化学软件应用-ChemOffice.ppt

,化学办公软件,ChemOffice,ChemOffice简介,分子式和结构式是化学家的语言，这类特殊的数据需要专门软件来处理。目前已经有了许多化学软件问世，其中ChemOffice是世界上最优秀的化学软件，集强大的应用功能于一身，其结构绘图是国内外重要论文期刊制定的格式。化学工作者可以用ChemOffice去完成自己的想法，与同行交流化学结构、模型和相关信息。是化学工作者的必备软件。,ChemOffice 构成,版本为ChemOffice Ultra 2010版。主要包含如,下软件和组成：,ChemDraw Ultra 11.0：化学结构绘图。Chem3D Ultra 11.0：分子模型及仿真。,ChemFinder Ultra 11.0：化学信息搜寻整合系,统,E-Notebook 11.0：整理化学信息、文件和数,据，并从中取得所要的结果。,3.1 ChemDraw,ChemDraw是ChemOffice中使用最为频繁的组件，是国际上绝大多数杂志指定的论文排版软件，为不同的杂志备有不同的模板，应用最为广泛。,其理念是“化学家能懂的，ChemDraw也应该,懂”。,主要功能,AutoNom：依照IUPAC命名化学结构；,ChemNMR：预测13C和1H的NMR近似谱图；ChemProp：预测BP、MP、临界温度、临界气压、吉布斯自由能、logP、折射率、热结构等性质；Chemspec：可输入JCAMP及SPC频谱资料，用以比,较ChemNMR预测的结果；,ClipArt：高品质的实验室玻璃仪器图库，可搭配,ChemDraw使用；,Name=Struct：输入IUPAC化学名称后就可自动产生,ChemDraw结构。,菜单栏常用工具栏,选取框,质谱碎片橡皮文本工具笔箭头轨道绘图元素括号化学符号询问工具高级工具,模板环己烷,环丁烷环辛烷,椅式环己烷苯环,套索,结构透视实线单键多重箭虚线键碎线键碎线楔键粗键楔形键空楔形键波浪键,序列工具脂肪族链环丙烷,环戊烷环庚烷椅式环己烷环戊二烯,状态栏,格式工具栏绘图窗口1.1 主界面,ChemDraw主界面自上而下分为菜单栏、工具栏和绘图窗口。绘图窗口左侧是垂直工具栏，其中的工具和模板是化学专用的。有些模板按钮下面带有 箭头，单击该按钮不松开，会在其右侧弹出子工具栏。,【箭头】,【轨道】【绘图元素】【括弧】【化学符号】,【询问工具】,氨基酸（Amino Acids）,1.2 模板垂直工具栏上的【模板】包含了多种较复杂的分子种类和玻璃仪器模板。分别如下：氨基酸（Amino Acids,Side Chains）,芳香族（Aromatics）,双环（Bicyclics）,玻璃仪器（Clipware）,构象异构体（Conformers）,环戊二烯（Cp Rings）,环烷（Cycloalkans）,DNA,官能团（FunctionalGroups）,己醣（Hexoses）,苯环（Ph Rings）,纳米管（Nanotubes）,多面体（Polyhedra）,RNA,立体中心（Stereocenters）,超分子（Supramolecules）,ChemDraw包括了众多的模板，我们想画的东西多数已经包括在其中了，熟悉这些模板，我们可以根据这些模板迅速组合成希望的分子形状。,以阿司匹林结构式的绘制为例：1.启动ChemDraw；2.选中垂直工具栏最下端的按钮，鼠标变成苯环的样子；,OOH,O,1.3 绘图实例我们主要利用ChemDraw绘制一些结构式，预测反应方程式，搭建化学反应仪器等。O1.3.1 绘制结构式,3.在绘图区单击鼠标，出现一个苯环；,4.单击（单键）按钮，将鼠标移至苯环的一个角上，出现深色的正方形连接点，如图所示。,5.自连接点横向拉出一根实线单键，松开鼠标，自单键终点向右下方再次拉出一根单键，与前一根单键夹角约为109，余类推。,6.多重键的方法同5。,7.选中垂直工具栏中的文本工具，分别将鼠标移至应该出现羟基或氧原子的位置，待出现连接点后，点击键盘上的O键。,在绘制过程中，化学键键角难以精确掌握，且拖拉化学键或键点的过程中难免会造成键长的变化和图形的扭曲，因此需要对图形进行整理。除了手动调整外，还可以通过ChemDraw的相关菜单命令进行整理。,8.单击,选取框按钮，选中画好的,阿司匹林结构式。9.执行【Structure】/【Clean UpStructure】命令，整理图形，即可将结构式整理到最佳状态。该命令可多执行几次，直到结构式的形状不再变化。,1.3.2 图形存盘,画好的分子结构图形可以保存为文件，以备将来使用,或修改。ChemDraw文件的扩展名为“cdx”。,【File】/【Save As】，弹出【另存为】对话框，即可保存。【保存类型】有多种选项，可另存为ChemDraw 3.x版的格式（“chm”），或“gif”、“bmp”图形格式，或另存为ISIS格式。,3.1.3.3 图形的旋转或缩放,如果不改变图形模板的话，在绘图区每单击一次鼠标，就会出现一个选定模板的图形。单击鼠标左键后不松手，则可以通过移动鼠标使图形旋转，待转动到希望的位置时松手即可。,画好的图形也可以旋转和缩放。用选取框或套索选中图形，此时图形被一灰色框笼罩，上方中央一点为旋转控制点，鼠标移至此会变成双箭头，单击鼠标可以旋转图形。右下角为缩放控制点，拖动这个角可以按比例改变图形大小。,撤销操作，单击,【Undo】,旋转控制点,缩放控制点,1.3.4 检查结构错误和整理结构式,ChemDraw可以检查绘制的结构是是否有问题，选,中结构式后，进行【Structure】/【Check,structure】菜单命令，ChemDraw就会将一个红色方框罩在有问题的源自或官能团上，便于用户检查。该功能是自动执行的，如果结构式中有红色方框罩住的原子或官能团，在绘制时应引起注意。,1.3.5 根据化合物名称得到结构式,如果知道了化合物的英文名称，可能就不需要逐键绘制结构式了，因为ChemDraw提供了一种功能，可以根据化合物的名称自动给出结构式。化合物名称必须时英文名，最好时系统命名的。,【Structure】/【Convert Name to Structure】，弹,出对话框,在输入框中输入化合物的英文名，点击OK即可出现结,构式,ChemDraw也能根据一些化合物的缩写给出结构式，如EDTA。在输入框中输入EDTA，即可出现EDTA的结构式。,有时输入化合物的商品名或俗名也能得到结构式，如输入“aspirin”，即可得到阿司匹林的结构式。,如输入“morphine”即可得到吗啡的结构式。,OH,N,HO,N,HO,O,OHO,O,O,并非所有的化合物名称都能得到结构式，如果无法由名字产生结构式，ChemDraw会弹出显示提示信息。,1.3.6 根据结构得出化合物命名,如果确定了化合物的结构，想知道其系统命名，可,以借助ChemDraw。,绘制化合物结构式,选中此结构，【Structure】/【Convert Structure to,Name】，即可在结构式下面出现系统命名。,并非所有的结构式都能给出化合物名称，如果无法由结构产生系统命名，ChemDraw会弹出窗口给出提示信息。,HOOHHONH,肾上腺素结构式,肾上腺素的系统命名,1.3.7 预测核磁共振化学位移,ChemDraw可以根据结构式预测分子的1H和13C核磁,共振化学位移。,例：心安得（propranolol）是一种心血管药物，能抑制心脏的收缩率，避免过度兴奋和阻止神经冲动，保证心壁平滑肌的收缩。,绘制化合物结构式,选中此结构，【Structure】/【Predict 1H-NMR-Shifts】，出现该化合物的1H核磁共振化学位移值及图谱,缩小当前窗口，返回绘制结构式的窗口,【Structure】/【Predict 13C-NMR-Shifts】,出现该,化合物的13C核磁共振化学位移值及图谱,有了这两张谱图，在实测样品的核磁共振，就会心中,有数。,1.3.8 分析结构估计性质,ChemDraw可以对化合物结构进行分析计算。选中化合物结构式，【View】/【Show AnalysisWindow】，弹出分析窗口，包含该化合物的分子简式、摩尔质量、同位素分布图，元素分析组成比例等数据。,【View】/【Show Chemical Properties,Window】，弹出化学性质窗口，包含该化合物的沸点、熔点、临界温度、临界压力、临街体积、Gibbs自由能、LogP、MR、Herrys Law、生成热、ClogP、CMR等。,以心安得化合物为例：,【Analysis】窗口,【Chemical Properties】窗口,1.3.9 元素周期表,ChemDraw提供了一张使用起来十分方便的元素周,期表。,【View】/【Show Periodic Table Window】即可打,开元素周期表窗口。,单击周期表上的元素符号，就可以得到该元素的物理性质。单击表中的 按钮，可以打开或关闭周期表下方的物理性质详细列表。,1.3.10 绘制化学反应式,以氨基苯酚合成对氨基水杨酸为例：,使用苯环模板绘制苯环,使用单键模板，在苯环间位上分别绘制出羟基和氨,基，得到氨基苯酚,用选取框选中氨基苯酚，鼠标变成“手”形状，按住Ctrl键，“手”形鼠标上出现“+”号，向右拖动鼠标，将氨基苯酚结构式复制出一份到新位置，并在氨基对位上绘制单键，其终点的连接点上键入COONa，得到对氨基水杨酸钠,再复制一份对氨基水杨酸钠至新位置，并将COONa改,为COOH,使用箭头模板，绘制两条水平箭头,使用文字模板在第一个箭头上下方分别输入“NaHCO3,CO2”，“120，4kg/cm2”，在第二个箭头上下方分别输入“H2SO4”，“30以下，pH=3.5”，最终得到,对氨基水杨酸合成反应式。,OH,NH2,3,o,22,1.3.11 符号、字体和颜色,（1）输入特殊符号,有时需要在结构式或反应方程,式中输入特殊符号。,【View】/【Show CharacterMap】菜单命令即可打开符号窗口。,单击 按钮，可以选择各种Windows字体和符号，包括汉字。,（2）改变字体,【Text】/【Font】菜单命令可以改变字体。,Windows的所有字,体都可以在ChemDraw中使用，也包括汉字字体。,（3）改变颜色默认状态下，ChemDraw的文字和绘制的图形是黑色的，根据实际需要可以变换文字及图形的颜色。,选中画好的结构式或图形单击【Color】，出现下拉菜单，除了黑色之外，还包含6中可以选择的颜色单击所选中的颜色，完成改变颜色的操作。若不喜欢给出的颜色，单击【Others】选项，弹出【颜色】调色板，其中由更多的颜色可供选择，还可以自定义颜色。,1.3.12 快捷菜单和快,捷键,（1）快捷菜单,ChemDraw快捷菜单包,含了多种选项，使用快捷菜单能完成常用编辑、属性设置、模板选择等功能。在选中的结构上单击鼠标右键，会弹出快捷菜单。,（2）快捷键,常用的与结构有关的快捷键：,Ctrl+Shift+K：整理结构式,Ctrl+Shift+N：将化合物名称转换为结构式Alt+Ctrl+Shift+N：将结构式转换为化合物名称,编辑快捷键与其他软件如word相同，常用的与图形编辑有关的快捷键：Ctrl+A：全选，Ctrl+C：复制，Ctrl+V：粘贴，,Ctrl+X：剪切，F9：下标，,F10：上标，,Ctrl+R：旋转图形，可以设定旋转角度，Ctrl+K：改变图形大小，可以设定键长，Ctrl+Shift+H：水平翻转图形，Ctrl+Shift+V：垂直翻转图形。,1.3.13 绘制实验装置,ChemDraw可以用磨口玻璃仪器接插件迅速搭建化,学反应装置。,以简单的蒸馏装置为例：,【View】/【Other ToolBars】/【Clipware，Part1】或【Clipware，Part2】打开玻璃仪器模板窗口（或从垂直工具栏中打开）,在【Clipware，Part1】和【Clipware，Part2】中依次选择合适的铁架台、铁夹、加热器、单口烧瓶、蒸馏头、温度计、直形冷凝管、接收器等模板，并将其绘制出来。,将玻璃一起在磨口处拼接好。,如果器件前后顺序不对，可在器件上单击右键，在弹出的快捷菜单中选择【Bring to front】或【Send toback】命令，将器件提到前面或置于后面。,蒸馏装置,2 Chem3D,Chem3D是ChemOffice的组成部分，它能很好地同ChemDraw一起协同工作，ChemDraw上画出的二维结构式可以正确地自动转换为三维结构。Chem3DUltra版还包括了一个很好的半经验量子化学计算程序MOPAC，还可以与著名的从头计算程序Gaussian连接，作为它的输入、输出界面，能够以三维的方式显示量子化学计算结果，如分子轨道、电荷密度分布等。,轨,迹 选,2.1 Chem3D简介（1）主界面Chem3D提供了多种模型,表现三维分子结构。简单的结构可以采用比例,模型、圆柱键模型或球棍模,型。复杂一些的结构可以采用棒状模型或线状模型。,单键球 取工 选具 取工具,橡皮文本工,具,虚键叁键双键,模型窗口,ChemDraw窗口,Chem3D的文件扩展名为“.c3d”，模板文件名为,“.c3t”。还可以将3D模型存为其他格式的文件，或者存为图像文件。,乙烷的五种3D显示属性（从左至右为线状模型、棒状模型、球棍模型、圆柱键模型、比例模型）,3.2.2 建立3D模型,Chem3D提供了多种多样的3D模型建立方法。可以利用单键、双键或叁键工具直接绘制3D模型，可以将分子式转换成3D模型，也可以利用Chem3D提供的子结构或模板建立模型。,（1）利用键工具建立模型单击工具栏上的单键按钮,将鼠标移动至模型窗口，按住鼠标左键拖出一条直,线，放开鼠标即成乙烷的立体模型,将鼠标移至C(1)原子上，向外拖出一条直线，放开鼠,标即成丙烷立体模型,将鼠标移至C(2)原子上，向外拖出一条直线，放开鼠,标即成丁烷立体模型,C1,C1,C4,C2,（2）利用文本工具建立模型,单击工具栏文本工具按钮,将鼠标移至模型窗口，单击鼠标出现文本输入框，在输入框中输入“C4H10”，按回车键，Chem3D自动将输入的分子式变成丁烷3D模型,若化合物带有支链，可将支链用括号括起来。,异丁烷模型,异戊二烯模型,4-甲基-2-戊醇模型,输入一组氨基酸的缩写，可建立多肽的3D结构。如输入“H(Ala)12OH”，然后用轨迹球按钮转动模型，从-螺旋的中间部分看过去，即为下图得到的模型。,若模型很复杂，可以考虑改用线状模型显示，在显,示螺旋时也可以使用带状模型。,多肽的-螺旋,（3）使用子结构建立模型Chem3D提供了子结构库，,我们可以选择其中的子结构，然后将他们拼装起来，组成复杂结构。【View】/【Parameter Table】/【Substructure】菜单命令，弹出【Substructure】窗口，单击【Phenyl】（苯基）的【Model】选中之,单击工具栏上的复制按钮，复制该结构,在3D模型窗口中，单击粘贴按钮，将子结构粘贴至窗口，使用轨迹球按钮使其处于正面结构，,【Structure】/【Reflect Model】/【Invert Through,Origin】将图形置于与原来呈镜面对称的位置再次单击粘贴按钮，在窗口中就复制了两个苯环单击工具栏中的虚键按钮，将两个苯环连接起来，即,得所要建立的3D模型。,（4）使用模板建立模型,【File】/【SampleFiles】/【Nano】/,【Buckminsterfullerene,-C60】命令，出现C60的,3D模型。,还可以在此基础上修改模型，例如可以接上一些官能团。,C60的3D模型,2.3 ChemDraw结构式与3D模型间的转换,Chem3D可以将ChemDraw的平面结构式转换成相应的3D模型。3D模型也可以转换成平面结构式。,（1）ChemDraw结构式转换为3D模型,以苯丙氨酸结构式的转换为例：,在右边ChemDraw窗口中绘制出苯丙氨酸的平面结构,式（也可以使用氨基酸模板输入）,当结构式绘制完成后，即刻在左边Chem3D模型窗口,中出现苯丙氨酸的3D模型。,ChemDraw窗口,ChemDraw工具栏,Chem,3D模型窗口,（2）直接打开ChemDraw文件,Chem3D也可以直接打开ChemDraw文件。【File】/【Open】，弹出【Open】对话框,在【文件类型】窗口中选择“ChemDraw（.cdx；,.chm）”类型,单击【打开】按钮打开文件。Chem3D自动将,ChemDraw文件转换为3D模型。,（3）3D模型转换为平面结构式,选中3D模型,执行【Edit】/【Copy As】/【ChemDraw,Structure】命令，复制此模型,则在左侧ChemDraw窗口中即可出现其平面结构式。,2.4 整理结构与简单优化,和ChemDraw一样，利用【键】工具建立的3D模型，键角及键长可能不正常，应首先对其进行整理操作，然后做简单优化处理，以便得到能量最低的构象。,整理结构与简单优化操作步骤主要有：,执行【Edit】/【Select All】，或按Ctrl+A，将模型全,部选中,执行【Caculations】/【MM2】/【Minimize】命令，弹出【Minimize Energy】对话框,单击【Run】按钮，开始对模型进行优化，每迭代一次模型都会发生改变，最终给出能量最低状态。,迭代计算过程中，Chem3D窗口最下方的状态栏中会显示出迭代过程中各种参数的优化,2.5 显示3D模型信息,将鼠标移至3D模型的原,子上，会弹出一个窗口显示该原子的相关信息；,将鼠标移动至,3D模型的化学键上，会弹出一个窗口显示该化学键的相关信息。,按住Shift键不动，用鼠标顺序选中连续的3个原子，然后将鼠标停留在任一个原子上，即可显示这3个原子形成的键角。,要显示更详细的信,息，可以执行,【Structure】/,【Measurements】/【Generate All BondLengths】命令，则模型的全部键长数据会出现在左侧新分裂出来的窗口中。,执行,【Structure】/,【Measurements】/【Generate AllBond Angles】命令，则模型的全部键长数据会出现在左侧新分裂出来的窗口中。,要显示全部元素的符号和序号，在菜单栏中,点击,（元素符,号）按钮及（元素序号）按钮即可。,2.6 改变元素序号与替换元素,以化学键工具建立起来的3D模型，元素编号可能不符合我们的要求，因此需要加以修改。另一方面，有时我们需要修饰模型，引入了一些杂原子，这就需要将模型中碳元素替换为其他元素。,（1）改变元素序号（以正丁烷模型为例）,使用单键按钮，绘出正丁烷模型,选中该模型，执行【Structure】/【Clean Up】命令,整理该模型,使用工具栏中的选取工具按钮，双击需要改变序号的,原子，弹出输入框,在输入框中输入原子序号，按回车键完成元素序号的,修改,（2）替换元素,双击正丁烷中模型中的C(1)原子，弹出输入框,在输入框中输入大些,字母“O”，即氧原子，按回车键,重复上述步骤修改,C(4)原子，最终得到乙二醇的3D模型。,在乙二醇的3D模型中，氧原子显示为与碳原子不同的颜色，并且有时氧原子上的孤对电子也显示了出来。若要关闭氢原子和孤对电子的显示，可单击右键在弹出的快捷菜单中选择【Show Hydrogen Atoms】/,【Hide】命令关闭氢原子的显示，选择【Show LonePaires】/【Hide】命令关闭孤对电子的显示。,孤对电子,氢原子氧原子,碳原子,2.7 原子和分子的大小,可以用Chem3D查找分子或晶体中原子的范德华半,径。,（1）查找C原子的范德华半径,执行【View】/【Parameter Tables】/【MM2 AtomTypes】，自动打开【MM2 Atom Types】窗口找到C元素，其中【VDW】栏即为原子的范德华半,径。,（2）观察分子的大小（以苯分子为例）,建立苯的3D模型,执行【Surfaces】/【Choose Surface】/【Connolly,Molecular】命令,在【Surfaces】/【Display Model】中可以选择分子的表面显示类型，默认值为【Solid】，还可以选择其他的显示类型,执行【Surfaces】/【Resolution】命令，将水平滑动块右移到头，其值为“100”。即可显示出苯分子的表面情况,（3）计算分子的体积（以苯分子为例）,建立苯的3D模型,执行【Calculations】/【Compute Properties】，弹,出对话框,选择【ChemPropStd】/【Connolly Solvent-,Excluded Volum】，,单击【OK】开始计算，计算结果最终显示在,【Output】中。,2.8 计算内旋转势能,CC单键在保持键角（10928）不变的情况下,是可以内旋转的，然而这种内旋转是受阻的，必须消耗一定能量以克服内旋转势垒。,以1，2-二氯乙烷为例计算其处于不同构象时势能的变,化：,1.使用单键工具建立乙烷球棍模型,2.使用选取工具按钮，双击C(1)上的H(4)原子，弹出的,输入框中输入“Cl”，按回车键,3.双击C(2)上的H(8)原子，弹出的输入框中输入“Cl”，按回车键，这样就变成了1,2-二氯乙烷，两个氯原子处于交叉位置。,4.执行【MM2】/【Minimize Energy】，优化能量至,最小值，最终得到1,2-二氯乙烷模型,5.执行【MM2】/【Computer Properties】命令，弹,出对话框,6.单击【Run】按钮开始计算，计算结果显示在,output窗口中，数据为“3.539 kcal/mol”,7.使用选取按钮单击C(1)选中之，单击【Rotate】按钮，在输入框中输入旋转角“10”，按回车键，C(1)顺时针旋转过10,重复57步骤，以10为增量计算势能直到360为,止，记录所有角度和势能数据。,2.9 Huckel分子轨道计算,使用双键工具建立乙烯3D模型,执行【Surfaces】/【Choose Surface】/【MolecularOrbital】命令，结果如下图右,乙烯的HOMO轨道,执行【Surfaces】/【Select Molecular Orbital】/,【LUMO(N=7)】命令，结果如图右,乙烯的LUMO轨道,2.10 MOPAC量子,力学计算,MOPAC是一个,半经验量子化学计算程序，该插件不是默认在Chem3D中，需要购买。,完,