組分，過渡態有兩對電子參與。1+2=3 （奇數），允許。

## 爭議

2004 年艾里亞斯・詹姆斯・科里在獲得普里斯特利獎時，聲稱當初是他向伍德沃德提出的分子軌道對稱守恆原理，而伍德沃德和霍夫曼「剽竊」了他的思想。此事引起爭議。不久後霍夫曼在《應用化學》期刊上發表文章反駁科里的觀點，並指出科里於 1963 年和 1965 年完成的全合成中，雖然應用了一個電環化反應，但他卻並沒有對反應的立體專一性作出具體的解釋。

　
:

該反應實際上是 4n+2 體系在光照下發生的順旋開環反應。

## 參見

* 伍德沃德規則，用於估算化合物紫外吸收光譜 λmax 的經驗規則。

## 外部連結

* SHMO 計算器
* 分子軌道對稱守恆原理簡介
* 用前線軌道理論和分子軌道對稱守恆原理分析乙烯二聚生成環丁烷的反應
* _Symmetry rules!_, Sophie Wilkinson. Chemical & Engineering News. January 27, **2003** Volume 81, Number 04 CENEAR 81 04 pp. 59 ISSN 0009-2347. 連結 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

## 參考資料
分子进化中性学说

**中性演化理論**全稱為**分子演化的中性理論**（英語：**Neutral theory of molecular evolution**），簡稱為**中性理論**。是日本遺傳學家木村資生在 1968 年早期所提出的一種演化理論。

這個理論認為在分子遺傳學的層次上，基因的變化大多數是中性突變，也就是對生物個體的生殖與生存既沒有好處也沒有壞處的突變。由於中性突變並不受自然選擇影響，而是由中性的突變基因的遺傳漂變產生的，因此中性理論也曾被認為是與查爾斯・達爾文的自然選擇論處於競爭狀態。另外木村資生提出突然變異產生的蛋白質和原本的蛋白質之間沒有適應性的差異時的突然變異則稱為中立突然變異的理論。

不過現今的演化生物學家認為，自然選擇理論與中性理論是能夠並立且互補的。例如木村資生本人便曾在 1986 年說：「此理論並不否認自然選擇對於適應演化上的方向決定」。

中性演化理論承認了多數突變基因為有害基因這一可能性，但是認為由於自然選擇的快速移除，對於物種內或物種間，這些基因並不會造成分子層面上持續的重大的改變，因而中性基因的遺傳漂變在分子演化中起著更重要的作用。此外，這一理論還認為，最終中性突變能否被遺傳是由隨機遺傳漂變模型所描述的抽驗過程所決定。 

這一理論最早由日本生物學家木村資生在 1968 年提出，而兩名美國生物學家 Jack Lester King 和 Thomas Hughes Jukes 在 1969 年也相對獨立地提出了這一理論。 理論的細節由木村在其 1983 年的專著 _The Neutral Theory of Molecular Evolution_ 中描述。根據木村所言，這一理論只適用於分子層面的演化，但表型的進化仍然是由自然選擇控制。這一提法被更廣泛的「中立選擇（neutralist-selectionist）」爭論所沿用，用以解釋分子分化與多樣組合的模式的解釋。這一爭論在 20 世紀 70 到 80 年代達到頂峰，期間大量關於分子層面選擇的證據被發現。

## 概覽

諸如 Freese (1962) 和 Freese&Yoshida (1965) 等資料顯示，中性突變可能是廣泛的，隨之 木村資生在 1968 年提出中性演化理論來解釋這一現象，在 1969 年 King 和 Jukes 也不約而同地提出這一理論。

理論的提出者們猜想，絕大多數已知物種的基因差異在自然選擇上都是「中性」的，亦即這些基因上的差異所產生的表達的分子之間的差異不影響自然選擇中物種的適應度。由此，中性演化理論認為這些基因組的特性既不從屬於自然選擇，也不能被自然選擇所能解釋。這一觀點建立在密碼子簡併性基礎上 —— 密碼子簡併性指的是組成密碼子即便核酸序列不同，但編碼得到的胺基酸也可能相同。例如，_GCC_ 和 _GCA_ 均是丙氨酸的密碼子。因此，許多可能的只有一個核酸的改變可能實際上是「沉默的」或者「不表達的」(參見：同義替換)，在生物學上被認為是作用極小或者沒有作用的。

建立在中性演化理論基礎上的第二個假說即是：多數的進化實際上是等位基因遺傳漂變的結果，而並不是諸如非中性基因的遺傳連鎖造成的遺傳便車等原因造成的。突變出現後，中性的等位基因可能通過遺傳漂變在族群里根據普遍。但通常情況下，突變會消失，少數情況下會被固定下來，成為族群較為「標準」的基因。這一隨機過程可以被抽樣事件的形式描述，並遵從描述隨機遺傳漂變的公式。

根據這一理論，突變以 μ 的速度發生在每 2N 拷貝的一個基因上，有 1/(2N) 的概率被固定。這意味著，如果所有的突變都是中性的，突變固定的速度會在差異化的族群中累積，並等於每人的基因突變（如 DNA 複製出錯）的概率，均等於 μ。當中性突變的比例為常數時，族群之間的差異率也為常數。儘管分子時鐘的發現早於中性演化理論的提出，但這為分子時鐘提供了理論依據。

中性理論與新達爾文主義理論不同，許多分子生物學家和群體遺傳學家都為其發展做出了貢獻。

中性理論並不排斥自然選擇的發生。進化生物學家通常將自然選擇分為兩大類：_純化選擇（purifying selection）_ , 和_正向選擇（positive (Darwinian) selection）_ ；前者會使有害突變消亡，後者會使得有優勢的基因被偏好。正向選擇也被歸為定向選擇的子類，定向選擇傾向於固定有優勢的基因；同時，平衡選擇可以基因座上的多態性。中性演化理論預言了純化選擇的無所不在，但正向選擇則十分罕見，但其在適應性進化中的作用並未被否定。純化選擇是蛋白編碼基因進化的常態，正向選擇相對稀少；但有趣的是，這是因為這樣的選擇會導致編碼基因逐漸偏離常態。這一理論之後，根井正利提出了更加全面而現代的分子進化理論。

## 中性選擇爭論

木村資生的理論一出現就伴隨著激烈的爭論。爭論多數圍繞著任何基因組里，到底有相對多少比例的等位基因是中性的，而又有多少不是中性的。與多數外行人的感知不同的是，這一爭論與自然選擇是否發生並無關係。木村資生稱，分子演化是由具有選擇性的中性演化決定的，而在表型層面，性狀的改變可能由自然選擇而非遺傳漂變所決定的。

根據分子演化的中性理論，種群內遺傳差異的數量應當與有效族群大小成比例。而遺傳多樣性比起普查得到的種群規模遠小得多，由此產生了 "遺傳差異的悖論（paradox of variation）"。高水平的遺傳多樣性是支持中性演化理論的幾個初始論點之一，因此這一悖論也成為了反對中性演化理論最有力的論斷之一。

太田朋子強調了接近中性的突變，尤其是損害較小的突變之重要性。近中性變異的種群變遷在本質上與中性突變的相同，除非 N 表示自然選擇的有效族群大小，選擇係數的決定值大小大於 1/N。N 的值因而會影響多少突變被視為中性而多少突變被視為有害。

大量的統計模式測試過中性演化理論與實際演化的匹配情況。(例如 McDonald-Kreitman 測試)，並且一批作者聲稱監測到了選擇。(如：Fay et al. 2002, Begun et al. 2007, Shapiro et al. 2007, Hahn 2008, Akey 2009 等)。然而，根井正利等人在 2010 年發文稱，這些統計模式基於大量的在生物學上是不合理的假設。

## 參見

* 根井正利
* 木村資生
* 分子演化
* 太田朋子
* Coalescent theory
* Nearly neutral theory of molecular evolution
* Unified neutral theory of biodiversity

## 參考資料

## 外部連結

* Misconceptions about natural selection and adaptation: the neutral theory（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） at http://evolution.berkeley.edu（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）.
分子进化遗传学分析

**分子演化遺傳學分析**（英語：Molecular Evolutionary Genetics Analysis，縮寫 **MEGA**）是一個生物資訊學軟體，可通過分子演化統計學分析建立系統發生樹，最初由賓夕法尼亞州立大學的根井正利團隊開發。

## 版本史

## 參考資料

## 外部連結

* 官方網站