第4章3D構(gòu)型圖Chem3D

1、第四章第四章 三維構(gòu)型圖的創(chuàng)建三維構(gòu)型圖的創(chuàng)建- -Chem 3D 使用使用1. 分子構(gòu)型的三維描述方法分子構(gòu)型的三維描述方法 直角坐標(biāo)系方法直角坐標(biāo)系方法C 0.7 0.0 0.0C -0.7 0.0 0.0H 0.87 0.5 0.0H -0.87 0.5 0.0H -0.87 -0.5 0.0H 0.87 -0.5 0.0 內(nèi)坐標(biāo)內(nèi)坐標(biāo)(z-matrix)方法方法 內(nèi)坐標(biāo)與直角坐標(biāo)之間的區(qū)別在于，它側(cè)重于從原子之間內(nèi)坐標(biāo)與直角坐標(biāo)之間的區(qū)別在于，它側(cè)重于從原子之間 的鍵連角度來描述原子間的的鍵連角度來描述原子間的相對位置相對位置，具體參數(shù)包括：，具體參數(shù)包括： 鍵長：兩個原子間的距離鍵長

2、：兩個原子間的距離( 需用兩個原子描述需用兩個原子描述) 鍵角：確定二根鍵之間的夾角鍵角：確定二根鍵之間的夾角(需用三個原子描述需用三個原子描述) 二面角：確定四個原子所在的兩個平面之間的夾角二面角：確定四個原子所在的兩個平面之間的夾角 (需用四個原子描述需用四個原子描述)內(nèi)坐標(biāo)的輸入格式為：內(nèi)坐標(biāo)的輸入格式為： 原子原子1,原子原子2,鍵長鍵長,原子原子3,鍵角鍵角,原子原子4,二面角二面角1234鍵長鍵長鍵角鍵角二面角二面角CC123456CC 1 1.3H 1 1.0 2 120.0H 1 1.0 2 120.0 3 180.0H 2 1.0 1 120.0 3 0.0H 2 1.0 1

3、 120.0 3 180.0在同側(cè)共面在同側(cè)共面對同一構(gòu)型，內(nèi)坐標(biāo)的表示并不唯一對同一構(gòu)型，內(nèi)坐標(biāo)的表示并不唯一CC241356HC,1,1.0H,2,1.0,1,120.0C,2,1.3,1,120.0,3,180.0H,4,1.0,2,120.0,1,0.0H,4,1.0,2,120.0,1,180.02. 軟件簡介軟件簡介 Chem 3D 軟件是軟件是ChemOffice的主要模塊，用的主要模塊，用于分子的三維空間模型顯示與構(gòu)造，并可以結(jié)合于分子的三維空間模型顯示與構(gòu)造，并可以結(jié)合分子力學(xué)分子力學(xué)(MM)或量子力學(xué)或量子力學(xué)(QC)方法對分子構(gòu)型方法對分子構(gòu)型進行優(yōu)化和性質(zhì)計算，是一個具

4、有較強功能的結(jié)進行優(yōu)化和性質(zhì)計算，是一個具有較強功能的結(jié)構(gòu)化學(xué)計算軟件，主要功能如下：構(gòu)化學(xué)計算軟件，主要功能如下：分子三維結(jié)構(gòu)的繪制：包括原子、化學(xué)鍵等基分子三維結(jié)構(gòu)的繪制：包括原子、化學(xué)鍵等基本繪制功能；本繪制功能；構(gòu)型的測量：能便捷地顯示體系的鍵長、鍵構(gòu)型的測量：能便捷地顯示體系的鍵長、鍵角、二面角等信息；角、二面角等信息；多種分子構(gòu)型的多種分子構(gòu)型的3D顯示方式：包括線、棒、球顯示方式：包括線、棒、球棒、球堆積等；并可制作構(gòu)型變化的棒、球堆積等；并可制作構(gòu)型變化的3D動畫；動畫；3D動畫：動畫：冰在不同溫度下構(gòu)型變化的冰在不同溫度下構(gòu)型變化的MM2分子動力學(xué)模擬分子動力學(xué)模擬300K5

5、00K具有較強的計算功能：利用程序具有較強的計算功能：利用程序內(nèi)嵌的基于分子力學(xué)的內(nèi)嵌的基于分子力學(xué)的MM2方法，方法，可對分子構(gòu)型進行動力學(xué)模擬。同可對分子構(gòu)型進行動力學(xué)模擬。同時，利用內(nèi)嵌的時，利用內(nèi)嵌的GAMESS量子化學(xué)量子化學(xué)軟件包，可對分子構(gòu)型進行優(yōu)化，軟件包，可對分子構(gòu)型進行優(yōu)化，以及計算以及計算IR、Raman以及以及NMR等等性質(zhì)。其方法覆蓋了經(jīng)驗方法、半性質(zhì)。其方法覆蓋了經(jīng)驗方法、半經(jīng)驗方法以及不同水平的精確從頭經(jīng)驗方法以及不同水平的精確從頭算方法。算方法。3. 軟件主要使用方法軟件主要使用方法(1) 軟件界面軟件界面模型窗模型窗信息窗信息窗菜單條菜單條工具條工具條狀態(tài)欄狀

6、態(tài)欄其它顯示其它顯示窗窗(隱藏隱藏)菜單欄說明菜單欄說明 文件菜單：用于文件打開、保存和打印等文件菜單：用于文件打開、保存和打印等控制軟件默認選項，包控制軟件默認選項，包括模型的顯示方式、模括模型的顯示方式、模型構(gòu)造、字體大小和顏型構(gòu)造、字體大小和顏色等色等所支持的文件類型：所支持的文件類型：默認文件默認文件(c3xml)晶體結(jié)構(gòu)文件晶體結(jié)構(gòu)文件(cif)Chemdraw文件文件(cdx)ISIS/draw文件文件(skc)Gaussian, Gamess量化量化軟件輸入文件軟件輸入文件Mol文件由文件由Weblab viewer產(chǎn)生產(chǎn)生構(gòu)型默認構(gòu)型默認顯示方式顯示方式H原子、原子、H氫氫鍵以

7、及孤對電鍵以及孤對電子顯示控制子顯示控制是否顯示元素是否顯示元素符號和編號符號和編號背景色設(shè)置背景色設(shè)置3D動畫動畫控制控制原子球的大小原子球的大小原子擴展原子擴展空間大小空間大小化學(xué)鍵的粗細化學(xué)鍵的粗細顏色和字體設(shè)置顏色和字體設(shè)置原子顏原子顏色方案色方案缺省顏缺省顏色設(shè)置色設(shè)置字體類型、字體類型、大小和顏色大小和顏色編輯菜單：用于構(gòu)型的復(fù)制和粘貼，以及選擇控制等編輯菜單：用于構(gòu)型的復(fù)制和粘貼，以及選擇控制等刪除所選部分構(gòu)型刪除所選部分構(gòu)型選擇分子碎片選擇分子碎片反向選擇反向選擇顯示菜單：控制顯示方式、定位以及坐標(biāo)、構(gòu)型參顯示菜單：控制顯示方式、定位以及坐標(biāo)、構(gòu)型參數(shù)表顯示設(shè)置等數(shù)表顯示設(shè)置等

8、顯示模式顯示模式顯示方向以及定位顯示方向以及定位工具條顯示控制工具條顯示控制構(gòu)型瀏覽窗構(gòu)型瀏覽窗Chemdraw面板面板原子原子(內(nèi)內(nèi))坐標(biāo)列表坐標(biāo)列表構(gòu)型參數(shù)列表構(gòu)型參數(shù)列表信息窗控制信息窗控制二面角變化圖二面角變化圖各種譜圖顯示各種譜圖顯示繞軸旋轉(zhuǎn)等動繞軸旋轉(zhuǎn)等動畫演示畫演示構(gòu)型的顯示方式設(shè)置構(gòu)型的顯示方式設(shè)置(可按空格鍵切換可按空格鍵切換)：Wire frameStickBall & Stick (常用常用)Cylindrical bondsSpace fillingModel display其它選項：其它選項：H原子、原子、H氫鍵以及氫鍵以及孤對電子顯示控制孤對電子顯示控制顯示元顯示元

9、素符號素符號和編號和編號顯示遠近和深淺控制顯示遠近和深淺控制顯示顯示x，y，z軸取向軸取向背景以及顏色控制背景以及顏色控制View position子選項：子選項：選擇顯示中心選擇顯示中心改變圖像大小改變圖像大小定義顯示的方定義顯示的方向向(兩個原子兩個原子)或或平面平面(三個原子三個原子)工具條顯示控制選項：工具條顯示控制選項：計算正計算正在進行在進行終止計算終止計算結(jié)構(gòu)菜單：分子結(jié)構(gòu)參數(shù)的測量以及對構(gòu)型的定位結(jié)構(gòu)菜單：分子結(jié)構(gòu)參數(shù)的測量以及對構(gòu)型的定位和反演等對稱操作。和反演等對稱操作。結(jié)構(gòu)參數(shù)包括鍵長、鍵角結(jié)構(gòu)參數(shù)包括鍵長、鍵角以及二面角等以及二面角等構(gòu)型調(diào)整構(gòu)型調(diào)整可直接標(biāo)出結(jié)構(gòu)參數(shù)可

10、直接標(biāo)出結(jié)構(gòu)參數(shù)計算菜單：對所繪制構(gòu)型進行分子動力學(xué)、構(gòu)型計算菜單：對所繪制構(gòu)型進行分子動力學(xué)、構(gòu)型優(yōu)化以及性質(zhì)計算等優(yōu)化以及性質(zhì)計算等計算結(jié)果輸出控制計算結(jié)果輸出控制終止計算終止計算擴展擴展Huckel計算計算(半經(jīng)驗半經(jīng)驗)MM2分子力學(xué)計算分子力學(xué)計算調(diào)用調(diào)用Gamess量化程序包量化程序包Jaguar和和Mopac非內(nèi)非內(nèi)嵌，需用戶購買嵌，需用戶購買MM2分子力學(xué)功能：分子力學(xué)功能：能量最小化能量最小化(構(gòu)型優(yōu)化構(gòu)型優(yōu)化)分子動力學(xué)模擬分子動力學(xué)模擬性質(zhì)計算性質(zhì)計算顯示計算所使用的參數(shù)顯示計算所使用的參數(shù)Gamess計算功能：計算功能：能量最小化能量最小化(構(gòu)型優(yōu)化構(gòu)型優(yōu)化)優(yōu)化過渡態(tài)

11、構(gòu)型優(yōu)化過渡態(tài)構(gòu)型性質(zhì)計算性質(zhì)計算IR/Raman/NMR光譜計算光譜計算輸入和輸出文件控制輸入和輸出文件控制表面繪制菜單：用于繪制分子軌道、靜電勢以及表面繪制菜單：用于繪制分子軌道、靜電勢以及電荷密度圖像等電荷密度圖像等選擇所要繪制的圖像選擇所要繪制的圖像圖像顯示方式圖像顯示方式圖像顏色設(shè)置圖像顏色設(shè)置圖像分辨率設(shè)置圖像分辨率設(shè)置選擇所要繪制選擇所要繪制的分子軌道的分子軌道圖像取值范圍圖像取值范圍圖像正負顏色設(shè)置圖像正負顏色設(shè)置Choose surface子選項：子選項：溶劑接觸區(qū)域溶劑接觸區(qū)域Connolly表面表面 (蛋白質(zhì)蛋白質(zhì))總電荷密度總電荷密度總自旋密度總自旋密度分子靜電勢分子靜

12、電勢分子軌道分子軌道除去所繪制表面除去所繪制表面苯分子總電荷密度圖苯分子總電荷密度圖苯分子苯分子HOMO軌道圖軌道圖Display model子選項：子選項：半透明圖半透明圖實心圖實心圖網(wǎng)格圖網(wǎng)格圖動畫控制菜單：用于動畫播放控制以及繞某個軸動畫控制菜單：用于動畫播放控制以及繞某個軸進行旋轉(zhuǎn)等進行旋轉(zhuǎn)等動畫播放控制動畫播放控制分子繞軸分子繞軸/鍵旋轉(zhuǎn)鍵旋轉(zhuǎn)(2) 構(gòu)型基本操作方法構(gòu)型基本操作方法選擇操作選擇操作放大、縮小操作放大、縮小操作旋轉(zhuǎn)操作旋轉(zhuǎn)操作平移操作平移操作對象屬性對象屬性(原子原子/鍵鍵/標(biāo)識標(biāo)識)編輯操作編輯操作與其它軟件的接口與其它軟件的接口(構(gòu)型的導(dǎo)入與導(dǎo)出構(gòu)型的導(dǎo)入與導(dǎo)出)

13、需要激活建模需要激活建模(building)工具條后進行工具條后進行Building工具條說明：工具條說明：選擇按鈕選擇按鈕整體平移整體平移旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)放大放大/縮小縮小移動原子或移動原子或分子局部分子局部定義鍵類型定義鍵類型由輸入的文由輸入的文本創(chuàng)建構(gòu)型本創(chuàng)建構(gòu)型刪除按鈕刪除按鈕從從View菜單中的菜單中的Toolbars選項激活選項激活Building工具條工具條選擇操作：利用工具條上的選擇按鈕選擇操作：利用工具條上的選擇按鈕通過點擊左鍵操作可選擇單個原子通過點擊左鍵操作可選擇單個原子/化學(xué)鍵，也化學(xué)鍵，也可按住左鍵，選擇分子的部分或整體。此外，可可按住左鍵，選擇分子的部分或整體。此外，可結(jié)合

14、結(jié)合Shift鍵，選擇多個原子或化學(xué)鍵。選擇后鍵，選擇多個原子或化學(xué)鍵。選擇后的對象用黃色標(biāo)記。的對象用黃色標(biāo)記。注：選擇好對象之后，可用注：選擇好對象之后，可用delete鍵刪除原子或鍵刪除原子或化學(xué)鍵化學(xué)鍵.選擇單個原子選擇單個原子/化學(xué)鍵化學(xué)鍵選擇分子的局部選擇分子的局部用用Shift鍵選擇多根化學(xué)鍵鍵選擇多根化學(xué)鍵選擇整個分子選擇整個分子選擇后的對象用黃色標(biāo)記選擇后的對象用黃色標(biāo)記放大、縮小操作放大、縮小操作或用鼠標(biāo)中間滾輪進行操作或用鼠標(biāo)中間滾輪進行操作旋轉(zhuǎn)操作旋轉(zhuǎn)操作當(dāng)鼠標(biāo)箭頭在模型窗之外時，中間滾輪也可當(dāng)鼠標(biāo)箭頭在模型窗之外時，中間滾輪也可進行旋轉(zhuǎn)操作進行旋轉(zhuǎn)操作(固定某一軸向固

15、定某一軸向)其它特殊旋轉(zhuǎn)操作其它特殊旋轉(zhuǎn)操作拖動指針調(diào)拖動指針調(diào)整旋轉(zhuǎn)角度整旋轉(zhuǎn)角度手動輸入旋手動輸入旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)角度旋轉(zhuǎn)時相應(yīng)旋轉(zhuǎn)時相應(yīng)調(diào)整坐標(biāo)調(diào)整坐標(biāo)繞繞x,y,z軸旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)繞某根鍵旋轉(zhuǎn)繞某根鍵旋轉(zhuǎn)通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整某個二面角某個二面角繞某根鍵旋轉(zhuǎn)：繞某根鍵旋轉(zhuǎn)：先選擇一根鍵先選擇一根鍵通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整某個二面角：通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整某個二面角：先選擇三根鍵先選擇三根鍵旋轉(zhuǎn)過程中原子間的相對位旋轉(zhuǎn)過程中原子間的相對位置發(fā)生改變置發(fā)生改變平移操作平移操作整體平移：整體平移：局部平移：局部平移：對象屬性編輯操作對象屬性編輯操作 選擇對象后，點擊鼠標(biāo)右鍵來修改對象屬性選擇對象后，點擊鼠標(biāo)右鍵來修改對象

16、屬性原原子子屬屬性性將該原子所用將該原子所用輸入文本取代輸入文本取代選擇一定距離或其選擇一定距離或其它特定要求的原子它特定要求的原子顯示或隱藏顯示或隱藏顏色設(shè)定顏色設(shè)定顯示方式設(shè)定顯示方式設(shè)定顯示元素符號顯示元素符號/編號編號原子范圍原子范圍當(dāng)修改元素類型時，程序會調(diào)整相應(yīng)的鍵長并自當(dāng)修改元素類型時，程序會調(diào)整相應(yīng)的鍵長并自動加氫原子動加氫原子利用利用View菜單下的菜單下的Cartesian Table來獲取原子坐標(biāo)：來獲取原子坐標(biāo)：窗口自動隱藏按鈕窗口自動隱藏按鈕化化學(xué)學(xué)鍵鍵屬屬性性與原子與原子屬性內(nèi)屬性內(nèi)容類似容類似標(biāo)出鍵長標(biāo)出鍵長修改鍵類型修改鍵類型當(dāng)修改鍵的類型，程序會自動調(diào)整當(dāng)修改

17、鍵的類型，程序會自動調(diào)整H原子的數(shù)目原子的數(shù)目可利用鍵長列表來修改鍵長：可利用鍵長列表來修改鍵長：與其它軟件的接口與其它軟件的接口(構(gòu)型的導(dǎo)入與導(dǎo)出構(gòu)型的導(dǎo)入與導(dǎo)出)直接讀取直接讀取ISIS/draw所保存的所保存的skc文檔；文檔；直接讀取直接讀取Chemdraw所保存的所保存的cdx文檔；文檔；對于對于Weblab View所繪制的構(gòu)型，存為所繪制的構(gòu)型，存為mol格式后，可用格式后，可用Chem3D導(dǎo)入。導(dǎo)入。(3) 分子構(gòu)型的創(chuàng)建分子構(gòu)型的創(chuàng)建有三種方法：有三種方法：(a)利用利用Building工具中的單、雙、叁鍵按鈕來工具中的單、雙、叁鍵按鈕來創(chuàng)建分子構(gòu)型創(chuàng)建分子構(gòu)型按下單鍵工具按

18、鈕，按住鼠標(biāo)拖動，繪制完按下單鍵工具按鈕，按住鼠標(biāo)拖動，繪制完一根一根C-C鍵后，釋放鼠標(biāo)按鈕，然后再以其鍵后，釋放鼠標(biāo)按鈕，然后再以其中一個中一個C原子為起點，繼續(xù)繪制其它鍵。最后原子為起點，繼續(xù)繪制其它鍵。最后根據(jù)需要修改原子或基團類型。根據(jù)需要修改原子或基團類型。(b)利用利用Building工具中的文本工具按鈕來創(chuàng)建工具中的文本工具按鈕來創(chuàng)建分子構(gòu)型分子構(gòu)型在文本區(qū)域內(nèi)鍵入原子符號及數(shù)量在文本區(qū)域內(nèi)鍵入原子符號及數(shù)量(化學(xué)式化學(xué)式)即可即可創(chuàng)建創(chuàng)建4-甲基甲基-2-戊醇的構(gòu)型，戊醇的構(gòu)型，CH3CH(CH3)CH2CH(OH)CH3，按下回車鍵即可，按下回車鍵即可利用類似方法還可以在原結(jié)構(gòu)上加入或修改取利用類似方法還可以在原結(jié)構(gòu)上加入或修改取代基，通過文本工具點擊任一需要添加取代基代基，通過文本工具點擊任一需要添加取代基位置的原子，在文本區(qū)域?qū)懮闲碌幕鶊F位置的原子，在文本區(qū)域?qū)懮闲碌幕鶊F(縮寫或縮寫或分子式均可分子式均可)C6H5或或Ph舉例構(gòu)建以下分子構(gòu)型H2SO4 C6H5OHC10H8 C2H5NO2 CO32-(c)利用利用View菜單下的菜單下的Chemdraw面板來創(chuàng)建分面板來創(chuàng)建分子構(gòu)型子構(gòu)型(用于復(fù)雜分子的構(gòu)造用于