第十一章化学结构的表示与可视化ppt课件.ppt

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1、第十一章 化学结构的表示与可视化,西安理工大学 刘广钧,Email: ,第十一章 化学结构的表示与可视化,化学结构即广义的分子结构与化学反应过程，包括：静态的分子与超分子结构、高分子与生物大分子结构、分子聚集态和晶体结构；化学反应过程与过渡态。对化学结构数值表示的研究随着化学信息计算机处理的需求而迅速发展起来。本章不包括化学反应信息表示和处理的相关内容。,第十一章 化学结构的表示与可视化,分子结构指分子的拓扑结构和几何结构。考虑化学拓扑结构信息主要是由于以下几方面的原因：对数百万种已知化合物结构信息用计算机进行标引、存储、检索和管理；关联化学结构与化合物性质,用作分子设计的结构参数；合成路线的

2、最优设计；药物设计领域用于生物大分子与药物分子在三维局域结构匹配检索；进行辅助结构自动解析。,第十一章 化学结构的表示与可视化,分子拓扑结构表示有：线性表达式、矩阵指数和图形表示。化学中常用的有机分子结构式是有机分子拓扑结构的图形表示。基因中核酸的排列（连接）顺序和蛋白质的一级结构也是拓扑结构。2000年世界重大科技事件之一的“人类基因组计划”就是测定一位白人青年男子的基因中核酸的排列顺序。,第十一章 化学结构的表示与可视化,化学信息、分子拓扑结构信息的图形表示（有机分子结构的二维与三维表示以及有机反应的计算机表示方法）是计算机图形学在化学信息领域的重要应用，是现代化学结构信息存储与检索和化学

3、反应分析与设计的基础。化学结构图形检索技术已经在ISI公司的Chemistry Server、英国剑桥的ChemFinder等一些著名的化学文献和结构数据库中得到应用。,第十一章 化学结构的表示与可视化,分子的几何结构通过X射线和中子衍射等实验方法得到。著名的剑桥晶体数据库CSD(Cambridge Structural Database)登录了近20万个分子（或晶体）的三维结构数据。分子的三维结构数据格式有许多，例如蛋白质数据库PDB所采用的数据格式应用于大多数分子三维结构可视化软件中，量子化学计算程序Gauss和MOPAC的数据格式也为一些分子图形软件所接受。,第十一章 化学结构的表示与可

4、视化,常见的有机分子结构式绘图软件有ChemWindow、ChemDraw(ChemOffice)、ISISDraw、WIMP95等等。具有显示分子和晶体三维结构功能的软件也有很多，一般都附在分子计算与模拟、晶体设计等软件中，例如Chem3D(ChemOffice)、Alchemy、WebLab viewer、HyperChem、CaRlne Crystallography、MacMolecule、Chem-X、RAS、SYBYL、Insight II(Biosym)、Cerius2等等。,第十一章 化学结构的表示与可视化,本章介绍Windows平台上的有机分子（拓扑）结构式绘图软件ChemW

5、indow和三维分子结构可视软件WebLab ViewerPro。,第十一章 化学结构的表示与可视化,第一节 分子拓扑结构的矩阵表示与矩阵指数第二节 分子拓扑结构的线性标记方法第三节 有机分子结构式绘图软件ChemWindow第四节 分子几何结构的表示第五节 三维分子结构显示软件WebLab ViewerPro,1 分子拓扑结构的矩阵表示与矩阵指数,所谓拓扑结构是指构成化学物质的原子以及原子间的连接关系，不是指键长和键角等细节。利用化学结构式所具有的拓扑性质，把二维结构图中的非氢原子当作结点(Node)，把相连的化学键当作拓扑图形的边(Edge)，可以构造出适合于计算机表征的拓扑方法。,分子拓

6、扑结构的矩阵表示与矩阵指数,分子的拓扑指标有三类，分别为基于图论的距离矩阵邻接矩阵多项式拓扑指标。,邻接矩阵(Adjacency Matrix)L,方矩阵L的维数等于分子中的原子个数N。例如表示己烷的邻接矩阵L为66。在分子中若原子i与j相邻接（i与j之间有化学键相连），则矩阵元lij和lji为1（双键为2，三键为3），否则为0。不同的原子标记会得到不同的邻接矩阵。下例是表示分子的一种标记顺序及其邻接矩阵。,邻接矩阵(Adjacency Matrix)L,例11-1：,邻接矩阵(Adjacency Matrix)L,原子i的邻接度，即成键数， ，上例中各原子的邻接度分别为 1, 3, 3, 1

7、, 1, 1，邻接矩阵指数c = 。上例中，c = (13)-1/2 + (33)-1/2 + (13)-1/2 + (13)-1/2 + (13)-1/2 = 2.6427。,距离矩阵(Distance Matrix)D,距离矩阵所表示的是原子间的距离关系，而非邻接关系。矩阵D的维数等于分子中的原子个数N。矩阵元dij等于连接原子i和j之间的最小化学键的个数，dij = dji。当原子i和j属于不同的分子时距离dij为无穷大。,距离矩阵(Distance Matrix)D,例11-1的分子的距离矩阵为,距离矩阵(Distance Matrix)D,原子i的距离和为 例11-1中 各原子的距离

8、和分别为距离分布gn是分子中距离为dn的次数，上例，,距离矩阵(Distance Matrix)D,平均距离矩阵指数 例11-1： D = (512 + 622 + 432)/(5 + 6 + 4)1/2 = 2.08。几平均距离和连通指数 ，式中的i和j是相邻（有一化学键相连）原子，对烷烃而言q是化学键数，m是环数，n为原子数，m = q - n + 1。,距离矩阵(Distance Matrix)D,在例11-1中，q =5，n = 6，m = 0， J = 5(117)-1/2 + (77)-1/2 + (117)-1/2 + (117)-1/2 + (117)-1/2 = 2.993。

9、,关联矩阵(Incident Matrix)B,关联矩阵B的行数等于分子中的原子数，列数为化学键的个数。当第i个原子与第j个化学键相接时，矩阵元bij = 1，否则bij = 0。例11-2：5个原子和6个化学键的分子，,环矩阵(Cycle Matrix)C,用矩阵的列表示边（化学键），矩阵的行表示环。当第j个化学键包含在第i个环时，则cij = 1，否则cij = 0。如例11-2中，,2 分子拓扑结构的线性标记方法,化学工作者习惯用语言描述化合物，如下图根据需要可以取名为：3-羧基对氨基苯磺酸(3-carboxysulfanilic acid)；,分子拓扑结构的线性标记方法,5-磺基邻氨基

10、苯甲酸(5-sulfoanthranilic acid)；2-氨基-5-磺基苯甲酸(2-amino-5-sulfobenzoic acid)；2-羧基-4-磺基苯胺(2-carboxy-4-sulfoaniline)；4-氨基-5-羧基苯磺酸(4-amino-5-carboxybenzenesulfonic acid) 等等。,分子拓扑结构的线性标记方法,这样一种化合物多种名称有时是很方便的，但是这样一种化合物多种名称（相当于同义词或非唯一表示、多项对应表示nonunique）的语言描述对标引化合物却很不方便，即在作标引时必须把化合物所能考虑到的名称全部列出来。,分子拓扑结构的线性标记方法,在

11、化学商品取名时还会出现另一种相反的多义表示即多元对应(ambiguous)情况，如下图叫香豆素(Coumarin)的化合物有两种结构。,分子拓扑结构的线性标记方法,结构式和化学名称适用于依靠视觉和听觉传递信息。适合计算机对化合物全结构和子结构检索、标引的化学拓扑结构表示方法应该具有一种化合物只有一种标记（唯一性uniqueness）和一种标记只对应一种结构（单义性unambiguity）的特点，以及具备可以重新构造该结构的逻辑联系。一个实用的线性标记方法，还要适合人工处理，不随化学结构增大而使处理的复杂性和工作量成指数增加。,分子拓扑结构的线性标记方法,所谓化学结构的线性标记(Linear N

12、otation Systems)，实际上就是按一定逻辑规则排列的一维字母、数字链。传统的系统命名法也是一种化合物拓扑结构的线性表示。,有机化合物的IUPAC标记法,IUPAC标记法与有机化合物的IUPAC体系命名规则相似，骨架结构优先于取代基，环系骨架优先于非环系骨架，杂环优先于碳环。X表示取代基(OOH)；EQa表示醛基氧；EQ表示酮基氧；Q表示单键氧(如：-OH，-O-)；,有机化合物的IUPAC标记法,Br、F、I等单原子用元素符号表示，Cl和O分别用Ch和Q表示；SH、NH2、SiH3省略H后用元素符号表示；O型基团，如IO、I2O、NO、NO2、PO、PO2、SO、SO2等用相应的化

13、学符号表示；其它取代基在X、EQa、EQ、Q后按顺序A, B, , 0, 1, 2, 标记。,有机化合物的IUPAC标记法,例11-3：,有机化合物的IUPAC标记法,非环系：将最长的碳链作为主链，按主链、侧链、不饱和键、取代基的顺序标记；侧链标记从大的开始，不饱和键按E（双键）、Y（三键）的顺序标记；从主链的一端到另一端给每个原子编号，标记侧链按顺序，并用（）括起来，括号中第一个数字为与主链相连的支链原子编号；,有机化合物的IUPAC标记法,当侧链与主链之间以不饱和键结合时，侧链符号之前写上不饱和符号；基团“ ”：按字母顺序标记成EX; Y或Y; EX，C算在碳链里；醚、仲胺、叔胺等化合物，

14、在碳骨架中插入了不同的杂原子，使用复合标记法。标记顺序是：主要骨架标记，冒号，冒号后第一个数字为杂原子在主链上的位置，杂原子标记，斜杠(/)，次要骨架标记。,有机化合物的IUPAC标记法,酯基用X表示，如果主要骨架在C一边，则X与后面的次要骨架间加一斜杠(/)；如果主要骨架在O一边，则用复合标记法：X与次要骨架前加斜杠(/)（见下例）。,有机化合物的IUPAC标记法,例11-4：,有机化合物的IUPAC标记法,.,有机化合物的IUPAC标记法,.,有机化合物的IUPAC标记法,环系：优先标记环状结构部分；饱和烃环在符号A的后面加环的原子数；环上原子的编号从小到大按取代基CQN；复合标记与非环系

15、相同；含有最大共轭双键数的环用B表示，B后面是环的原子数；,有机化合物的IUPAC标记法,B环经氢化所成环，用B以及表示氢化的符号H来表示；取代时，饱和碳原子数只增加1个时，用隐含氢符号h表示；环上饱和原子数多于剩余的双键数时，用饱和烃符号A和双键符号E标记；杂环在相应的碳环后面加Z，以及杂原子符号和位置；,有机化合物的IUPAC标记法,例11-5：,有机化合物的IUPAC标记法,.,有机化合物的IUPAC标记法,.,WLN(威斯韦塞尔)线性标记法,IUPAC标记法优先考虑骨架结构，WLN则把取代基作为重点。IUPAC只标记碳链的全长和支链的位置而不考虑碳链中的叔、季碳原子；WLN不使用位置编

16、号，它规定叔、季碳原子的符号和按顺序对每个原子符号化。WLN将骨架原子链分解为直链的集合；,WLN(威斯韦塞尔)线性标记法,数字表示未支化饱和碳链的长度，如“1”表示-CH3、-CH2-、-CH=等，“2”表示-C2H5、-C2H4-、-CH2-CH=等；按顺序表示每个直链，最长的分支为主链，各分支间用“&”符号连接；大多数元素的原子用其元素符号表示，如H、B、F、I、S、P，H一般隐含不写；E、G表示Br和Cl；,WLN(威斯韦塞尔)线性标记法,某些双元素符号如Si、Fe表示成-SI-和-Fe-；叔C：Y；季C：X； ：V；-OH：Q；伯N(-NH2)：Z；仲N(-NH-、=NH)：M；,W

17、LN(威斯韦塞尔)线性标记法,叔N：N；季N（与四个非氢原子相连， 如 ）：K；-NO2和-SO2-中的非线型二氧：W；X、Y、N、K为支化符号；从图形式作标记：从图形式中选支化符号最多、标记符号数最多的符号链作主链；,WLN(威斯韦塞尔)线性标记法,41个有意义字符的顺序为：空格、R、&、-、/、0、1、A、B、P、Q、S、T、Y、Z、*。最终位置原则：不对称分子的编码，按字符顺序，结构式两端的符号居后的优先；以-E、-F、-G、-H、-I、-J、-Q、-W、-Z结尾时不加“&”；,WLN(威斯韦塞尔)线性标记法,U和UU分别表示双键和三键，CO2、H2C=O、乙烯酮基、氰化物基、异氰酸酯基

18、等类似的不饱和键除外；分子中存在几个相同基团并可节约4个字符时，符号只写一次，空一格后加上重复次数;用斜杠相同基团重复的位置。,WLN(威斯韦塞尔)线性标记法,例11-6：,WLN(威斯韦塞尔)线性标记法,.,WLN(威斯韦塞尔)线性标记法,.,WLN(威斯韦塞尔)线性标记法,环系：苯环：R，取代基位置依次用R后面的A、B、C、表示（仅为A时省略）；标记不同取代基，符号之间加空格；苯环以外的碳环芳环：LJ，在L后用数字表示环的大小；饱和碳环及非芳环：LTJ，在L后用数字表示环的大小；,WLN(威斯韦塞尔)线性标记法,杂环芳环：TJ，在T后用数字表示环的大小；饱和及非芳杂环：TTJ，在第一个T后

19、用数字表示环的大小；,WLN(威斯韦塞尔)线性标记法,稠环化合物：稠合位（两环的结合点）记为A、B、C、1、2、3、，沿小环编起；如有杂环，则从含杂原子的环开始，给杂原子以最小编号；当三环共有的原子个数在两个以上时，写上其个数和位置。,WLN(威斯韦塞尔)线性标记法,例11-7：,WLN(威斯韦塞尔)线性标记法,.,WLN(威斯韦塞尔)线性标记法,.,WLN(威斯韦塞尔)线性标记法,.,美国化学文摘CA的化学结构信息表示,例11-8：下图是化学文摘社CAS中编录的环母体(ring parent)的一个例子。化学结构式及命名用的位置编号；CAS登录号；CA索引的化合物的识别符号与名称；分子式；化

20、合物的WLN线性标记；环的分析数据：环的数目、大小、原子组成；CA文摘号。,美国化学文摘CA的化学结构信息表示,.,美国化学文摘CA的化学结构信息表示,除IUPAC标记法和WLN线性标记法之外，线性标记的类型还有一些。例如，CA9CI命名、HAYWARD（海沃德）标记法（美国专利局，1961年）、SKOLNIK（斯科尔尼克）标记法（用于NMR谱存储与检索，1969年）、和GREMAS（格里马斯）法（用于磁带存储系统，1961年）等等。,3 有机分子结构式绘图软件ChemWindow,ChemWindow的3.0PC机版是SoftShell公司推出的专门用于绘制有机分子结构式的图形软件。它可以在

21、Windows95系统下运行，并带有一些重要有机分子立体结构的模块，应用简单方便，可以满足绘制常用结构式的需要。,ChemWindow的启动和退出,点击Windows95窗口左下角的“开始”图标，进入“程序”并选择其中的ChemWindow3图标，即可启动ChemWindow，并出现它的界面窗口。在选择菜单“File”中的“Exit”并回答是否需要保存图形文件后，退出ChemWindow。注意：在操作过程中，初学者必须看清楚将要被保存的文件名，不要更改“Untitled”文件名的内容，在询问保存文件名时选用“否”或其它文件名。,ChemWindow的启动和退出,如果你不是初学者或者对Windo

22、ws95和Microsoft SOffice系统比较熟悉的话，还可以用以下的方法启动ChemWindow。启动资源管理器并在其中找到安装有ChemWindow软件的目录，双击其中的应用程序Cw3.exe；或双击你以前已保存的ChemWindow分子结构文件（后缀为.cw2），也能启动ChemWindow。,ChemWindow的启动和退出,或者在Microsoft Office快捷工具栏中添加ChemWindow的链接：点击Windows95桌面上的Office快捷工具栏前的小按钮，选择“自定义”；点击上部的“按钮”后，在弹出的对话框中再点击右上部的“添加文件”按钮；改变路径并在安装有Chem

23、Window软件的目录下找到应用程序Cw3.exe；确定后退出。以后，点击Windows95桌面上Office快捷工具栏中的ChemWindow图标，就能启动该程序。,ChemWindow的启动和退出,或者在资源管理器并在其中找到安装有ChemWindow软件的目录，拖动其中的应用程序Cw3.exe到Windows95桌面上，并出现Cw3.exe的小图标（在Windows95桌面上建立它的一个链接）。以后只要双击该图标，即可启动ChemWindow程序。,ChemWindow窗口,图11-4 ChemWindow窗口图.,ChemWindow窗口,帮助窗口（Help Window）显示了当前击

24、活的图形按钮的主要使用方法。按该窗口上的关闭按钮可以关闭帮助窗口，主窗口就占据整个屏幕；在选择菜单“Help”中的“Show (Hide) Help Window”后，能显示（隐藏）帮助窗口。ChemWindow的主窗口由上部的标题栏和菜单栏、左边的工具按钮板、中间的绘图区、以及标尺、标签栏、提示帮助栏、和全景预缆等部分组成。,ChemWindow窗口,标题栏：显示正在编辑、绘制中的图形文件名。菜单栏：含有Windows95其它应用程序中类似的下拉菜单，它们是File、Edit、Arrange、Options、Font、Size、Style、Other、和Help等。,ChemWindow窗口

25、,工具按钮板（Palette Tools）：工具板中含有绘制有机分子结构图需要的主要图形元件和工具；在选择菜单“Options”中的“Window (Floating) Palette”后，可以把工具按钮板固定在窗口的左边（在窗口中拖动到任意的地方）。标尺（Ruler）：单位是英寸；在选择菜单“Options”中的“Show (Hide) Rulers”后，可以显示（隐藏）标尺。,ChemWindow窗口,绘图区：这是ChemWindow图形软件的主要工作区，作用相当于一个画板或绘图纸，大小一般如A4纸，每一步作图操作和图形的编辑过程都显示在上面。正常启动ChemWindow系统后，出现一个新

26、的、空白的画板。标签栏（Label Pane）：可以自己定义帮助记忆和识别的分子名称或分子式标签；用鼠标在该栏位置上单击后，直接输入。在选择菜单“Options”中的“Show (Hide) Label Pane”后，可以显示（隐藏）标签栏。,ChemWindow窗口,提示帮助栏（Help Pane）：帮助提示当前在选工具按钮的操作，熟悉者可以通过选择菜单“Help”中的“Show (Hide) Help Pane”来显示（隐藏）提示帮助栏。全景预缆（Reduced View）：提供实际打印效果图，类似于MicroSoft Word中的预缆（Print Preview）；在选择菜单“Optio

27、ns”中的“Show (Hide) Reduced View”后，可以显示（隐藏）全景预缆。,ChemWindow工具板,“ ”：选择，直接点按要选的图形，或在绘图区按住并拖动鼠标出现虚线矩形框，包含或与此矩形框相交的图形都被选定。“ ”：套索选择，在绘图区按住并拖动鼠标出现虚画线，在画出闭合线后，包含或与闭合线相交的图形都被选定。此功能在选定并修改原子或原子团的元素符号时要用到。,ChemWindow工具板,“ ”：在键端或环中插入元素或基团符号“ ”：输入文字。“ ”：画单键，但是在原位重复画可以画出双键或三键。 ：用于立体结构图。“ ”：用于定义环上的双键。,ChemWindow工具板,

28、：烷基链。 ：方向符号。,ChemWindow工具板,：系统提供了一些象金刚烷这样复杂分子的立体结构图元，它们被保存在模板文件“Templates.cw2”中。需要时可以从菜单“File”中选择“Load Templates”调用。前面的符号是未调入模板文件时的按钮，调入模板文件后按钮变为后面的符号。点击该符号，显示系统提供的全部复杂分子的立体结构图元，拖动鼠标选定相应的图元。用户可以根据自己的需要添加或修改图元模板，注意帮助窗口的提示。,ChemWindow工具板,系统提供的另一个杂环等图元模板。需要时可以从菜单“File”中选择“Load Album”调用，未调入模板文件时按钮为灰色。点击

29、该符号，显示系统提供的全部结构图元，拖动鼠标选定相应的图元。与上面一个按钮一样，用户可以根据自己的需要添加或修改图元模板，注意帮助窗口的提示。,ChemWindow工具板,电子、电子云、括号、多重键、闭合框图等。点击该符号，显示系统提供的全部结构图元，拖动鼠标选定相应的图元。 分别实现画实线圆和虚线圆的功能。在画好的圆上按住并拖动鼠标，圆改为圆弧箭头。,ChemWindow工具板,橡皮，删除图形。 “Flip Vertical”命令，将选定的图形单元上下翻转，但是对文字无效。 “Flip Horizontal”命令，将选定的图形单元左右翻转，但是对文字无效 . “Free Rotate”命令，

30、将选定的图形单元旋转任意角度，但是对文字无效。,ChemWindow工具板,“Group”命令，把选定的多个图形单元合并成一个图形单元。 “Join”命令，拼接两个几乎重迭的原子或键于一点。 “Align Objects”命令，将选定的数个图形单元及文字按要求排列。,ChemWindow菜单栏,File菜单：文件管理、打印、模板、输入、输出、内制图形元件模板（File Management, Printing, Templates, Export, Import, and Built-in Scrapbook (Album) ）。New（Ctrl+N）：清屏并准备一个新的画板。在刚启动Chem

31、Window系统后，自动出现一个空白画板。注意，ChemWindow不支持多窗口，不能在同一个ChemWindow系统中同时打开多个图形文件，不过可以一个平台上同时运行多个ChemWindow系统。因此，建立新的画板前必须关闭已经打开的或正在编辑的图形文件。,ChemWindow菜单栏,Open（Ctrl+O）：打开一个已经存在的ChemWindow图形文件，后缀为.cw2；在需要对该文件进行编辑或操作时使用Open命令。Save：完成分子结构图形的绘制或编辑后，原名（后缀为.cw2）保存ChemWindow图形文件。当使用Save命令保存一个新的图形文件时，系统会提醒用户选择保存文件的路径于

32、文件名。Save As：别名或在其他目录中保存已打开的或绘制编辑完成的ChemWindow图形文件，后缀为.cw2。,ChemWindow菜单栏,Revert To Saved：放弃文件打开后作的所有图形编辑，把当前图形文件恢复到上次保存的版本。Import：输入非ChemWindow格式的图形文件，如Mac系统中的ChemDraw（后缀为.chm）、Windows Metafile格式的图形文件（后缀为.wmf）、WordPerfect文字处理软件的图形格式（后缀为.wpg）、以及某些分子模型软件格式（后缀为.mol）。Export：与Import相仿，输出非ChemWindow格式的图形文

33、件。,ChemWindow菜单栏,Page Setup：用于选择打印机、纸张的大小、图形打印的方向和其它打印选项。Print：图形文件的打印命令。Load Album：调入预先准备好的图形模板文件（可以自己修改），后缀为.cw2。Load Templates：调入与Album相仿的另一个图形模板文件（可以自己修改），后缀为.cw2。Exit：退出ChemWindow系统。,ChemWindow菜单栏,Edit菜单：图形编辑操作（Undo, Redo, Copy, Paste, Select All, Join, and Show Clipboard）。Undo（Ctrl+Z）：取消上一次修改图

34、形的操作或命令。Redo：取消上一次Undo命令。Cut（Ctrl+X）：将选定的图形保留到剪贴板然后从画板中删除。Copy（Ctrl+C）：复制选定的图形到剪贴板。,ChemWindow菜单栏,Paste（Ctrl+V）：把剪贴板上的图形粘贴到当前画板中，但是该命令只能用于复制由ChemWindow产生的图形，不能把Bitmap（位图）格式的图形粘贴到当前画板中，例如它不能用于复制Windows95画板中的图形。Copy和Paste一对命令可以用于ChemWindow的图形复制，更快捷的方法是按住Ctrl键并拖动要复制的图形。Paste Structure：用于识别与粘贴其它化学图形软件的化

35、学与分子结构图形到当前画板中。,ChemWindow菜单栏,Clear（Del）：删除所选定的图形。Select All：选定当前画板中的所有图形元素。Join（Ctrl+J）：拼接两个几乎重迭的原子或键于一点。选定两个要拼接并的图形（键的端点几乎重迭），然后用Join命令可以正确拼接原子上的化学键。Show Clipboard：显示剪贴板上的内容。,ChemWindow菜单栏,Arrange菜单：图形安排（Bring to Front, Send to Back, Group, Ungroup, Rotate, Scale, Free Rotate, Flip Horizontal, Fli

36、p Vertical, Space Objects and Align Objects）。Bring To Front：把选定的图形单元放在其它重叠的图形单元的前面。Send To Back：把选定的图形单元放在其它重叠的图形单元的后面。,ChemWindow菜单栏,Group（Ctrl+G）：把选定的多个图形单元合并成一个图形单元。Ungroup（Ctrl+U）：解除和还原合并的图形单元为多个图形单元，这是Group命令的逆命令。Rotate（Ctrl+R）：将选定的图形单元旋转一个给定的角度，但是对文字无效。scale（Ctrl+5）：改变所选定图形对象或文字的大小。Free Rotate

37、：将选定的图形单元旋转任意角度，但是对文字无效。,ChemWindow菜单栏,Flip Horizontal：将选定的图形单元左右翻转，但是对文字无效。Flip Vertical：将选定的图形单元上下翻转，但是对文字无效。Space Objects（Ctrl+K）：将选定的数个图形单元及文字按给定的间距排成横列或竖列。Align Objects（F11）：将选定的数个图形单元及文字按要求排列。,ChemWindow菜单栏,Options菜单：选择（Label Pane, Rulers, Reduced View, Floating Palette, Color, Fill, Line Widt

38、h, and Styles）。Show (Hide) label Pane：显示（隐藏）标签栏。Show (Hide) Rulers：显示（隐藏）标尺。Floating (Window) Palette：浮动（固定）工具按钮板Show (Hide) Reduced View：显示（隐藏）微缩的全景预缆。,ChemWindow菜单栏,Color：改变选定图形单元或字体的颜色。Fill：对于用工具按钮板上画笔画的图形对象按给定比例填充。Line Width：改变图形对象的线宽。Create Style(Ctrl+T)：系统事前定义了工具按钮板的分子结构图形元中的键长、线宽等结构特征，用此命令用户可

39、以新增加一个自己定义的绘图风格特征。,ChemWindow菜单栏,Change Reports（Style Name）：修改当前使用的工具按钮板中图形元的绘图风格特征，系统Style Name的缺省值为Reports。如果当前使用的是用户自己定义的Style则Change后面的Style Name为用户定义名。Delete Reports（Style Name）：与上述Change Reports命令相仿，用此命令用户可以删除一个自己定义的绘图风格特征，但是系统禁止Reports。,ChemWindow菜单栏,Reports：系统定义的绘图风格特征，可以修改，但是不能删除。Presentati

40、ons：系统附加的一个绘图风格特征，用于幻灯制作、放映。在此模式下，图形按比例放大，可以修改与删除。Reduce 60% To JOC：系统附加的一个绘图风格特征，按Reports模式的60%缩小，用于制作向Journal of Chemistry投稿的图形文件。Small：系统附加的一个绘图风格特征，比上述命令模式更小。次模式的图形大小可以用于打印或剪贴到其它应用程序中，如贴到Word文件中。,ChemWindow菜单栏,Font菜单：字体（Apply these typefaces to selected text）。菜单中有Windows95中定义的各种字体，用于给定或修改图形文件中所用

41、的字体。Size菜单：字体大小（Apply these sizes to selected text）。菜单中有Windows95中定义的各种字体，用于给定或修改图形文件中所用字体的大小，单位为磅。,ChemWindow菜单栏,Style菜单：字体风格（Apply these styles to selected text）。给定或修改图形文件中所用字体的风格。Plain Text（F5）：无特殊的普通字型。Bold（F6, Ctrl+B）：粗体字。Italic（F7, Ctrl+I）：斜体字。Underline（F8）：在文字下增加下划线。Subscript（Ctrl+L）：下标字体。Sup

42、erscript（Ctrl+Y）：上标字体。,ChemWindow菜单栏,Formula（Ctrl+F）：分子式格式，自动将数字转为上下标。Other菜单：其它命令（Tools to make better drawings）。Calculate Mass：计算选定图形单元的分子式和分子量，如果选定了数个图形单元，则给出的是总分子式和分子量。,ChemWindow菜单栏,Check Syntax（F12）：检查结构图形是否符合化学规则。如果出现系统规则不能确定的情况，在不符合规则的结构图中会出现闪烁的光标，可以立即修改，也可以在弹出的对话框中选忽略（Ignore）或全部忽略（Ignore Al

43、l）或增加新规则（Learn）或退出检查（Exit）。Make Stick Structure：在有些结构简图中常常使用字母表示基团，如COOH，使用此命令可以把字母改成相应的结构图。要取消该命令，需立刻使用Edit菜单中的Undo命令。,ChemWindow菜单栏,Clean Up：把选定图形中的键长键角作适当的调整。Periodic Table：用工具按钮板中“套索”选定原子位置，再用本命令打开周期表选择元素符号或基团，即可把相应的元素符号或基团置于该原子位置上。,ChemWindow菜单栏,Help菜单：帮助功能（Several kinds of help）。Show（Hide） Hel

44、p Window：打开（关闭）帮助窗口。Show（Hide） Help Pane：打开（隐藏）主窗口上部的提示帮助栏。Help Topics：Windows95风格的主题帮助索引。About ChemWindow：显示有关版本和版权人的信息。,4 分子几何结构的表示,分子几何结构即分子的三维立体结构，通过详细地描述分子中每个原子的坐标来表达。生物大分子、高分子的立体结构还包括一级结构（残基或单体片段的连接方式）、二级结构（螺旋或折叠等）、三级甚至四级结构（堆积方式）。,表示分子结构的坐标系,表达分子三维结构的坐标体系有三类：直角坐标系：(x，y，z)；分子内坐标：(键长，键角，两面角)。键长：

45、原子I和J之间的键长rij = (rijrij)1/2 = (x2 + y2 + z2)1/2；键角：原子I，J和K间的键角qijk(rji与rjk夹角，见下图)，定义0 qijk p；,表示分子结构的坐标系,两面角：对四个不共面的原子I，J，K，和L（见下图），两面角tijkl是原子I，J，K（右手系）所在平面法向量与原子J，K，L所在平面法向量间的夹角；,表示分子结构的坐标系,例11-9：乙烷分子的各原子编号如图11-6，分子内坐标如下表：,表示分子结构的坐标系,.,表示分子结构的坐标系,晶体坐标：晶胞各边的长度(a，b，c)和夹角(a，b，g)，原子在晶胞中的位置(x，y，z)（非直角坐

46、标，以晶胞各边长为单位1）。,表示分子结构的坐标系,例11-10：MoS2（见图11-8）,蛋白质数据库的数据格式(*.PDB),常见的分子结构数据格式有好几种，其中最重要的是蛋白质数据库的PDB格式，为许多应用软件所采用。在PDB格式数据文件中除了有原子三维坐标（以ATOM为行首，单位）和晶胞的描述（以CRYST1为行首）以外，还有内部原子连接和参考文献等有关该分子的信息。,5 三维分子结构显示软件WebLab ViewerPro,美国MSI(Molecular Simulations, Inc.)公司的WebLab ViewerPro是一个智能化的分子结构可视平台（如图11-9）。它提供了

47、许多显示分子结构的方式，可以把分子图形插入MicroSoft Word文件，还可以通过电子邮件和Web浏览器与同行们在网络上分享和交流。,三维分子结构显示软件WebLab ViewerPro,.,软件的功能,WebLab ViewerPro提供的分子显示方式有Line：简单地把原子用线条连接，显示速度最快；Stick：仅用棍表示化学键；Ball and Stick：原子用球表示、键用棍表示； CPK：按原子的范德华体积大小显示分子外形的空间填充模型；Polyhedron：把分子中局部的四面体结构用三棱锥表示；,软件的功能,对生物大分子（蛋白质和DNA）可以显示氢键，还有增强效果的选择；对晶体材

48、料可以选择显示数个晶胞。分子模型可以平移、三维旋转和根据需要改变大小。提供键长、键角和两面角的数据测量。显示或不显示H原子。确定手性原子的R/S立体化学。,软件的功能,提供许多用于输入分子结构文件的数据格式。把ISIS Draw和ChemDraw产生的二维分子图形剪贴到WebLab ViewerPro中后，自动生成三维分子模型。从Insight II的CAR(*.car)和Cerius2的MSI(*.msi)等格式的文件中读入分子或材料晶体结构信息。,软件的功能,生成PDB(*.pdb)和MOL(*.mol)格式的数据文件用于其他应用软件；生成VRML(*.wrl)格式的文件用于虚拟浏览器；生

49、成JPEG、GIF、和BMP等格式的图形文件。WebLab ViewerPro提供智能的分子三维模型生成器，直接用画笔任意地画出分子模型。,分子结构数据文件输入，生成结构和图形文件,点击在WLViewerPro目录中的图标 ，即运行WebLab ViewerPro。它与Windows的其他应用软件一样，有统一的窗口界面。最上面是标题栏和菜单栏，显示部分的上面和左面有快捷按纽板。选择“File”菜单中“Open”命令或相应的快捷按纽，打开文件对话框，注意选择文件格式和文件的路径。在正确打开文件后，即完成分子结构数据的输入。在图11-9中，我们给出了阿斯匹林(Aspirin.msv)的分子结构。,

50、分子结构数据文件输入，生成结构和图形文件,WebLab ViewerPro提供的数据格式列出如下：MSV (WebLab ViewerPro二进制文件格式)；PDB (Brookhaven Protein Data Bank蛋白质数据库)；MOL (Molecular Design, Ltd. MDL分子设计公司)；CAR (MSI公司的软件Insight II的格式)；CSD (Cambridge Structural Database Crystallographic files剑桥结构数据库晶体数据格式)；MOL2 (Tripos公司)；MSF (MSI公司的软件Quanta的格式)；,