材料加工工藝

1、第四章 化學(xué)構(gòu)造的可視化 2022/8/21.本章主要內(nèi)容： 化學(xué)構(gòu)造的表示和可視化 ISIS/Draw的運用 Chem Window的運用 ChemDraw的運用 Chem3D的運用2022/8/21.第一節(jié) 化學(xué)構(gòu)造的表示和可視化計算機圖形學(xué)分子圖形學(xué)分子構(gòu)造顯示分子建模技術(shù)分子圖形學(xué)采用計算機圖形技術(shù)處置分子構(gòu)造的顯示和操作分子建模技術(shù)是分子圖形學(xué)的一個重要分支，它包括三維分子構(gòu)造的構(gòu)建、操作及其物理化學(xué)性質(zhì)的表示2022/8/21.一、化學(xué)構(gòu)造的表示命名法線型編碼法二維平面構(gòu)造三維空間構(gòu)造分子外表構(gòu)造 2022/8/21.命名法IUPAC: 2-amino-3-phenylpropan

2、oic acidFormula: C9H11NO2, C6H5CH2CH(NH2)CO2H苯基丙氨酸的各種化學(xué)構(gòu)造表示：Systematic name: phenylalanine線型編碼WLN: VQYZIRROSDAL: 1O-2=3O, 2-4-5N, 4-6-7=-12-7SMILES: NC(Cclcccccl)C(O)=OSLN: C1H:CH:CH:CH:CH:C(:1)CH2CH(NH2)C(=O)O用線性順序數(shù)字、字母的字符串表示化合物構(gòu)造缺陷：短少直觀性，需求學(xué)習(xí)專門的編碼規(guī)那么2022/8/21.二維構(gòu)造：原子以元素符號表示，線條表示化學(xué)鍵，簡單表示分子中化學(xué)鍵的拓撲構(gòu)造

3、三維構(gòu)造：表示出分子中原子在三維空間的位置信息，籠統(tǒng)、逼真表示出分子真正構(gòu)造外表構(gòu)造：在分子外表添加分子性質(zhì)信息如靜電勢等2022/8/21.二進制的計算機計算機繪制的構(gòu)造圖形計算機內(nèi)部表達方式的建立 矩陣方式銜接矩陣間隔矩陣關(guān)聯(lián)矩陣成鍵矩陣鍵-電子矩陣分子中不同原子和成鍵類型可運用不同方式的矩陣表示2022/8/21.C1C2C3C4C5C6C7C8C9O10O11N12C1010002000000C2102000000000C3020100000000C4001020000000C5000201100000C6200010000000C7000000010000C8000000101001

4、C9000000010210O10000000002000O11000000001000N12000000010000 成鍵銜接表：表示分子中成鍵銜接的方式二、 二維化學(xué)構(gòu)造的表示和可視化第一行和第一列代表分子中的原子帶編號2022/8/21.2. 最常用的繪制二維化學(xué)構(gòu)造的軟件 ISIS/Draw ChemWindows ChemSketch ChemDraw2022/8/21.1. 分子三維表示法 坐標(biāo)表 間隔矩陣三、 三維化學(xué)構(gòu)造的表示和可視化二維化學(xué)構(gòu)造描畫分子中原子的銜接，三維化學(xué)構(gòu)造描畫分子中原子在三維空間的陳列位置。相比之下，三維空間構(gòu)造表示更接近分子的真實情況。2022/8/2

5、1.XYZC1-3.73250.00380.0000C2-3.7325-1.43620.0000C3-2.4855-2.15630.0000C4-1.2384-1.43620.0000C5-1.23840.00380.0000C6-2.48550.72390.0000C70.00430.72120.0000C81.24700.00380.0000C92.48980.72120.0000O102.48982.15630.0000O113.73250.00380.0000N121.2470-1.43110.0000直角坐標(biāo)表 2022/8/21.C1C2C3C4C5C6C7C8C9O10O11N1

6、2C10.00C21.440.00C32.491.440.00C42.882.491.440.00C52.492.882.491.440.00C61.442.492.882.491.440.00C73.814.323.812.491.442.490.00C84.985.184.312.872.493.801.430.00C96.266.595.754.313.804.982.491.440.00O106.587.196.585.184.315.182.872.491.440.00O117.477.606.585.184.976.263.802.491.432.490.00N125.184.98

7、3.802.492.874.312.491.442.493.802.870.00距離矩陣表表中數(shù)字為兩個原子之間的間隔2022/8/21.2. 三維空間構(gòu)造的顯示方式線狀表示法Line 棒狀表示法Stick 最簡單的一種，定長的直線表示化學(xué)鍵，直線的交點為原子突出分子的骨架，無立體感較粗的圓棒表示化學(xué)鍵，棒與棒的交界處為原子具有空間立體感2022/8/21.球 棒 表 示 法Ball and Stick 電子云空間填充表示法Space Fill 圓球表示原子，圓棒表示化學(xué)鍵，最常用的分子構(gòu)造表示方法，不同元素用不同顏色區(qū)分用原子范德華半徑的圓球來表示原子。表達分子中原子的擁堵程度和分子體積，更

8、接近分子的實踐外形2. 三維空間構(gòu)造的顯示方式2022/8/21.ACD/3D ViewerRasMol (ISIS Draw中嵌入)MDL ChimeSymApps (ChemWindow中嵌入)分子構(gòu)造繪制與建模：Chem3D：綜合功能最全面HyperChem：建模和計算功能最強DS ViewerPro：顯示功能最正確有機和無機分子、蛋白質(zhì)和DNA等生物大分子、金屬配合物、合成和天然藥物等Alchemy 20003. 三維化學(xué)構(gòu)造軟件：僅具有顯示功能：2022/8/21. 分子外表顯示可用于表示分子軌道、電子密度、范德華半徑等 分子外表的圖形顯示方式主要有網(wǎng)格狀、立體狀和半透明等三種 目前

9、曾經(jīng)提出多種分子外表的定義，最主要的定義類型有： 范德華外表van der Waals Surface 溶劑可及外表Solvent-Accessible Surface Connolly外表四、 分子外表的顯示表示分子真實的空間情況2022/8/21. 范德華外表 半透明圖 范德華外表：是由一組表示原子的范德華球堆積構(gòu)成的原子球外表 Connolly外表：經(jīng)過優(yōu)化得到的平滑外表2022/8/21. 溶劑可及外表 網(wǎng)格圖 溶劑可及外表 立體圖 溶劑可及外表：表示假想的溶劑分子球沿范德華外表運動時，其球心的運動軌跡所得到的面 2022/8/21.美國MDL信息系統(tǒng)公司的化學(xué)構(gòu)造輸入軟件，其共享版可

10、以從網(wǎng)上免費下載mdli，其特點有： 簡一方便； 分子式的下角標(biāo)能根據(jù)化學(xué)規(guī)那么自動設(shè)定； 可以繪制電荷形狀、電荷轉(zhuǎn)移等構(gòu)造表示圖； 可以使繪制的分子構(gòu)造在三維空間內(nèi)恣意旋轉(zhuǎn)； 內(nèi)設(shè)多種構(gòu)造模板可供選擇；第二節(jié) ISIS/Draw的運用 2022/8/21.ISIS Draw 2.2 的任務(wù)窗口作圖區(qū)工具按鈕區(qū)2022/8/21.模板下拉菜單23類模板其中 Templates 中提供很多現(xiàn)成的模板以供選擇, 有23 張模板頁，270 種模板構(gòu)造，包含內(nèi)容小至各種官能團、分子組件、電荷符號，大至復(fù)雜的雜環(huán)、糖類、冠醚、軌道圖形，以及各種繪制化學(xué)反響式所需的箭頭及反響條件標(biāo)注等。2022/8/21

11、.模板例如2022/8/21.自定義模板菜單和模板工具2022/8/21.圖形編輯功能強 可對分子構(gòu)造圖形進展組合或分塊處置，支持圖文混排?？蓪Ψ肿诱w或部分進展放大、減少、旋轉(zhuǎn)等操作 放大旋轉(zhuǎn)2022/8/21.具有一定的計算和檢測功能 對于復(fù)雜的有機化合物，可以快捷地計算其摩爾質(zhì)量。并具有構(gòu)型檢測功能 2022/8/21.2022/8/21.支持多窗口任務(wù) 支持多窗口操作,可同時運轉(zhuǎn)多個文檔,并可在各個窗口間切換，這一功能與Windows 本身具有剪切、復(fù)制功能相結(jié)合可給作圖帶來極大的方便 2022/8/21.兼容性好與多數(shù)Windows運用軟件具有良好的兼容性，所繪制圖形和反響式可經(jīng)過剪

12、貼板或以圖形的方式插入到Word、WPS文檔中，便于化學(xué)論文的書寫 2022/8/21.快捷方式欄，主要是常用的官能團與分子模板的工具條，共13個按鈕Run Chem Inspector運轉(zhuǎn)化學(xué)式檢驗Open Last Template Page顯示最后一個模板頁面Draw Previews Temple繪制前一個模板Cyclohexane環(huán)己烷構(gòu)造Cyclopentane環(huán)戊烷構(gòu)造Cycloheptane環(huán)庚烷構(gòu)造1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 132022/8/21.7. Benzene苯構(gòu)造8. Cyclopentane環(huán)戊烷構(gòu)造9. Cyclopentane環(huán)戊烷

13、構(gòu)造10. Cyclopentadiene環(huán)戊二烯構(gòu)造 11. Cyclopentadiene環(huán)戊二烯構(gòu)造12. Cyclobutane環(huán)丁烷構(gòu)造13. Cyclopropane環(huán)丙烷構(gòu)造 在這個快捷方式欄上，點擊鼠標(biāo)右鍵還可以定義菜單欄和工具欄以及相應(yīng)的設(shè)置。1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 132022/8/21. Lasso Select繩索選取 2D Rotate2D旋轉(zhuǎn) Eraser橡皮擦 Atom繪制原子 Single Bond單鍵 Up Wedge向上楔入 Chain鏈 Plus加號 Arrow箭頭 Atom Map原子圖示 Sequence序列 Bracke

14、t括號 Text文本 Straight Line直線 Rectangle矩形縱向工具欄按鈕的右下角的“黑三角表示有多重選項，按住鼠標(biāo)左鍵然后向右邊挪動，出現(xiàn)一個子菜單，選中所需求的按鈕即可。2022/8/21.選擇操作選擇整個分子(常用)選擇矩形區(qū)域內(nèi)的目的選擇單個目的(常用)可經(jīng)過按住Shift鍵不放一次選擇多個目的2022/8/21.選擇整個分子選擇了N原子以及兩根CC鍵2022/8/21.放大、減少操作經(jīng)過調(diào)整周圍選擇區(qū)域進展目的放大、減少、拉伸以及緊縮等操作2022/8/21.旋轉(zhuǎn)操作二維旋轉(zhuǎn)三維旋轉(zhuǎn)2022/8/21.目的屬性編輯操作 選擇目的后，點擊鼠標(biāo)右鍵來修正目的屬性2022/

15、8/21.原子屬性控制同位素電荷自在基字體設(shè)置H原子位置編號編號顯示位置2022/8/21.化學(xué)鍵屬性控制鍵類型鍵長線條顏色線條粗細拓撲構(gòu)造2022/8/21.線條屬性控制線型線條粗細線條顏色線的箭頭2022/8/21.多邊形(圓形)屬性控制邊框線形填充方式填充顏色透明不透明邊框顏色邊框粗細2022/8/21.一. 分子構(gòu)造圖的繪制2022/8/21. 在模板工具欄中點擊“Benzene苯環(huán)圖標(biāo)，并在窗口的適當(dāng)位置點擊， 生成一個苯環(huán)。 在模板工具欄中點擊“Cyclohexane環(huán)己烷圖標(biāo)，點擊苯環(huán)最右邊鍵的中點，并接一個六元環(huán)。在屏幕左側(cè)工具欄中點擊“Single Bond單鍵圖標(biāo)，在苯環(huán)和

16、六元環(huán)的特定位置點擊鼠標(biāo)并向一定方向遷延，建立側(cè)鏈構(gòu)造。操作步驟：2022/8/21.在模板工具欄中點擊“Cyclopentane環(huán)戊烷圖標(biāo)，在六元環(huán)上方的側(cè)鏈上點擊，在其上銜接一個五元環(huán)。 在屏幕左側(cè)工具欄中分別點擊“Double Bond雙鍵、“Triple Bond三鍵圖標(biāo)，在二個單鍵的端部點擊，將其接上雙鍵、三鍵。2022/8/21.2022/8/21 在屏幕左側(cè)工具欄中點擊“Atom繪制原子圖標(biāo)，在需求添加顯示原子或官能團的位置點擊，并用鍵盤輸入該原子或官能團符號本次操作中為N、O原子，或者在下拉菜單項選擇擇元素符號。 在屏幕左側(cè)工具欄中點擊“Up Wedge向上楔入圖標(biāo)，點擊六元環(huán)

17、上方碳原子并向N原子拖動，生成的實心楔形鍵表示化學(xué)鍵朝向平面外。點擊“Down Wedge向下楔入圖標(biāo)，點擊六元環(huán)側(cè)方碳原子并向O原子拖動，生成的虛線楔形鍵表示化學(xué)鍵朝向平面內(nèi)。.分子立體構(gòu)造的繪制有兩種方法1. 用楔形表示法來反映原子或基團的相對空間位置：前后紙面2022/8/21.2. 以實踐察看角度來構(gòu)建的直觀立體構(gòu)造 (利用3D旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn))2022/8/21. 繪制對硝基苯酚的分子構(gòu)造； 在工具欄中選擇帶弧形箭頭圖標(biāo)； 在窗口適當(dāng)位置按下鼠標(biāo)左鍵并拖動，并改動弧形的大小和方向，構(gòu)成一段弧形箭頭。 二、電子轉(zhuǎn)移和原子特征的表示1. 電子轉(zhuǎn)移的表示：2022/8/21操作步驟：箭頭調(diào)整方法

18、：終點位置起點位置調(diào)整彎曲程度拖動.2. 原子編號的表示：2022/8/21操作步驟： 運用鼠標(biāo)選擇需求編號的分子或原子； 運用Object/Edit Molecule命令，在Number position彈出窗口中，選擇“Auto position，點擊“OK按鈕后原子編號將自動完成。 需求去掉編號只需反復(fù)前述過程，在Number position彈出窗口中，選擇“off選項，原子編號將全部消除 .2022/8/213. 電荷的表示：選擇N原子，運用Object/Edit Atom命令，在Charge輸入框中鍵入1。 .三、化學(xué)反響式的繪制操作步驟： 依次繪制苯、乙酰氯和乙酰苯分子的構(gòu)造等，

19、并按反響物及生成物的順序陳列。 點擊“Arrow和“Plus工具圖標(biāo)，在窗口適宜位置繪制箭頭符號和“+符號，建立一個化學(xué)反響式。先繪制一切化合物的構(gòu)造圖，并陳列在適宜位置，再用Plus工具和Arrow工具添加加號和箭頭，最后再用Text工具添加反響條件2022/8/21. 點擊“Select工具圖標(biāo)，選擇一切與反響式有關(guān)的圖形，包括構(gòu)造式、箭頭、符號等，運用Object/Align/Horizontal命令，再點擊Top/Bottom Centers選項，點擊“OK按鈕，反響式就按上下居中的程度對齊方式陳列。2022/8/21. 化學(xué)反響的條件普通放在反響式箭頭的上方或下方，多由分子式、分子構(gòu)造、文字符號等組成。例如，從鍵盤輸入AlCl3，程序會自動調(diào)整為AlCl3。 選中一切反響物、生成物、加號和箭頭等，運用Object/Group命令，將它們組合為一個整體圖形。2022/8/21.小技巧2022/8/21按下輸入H2SO4輸入H+輸入H2O輸入SO42-.小技巧按下輸入 SO4S2-S輸入 H2OSS : superscript 上角標(biāo) 大寫的S2022/8/21.四、化學(xué)反響機理表示圖的繪制ISIS可繪制簡單幾何圖形及曲線，其中可利用Continuous Line 工具繪制延續(xù)折線，然后采用Object菜單中的Smooth選項對曲線進展平滑處置延續(xù)折線202