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1、第二章 化学编辑排版和分子模 拟计算第二章 化学编辑排版和分子模 拟计算第二部分 ChemOffice 软件的使 用 目录2. 1 简 介2. 2 ChemDraw的使用2. 3 Chem3D的使用2. 4 ChemFinder的使用分子式和结构式是化学家的语言化学办公软件主要内容w 第一部分：化学结构绘制软件ChemWin w 1. ChemWin简介 w 2.键、环、箭头箭头工具 w 3.编辑工具、原子标记、轨道、组合工具、菜单命令等 w 第二部分：集成化学软件桌面系统ChemOffice w 1. Chem Draw w 2.Chem 3D w 3.ChemFinderw 第三部分：数学
2、公式及长篇文章排版 w 1.Mathtype w 2.长篇文章排版2.1 简介美国剑桥(CambridgeSoft)公司(http:/)其最新版本ChemOffice Ultra 2010是目前世界上最优秀、最重要和最权威的桌面化学办公应用软件，集强大的应用功能于一身，为化学工作者提供了优秀的化学辅助系统。 它既可以轻松的绘出分子结构图和化学反应方程式、实验室仪器装置和化学工艺流程图等，并应用到字处理软件中； 而且可以将化合物名称直接转为结构图，省却绘图的麻烦； 也可以对已知结构的化合物命名，给出正确的化合 物名称。包含三大模块w 1. ChemDraw模块化学结构绘图 是世界上最受欢迎的化学
3、结构绘图软件，是国际 上论文期刊指定的格式。 w 2. Chem3D模块分子构型与仿真分析 具有完整的界面及功能，提供工作站级的3D分子 轮廓图及分子轨道特性分析，并和数种量子化学 软件结合在一起。 w 3. ChemFinder模块化学信息搜寻整合系统 智能型的快速化学搜索引擎。可以建立化学数据 库、储存及搜索，也可以使用现成的化学数据库 。2.2 ChemDraw的使用w 2.2.1 概述w 2.2.2 化学结构绘图w 2.2.3 ChemNMR-核磁谱的计算w 2.2.4 ChemProp-分子物理化学性质计算和标准命名w 2.2.5 原子轨道和分子轨道图的制作w ChemDraw可在W
4、in9X/Win2000/WinXP下运行。双击，程序打开后，窗口主界面与一般Windows软件相似，依次为菜单栏、工具栏和文档区以及状态栏，工具栏提供 了很多常用的化学分子及化学键。 v 使用时只用鼠标点一下工具栏中所需工具，移动鼠标到 编辑区后，鼠标指针变为“+”，再在文档区的合适位置点击 鼠标，则分子结构式就会出现，使用十分方便 v 支持Windows剪贴板，所有结构式可以方便地剪贴到 Word文档中，而当要修改时，只需在Word文档中双击结 构式，即可打开ChemDraw进行修改。2.2.1 概述ChemDraw奉行的理念是 ：化学家能懂的， ChemDraw也应该能懂ChemDraw
5、是ChemOffice中使用最为频繁的组件结构工具栏主工具栏格式栏绘图区模板工具栏菜单栏状态栏主界面14套索 实键 双键 虚键 切割键 切割楔键 黑体键 黑体楔键 空心楔键 波浪键 表格 长链 环丙烷环 环戊烷环 环庚烷环 环己烷椅式 环戊二烯环蓬罩 橡皮 文本 笔 箭头 轨道 绘图元素 基元 化学符号 弧形 原子反应 模板 环丁烷环 环己烷环 环辛烷环 环己烷椅式 苯环模 板 箭头、轨道、绘图元素、括弧 、化学符号、询问工具模板 氨基酸模板 芳香族、双环、生物艺术模板 玻璃仪器模板 构象异构体模板 环戊二烯、环烷模板 DNA、RNA模板 官能团模板 己糖模板 苯环模板 多面体模板 立构中心模
6、板 超分子模板垂直工具栏上的【模板】按钮包含了常 用的和重要的模板如多种较复杂的分子 种类和玻璃仪器模板绘图实例 绘制阿司匹林结构式 利用模板按左图绘制出简式； 单击选取框按钮，选中画好的 阿司匹林结构式； 执行【Structure】/【Clean Up Structure】菜单命令，整理图形 到最佳状态。 图形存盘ChemDraw文件的扩展名为“cdx”，执行【File 】/【Save As】菜单命令，即可保存。 图形的旋转与缩放 检查结构错误和整理结构式 根据化合物名称得到结构式 根据结构得出化合物命名 预测核磁共振化学位移 分子结构估计性质 元素周期表 符号、字体和颜色 快捷菜单和快捷键
7、 绘制化学反应式 绘制实验装置执行【Structure】/Check Structure】功能自动执行执行【Structure】/【Convert Name to Structure】菜单命令 如aspirin、EDTA、morphine、2 -acetoxybenzoic acid等2.2.2 结构绘制功能w 1. 简单的无机反应式和有机分子式 ChemDraw中可以一次性输入反应式文本，在应用 “Formula” 进行优化，其Formula格式化的智能程度较其他软件有所增 强。 w 2. Fischer（费舍尔）投影式 w 3. Haworth（霍沃思）投影式 w 4. Newman（纽曼
8、）投影式 w 5. 立体化学1. Fischer（费舍尔）投影式文本 工具单键工具下图为葡萄糖分子的Fischer投影式 首先使用单键绘制工具建立主碳链接，重点是要确 保下一个单键紧接在上一个单键的下面（鼠标会提 示）。完成后仍然使用单键绘制工具建立其他CH 和COH键，也要保证每个键之间的链接点，最后 使用文本输入工具输入文字，View菜单的Analysis Window功能可以提供一些当前结构的简单信息这根直线其实是五个单键连起来的2. Haworth（霍沃思）投影式下图为-D-葡萄糖的Haworth投影式绘制这个图形使用单键、文本、楔键等工具和对象的旋转、缩放等操作 首先建立一个六元环（
9、环己烷），选中六元环并旋转90度（用鼠标或 Object菜单的Rotate命令），用文本输入工具把六元环中的一个碳原子变 为氧原子，然后使用单键工具栏建立其他化学键。关键在于第五个碳原子的向下方 向的键，为了避免与其他键交叉 需要按住Alt键再绘制。接着选中 整个图形，按住Shift键进行缩放 （不对称缩放），把高度缩小至 50%，用文本输入工具输入相应 的基团，再用楔键工具修改即可使用单键工具按 住Alt键绘制，适 当减少长度以免 与下面的键接触3. Newman（纽曼）投影式Newman投影式绘 制相对比较简单 。 关键在于化学键的叠放顺序（图层相互覆盖的问题），方 法是选中一部分对象，按
10、鼠标右键选择Send to Back和 Bring to Front以改变其层次关系。4. 立体化学下图中的四个结构 式是同一种物质 第二个图形是使用Object 菜单的ShowStereochemistry 命令建立的 第三个图形是第二个图 形水平反转的结构 第四个图形是第三个 图形垂直旋转180度的 结果 为了出现Rotate180 Vertical，这个菜单项 需要同时按住Alt键2.2.3 ChemNMR-核磁谱的计算w ChemDraw提供了核磁位移的估计计算，可以在 选定分子后在Estimate菜单选择1H NMR Shift或1C NMR Shift，相应给出分子各个H或C的位移
11、。列表给出详细资料：心血管药物心得安（ propranolol）执行【Structure】/【Predict 1H-NMR-Shift】菜单命令执行【Structure】/【Predict 13C-NMR-Shift】菜单命令分别执行【View】/【Show Analysis Window】和 【View】/【Show Chemical Properties Window】 菜单命令执行【View】/【Show Period Table Window】 菜单命令，并可以得到 该元素的物理性质执行【View】/【Other Toolbars】/【 Clipware，Part1或Part2】菜单命
12、令绘制实验装置图可以用磨口玻璃仪器接插件迅速搭 建化学反应装置2.2.4 ChemProp 分子物理化学性质计算和标准命名w ChemDraw绘制轨道的方法是使用轨道绘制工具箱，这 个工具箱能够绘制s轨道、轨道、单瓣轨道、p轨道、 杂化轨道、d轨道和dz2轨道。每种轨道都包括有三种填 充类型：背景色、阴影和纯色，具体的颜色则可以自己 设置。下图是一个例子：7.2.5 原子轨道图与分子轨道图的制作2. 3 Chem3D的使用vChem3D是与ChemDraw配合使用的软件，主要是为了打开三维结构， 再使用各种量子化学软件计算和预测该结构的各种性质。v它能很好地同ChemDraw一起协同工作，Ch
13、emDraw上画出的二维结构 式可以正确地自动转换为三维结构，Chem3D中-D-葡萄 糖的显示效果图垂直工具栏模型窗口旋转柄旋转柄旋转柄线状模型 棒状模型 球棍模型 圆柱键模型 比例模型建立3D模型的方法 利用键工具建立 利用文本工具建立 使用子结构建立 使用模板建立ChemDraw结构式与3D模型间的转换 ChemDraw结构式转换为3D模型选中结构式，复制到3D窗口中，自动转变成3D模型。 直接打开ChemDraw文件在3D窗口中执行【File】/【Open】菜单命令，在【文件类 型】窗口中选中“ChemDraw（*.cdx,*chm）”类型，单击“打 开”按钮打开文件。 3D模型转换为
14、平面结构式选中3D模型，执行【Edit】/【Copy As】/【chemDraw Structure】菜单命令，复制该模型粘贴到ChemDraw窗口中。 以乙烯为例，首先使用文本输入工具输入分子式CH 2CH 2， 则会自动生成3D的乙烯分子，然后使用Analyze菜单的 Extended Huckel Surfaces功能，再使用View菜单的Molecular Orbitals（显示各种分子轨道），出现对话框后可以选择显示 HOMO还是LUMO，根据参数的不同产生的轨道形状不同， 还可以选择不同的表面显示效果。整理结构与简单优化w 执行【Edit】/【Select All】菜单 命令，将模
15、型全部选中； w 执行【Tools】/【Clean Up Structure】菜单命令，整理结构 w 执行【MM2】/【Minimize】菜 单命令，弹出【Minimize Energy】对话框。 w 单击RUN按钮开始对模型进行 优化，最终给出能量最低状态 。显示3D模型信息w 将鼠标移动至3D模型的原子上，会弹出一个窗口显示该 原子的相关信息； w 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，包括键长、键级等。 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，可执行【A
16、nalyze】/【Show Measurements】/【Show Bond Lengths】菜单命令下图是选择LUMO（N=7）的显示效果2. 4 ChemFinder的使用2.4.1 概述ChemFinder是一个智能型的快速化学搜寻引擎，所提 供的ChemInfo是目前世界上最丰富的数据库之一，他可以 从本机或网上搜寻分子结构文件。 根据结构式检索 根据分子式检索 根据化学名称检索 根据相对分子量检索 使用化学反应数据库 查找免费网络资源2.4.2 根据结构式检索w ChemFinder自带多个数据库，其扩展名为 “sfw” 启动ChemFinder 打开对话框，其中包括3个选项卡，单击 【Existing】选项卡 单击选中“CS_DEMO
