《天然產(chǎn)物化學(xué)》教學(xué)中化學(xué)軟件的應(yīng)用探索與實(shí)踐

1、?天然產(chǎn)物化學(xué)?教學(xué)中化學(xué)軟件的應(yīng)用探究與理論?天然產(chǎn)物化學(xué)?教學(xué)中化學(xué)軟件的應(yīng)用探究與理論摘要：本文在比照分析最新主流化學(xué)軟件繪圖效果的根底上，針對天然產(chǎn)物化學(xué)教學(xué)多媒體課件制作過程中的不同目的，給出最正確解決方案，為進(jìn)一步進(jìn)步天然產(chǎn)物化學(xué)教學(xué)效果提供參考。關(guān)鍵詞：天然產(chǎn)物化學(xué)；理論課教學(xué)；教學(xué)探究中圖分類號：G642.0文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1674-9324202201-0041-03?天然產(chǎn)物化學(xué)?是根底有機(jī)化學(xué)的延伸，?天然產(chǎn)物化學(xué)?的開展促進(jìn)了化學(xué)理論、化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法、化學(xué)成分別離鑒定技術(shù)以及與之相關(guān)的生命、醫(yī)藥、農(nóng)藥、功能材料學(xué)科的進(jìn)展。?天然產(chǎn)物化學(xué)?是有機(jī)化學(xué)的核心課程之一，

2、也是藥物化學(xué)、農(nóng)藥化學(xué)、中藥學(xué)、食品科學(xué)、林產(chǎn)化學(xué)工程、材料化學(xué)等學(xué)科的基矗學(xué)習(xí)本課程有助于學(xué)生理解自然界中動物、植物、海洋生物、微生物的化學(xué)奧秘，有助于發(fā)現(xiàn)、改造和利用天然產(chǎn)物。對于?天然產(chǎn)物化學(xué)?課程來說，所教授的內(nèi)容涉及復(fù)雜的有機(jī)化合物構(gòu)造、三維立體模型以及圖譜的解析。而目前天然產(chǎn)物化學(xué)教材中對于復(fù)雜天然化合物的構(gòu)造以及構(gòu)造解析僅僅是一般羅列和簡單描繪，所以學(xué)生在學(xué)習(xí)中容易感到天然產(chǎn)物化學(xué)內(nèi)容復(fù)雜枯燥、理解、記憶困難。如何將這些內(nèi)容明晰、美觀、生動地展現(xiàn)給學(xué)生，激發(fā)學(xué)生對?天然產(chǎn)物化學(xué)?的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生掌握重點(diǎn)內(nèi)容，進(jìn)步教學(xué)效果，授課教師的教學(xué)方法和內(nèi)容尤為重要。在高等院校的課程教學(xué)

3、中，多媒體課件主要以perpint幻燈片為載體正在徹底改變傳統(tǒng)的板書加教案的形式。目前各種化學(xué)軟件琳瑯滿目，功能與繪圖效果各異。如何將多媒體課件與化學(xué)軟件有機(jī)結(jié)合，制作出精巧直觀的多媒體課件，將可改變本課程傳統(tǒng)的教學(xué)方法。近幾年，筆者在?天然產(chǎn)物化學(xué)?教學(xué)中對化學(xué)軟件的應(yīng)用進(jìn)展了探究，積累了一定的經(jīng)歷，針對各種化學(xué)軟件制作目的，比較不同的軟件功能，提供最正確解決方案，旨在為進(jìn)步?天然產(chǎn)物化學(xué)?課程教學(xué)效果提供參考。一、繪制二維構(gòu)造式目前常用的構(gòu)造式繪圖軟件有heBiDraheDra、heSketh、heind和ISISDra，這四種軟件在功能細(xì)節(jié)上存在較大差異表1見下頁，ZhenjiangLi

4、等將軟件的繪圖功能和用戶體驗(yàn)進(jìn)展了詳細(xì)的比照分析。這四種繪圖軟件均能以嵌入式對象將繪制的構(gòu)造插入到幻燈片中，內(nèi)置了針對不同化學(xué)的構(gòu)造式款式，內(nèi)置了各種不同的繪圖模板以及化學(xué)鍵、線條類型。這些內(nèi)置的模塊大大方便了繪制化學(xué)構(gòu)造式、化學(xué)流程圖、化學(xué)裝置圖等特殊的圖形。其中heDra和heSketh內(nèi)置模板以及提供的化學(xué)鍵類型較為豐富圖1見下頁，同時支持名稱和構(gòu)造式之間的互相轉(zhuǎn)換，并可以預(yù)測常見的理化常數(shù)而備受化學(xué)工作者的青睞。尤其是heDra自10.0版以來將公司旗下的BiDra模塊整合進(jìn)來，形成heBiDra，可以繪制更為復(fù)雜、多彩甚至是有趣的圖形。另外heDra所繪制的圖形具有矢量圖的特征，無論

5、怎樣放大不會出現(xiàn)鋸齒樣邊緣，效果比較理想，而且內(nèi)置的圖形模板和色彩豐富，最適宜不同風(fēng)格幻燈片制作的需要。二、三維分子模型的呈現(xiàn)計算化學(xué)的相關(guān)軟件往往都帶有構(gòu)建和顯示分子三維構(gòu)造的模塊。隨著計算化學(xué)的不斷開展，相關(guān)的軟件工具的功能和分子模型的顯示細(xì)節(jié)也越來越完善，甚至出現(xiàn)了專門用于構(gòu)建和顯示三維分子模型的圖形前端，例如heBi3Dhe3D1和GaussVie等。其中he3D最易于使用，具備以下幾種實(shí)用功能：1直接將平面構(gòu)造式轉(zhuǎn)換為三維模型；2具有線狀、棍狀、球棍、圓柱狀以及空間填充四種顯示形式；3可以使用2或FF94等分子力場對模型進(jìn)展初步的構(gòu)象優(yōu)化以獲得更加合理的三維模型；4可以輸出三維分子文

6、件的格式多達(dá)33種包括常見的l、pdb、xyz等格式，也可以存儲為多種高分辨率的位圖或者矢量圖形格式PNG、JPG、GIF、EPS，以方便在幻燈片中明晰再現(xiàn)三維模型；5可以生成AVI動畫，以形象地顯示旋轉(zhuǎn)或變動的3D分子模型。然而he3D對perpint的原生支持太差。假設(shè)在perpint中直接以嵌入式對象插入he3D的分子模型，所呈現(xiàn)的圖形只有屏幕分辨率72dpi的精細(xì)程度，ppt放映時，鋸齒狀邊緣非常明顯，效果太差圖2a。為在教學(xué)課件上到達(dá)理想的顯示效果，筆者建議將3D分子文件在he3D中顯示以后，以內(nèi)置的2分子力場優(yōu)化后，在另存為對話框中選擇PNG文件格式，勾選透明化背景、600DPI，

7、再將輸出的PNG圖片放入幻燈片中呈現(xiàn)圖2b和。a.he3D的分子模型直接導(dǎo)入ppt中的效果，鋸齒狀邊緣；b.以位圖進(jìn)步分辨率后導(dǎo)出的分子模型；.改善模型效果的推薦選項多年來的教學(xué)理論說明，通過動畫可以更加直觀地演示復(fù)雜天然產(chǎn)物的三維構(gòu)造，有利于學(xué)生從不同側(cè)面領(lǐng)會分子的空間形象，把握分子的三維構(gòu)造同核磁共振NE效應(yīng)間的關(guān)系。he3D支持輸出AVI格式的視頻，只需將he3D文件另存為AVI文件即可。同時he3D提供了幾個與動畫效果相關(guān)的選項：運(yùn)動軌跡的平滑程度Sthness、動畫時長Length、動畫速度Speed以及旋轉(zhuǎn)軸x、y或z軸。但是生成的視頻文件往往較大動輒近200，導(dǎo)致在ppt播放不流

8、暢。為了在顯示效果和文件大小之間尋找一個平衡點(diǎn)，本文建議在另存為時，按照圖3所示的值進(jìn)展設(shè)置，同時在視頻壓縮對話框中圖4選擇全幀顯示效果最好或者選擇IntelIYUV編碼解碼器可壓縮50%的文件體積。三、圖譜的模擬與顯示構(gòu)造鑒定是?天然產(chǎn)物化學(xué)?科研領(lǐng)域的必備根底技能，也是?天然產(chǎn)物化學(xué)?教學(xué)內(nèi)容中非常重要的知識模塊。在教學(xué)中將天然產(chǎn)物的波譜通過多媒體課件展現(xiàn)給學(xué)生，便于教師的講解，有利于提升學(xué)生的相關(guān)技能。真實(shí)的實(shí)驗(yàn)譜圖數(shù)據(jù)可以通過SDBS或NRshiftDB2數(shù)據(jù)庫免費(fèi)獲得，但由于這兩個數(shù)據(jù)庫所搜集的化合物數(shù)目非常有限，難以涵蓋大多數(shù)天然產(chǎn)物構(gòu)造類型，而且給出的圖譜也都是黑白位圖格式，色彩

9、單調(diào)，并且不能進(jìn)展局部放大，難以滿足課件制作的需要。此外，實(shí)際教學(xué)過程中經(jīng)常需要將構(gòu)造相近的化合物的譜圖尤其是NR譜圖進(jìn)展比照，以甄別關(guān)鍵數(shù)據(jù)，進(jìn)步學(xué)生的根據(jù)波譜鑒定天然產(chǎn)物構(gòu)造的才能。模擬圖譜，可以提供給學(xué)生最充分的比照分析和相關(guān)訓(xùn)練。與此同時，譜圖模擬工具還能為有機(jī)物構(gòu)造的解析提供一定參考，或驗(yàn)證解析構(gòu)造的合理性。然而，模擬圖譜的準(zhǔn)確性或與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的相符程度是至關(guān)重要的。目前AD/NRPreditrs、AD/ILab2.0以及heDra均可以比較準(zhǔn)確地預(yù)測小分子化合物的NR數(shù)據(jù)。其中AD/NRPreditrs與ILab的預(yù)測結(jié)果完全一致。本文以AD/ILabs和heDra分別預(yù)測天然產(chǎn)物7

10、-甲氧基香豆素的13NR數(shù)據(jù)，二者的預(yù)測結(jié)果都非常貼近實(shí)驗(yàn)值，預(yù)測值與實(shí)驗(yàn)值之間的偏向如圖5所示，從中可以發(fā)現(xiàn)AD/ILab預(yù)測偏向要明顯小于heDra的預(yù)測結(jié)果。為了將模擬的數(shù)據(jù)形成NR譜圖呈現(xiàn)給學(xué)生，例如，可將上述化合物7-甲氧基香豆素在I-Lab中的模擬數(shù)據(jù)導(dǎo)入到AD/NRPressr軟件中，進(jìn)展適當(dāng)?shù)姆糯笳{(diào)整，更改顯示顏色和字體等如圖6。這樣的處理使譜圖更加明晰，也便于任課教師進(jìn)展重點(diǎn)講解。圖6以AD/Pressr調(diào)整7-甲氧基香豆素的13NR預(yù)測數(shù)據(jù)，輸出圖譜值得一提的是AD/NRPressr是一款不可多得的NR數(shù)據(jù)處理軟件，可以導(dǎo)入Bruker和Varian等核磁共振儀器輸出的NR實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，支持翻開多達(dá)30種的數(shù)據(jù)文件格式，其功能增強(qiáng)的版本Spe論文聯(lián)盟anager不僅可以處理核磁共振波譜數(shù)據(jù)，而且可以處理質(zhì)譜、紅外、圓二色色譜以及高效液相圖譜等多種儀器的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。因此讓學(xué)生理解和使用化學(xué)軟件，對提升學(xué)生應(yīng)用理論化學(xué)知識解決實(shí)際問題的才能大有裨益。