Chem3D讲义22

2021/6/161Chemoffice讲义Chem3D化学与环境工程学院化学工程李皓宇、杨启泽、官懿、李卓华、李宏程、肖俊宇、韩振、王泓蛟2017.09.252021/6/1621 12 23 34 4ChemDraw复习Chem3D介绍Chem3D的使用作业2021/6/163一、ChemDraw复习用ChemDraw画出邻苯二甲酸酐邻苯二甲酸酐l-麻黄碱（麻黄碱（1R1R，2S2S）2021/6/1642021/6/165利用ChemDraw预测核磁共振化学位移ChemDraw可以根据结构式预测分子的1H和13C核磁共振化学位移。心得安(propranolol)是一种心血管药物，是-阻断剂，能抑制心脏的收缩率，避免过渡兴奋和阻止神经冲动，保证心壁平滑肌的收缩。现在我们以心得安的为例，预测1H和13C核磁共振图谱。2021/6/166 1H核磁共振图谱13C核磁共振图谱2021/6/1672021/6/168分析结构估计性质 执行【View】/【Show Analysis Window】菜单命令，弹出如图所示的分析窗口。执行【View】/【Show Chemical Properties Window】菜单命令，弹出如图所示的化学性质窗口2021/6/169元素周期表 ChemDraw提供了一张使用起来十分方便的元素周期表。操作：【View】【Show Periodic Table Window】单击周期表上的元素符号，就可以得到该元素的物理性质。单击表中的【】按钮，可以打开或关闭周期表下方的物理性质详细列表。2021/6/1610符号、字体和颜色（1）输入特殊符号 有时可能需要在结构式或反应方程式中输入特殊符号。执行【View】/【Show Character Map Window】菜单命令即可打开符号窗口。单击下垃按钮，可以选择各种Windows字体和符号，包括汉字。注意：该菜单只有在处于“文本输入”状态下才能被激活。（2）改变字体 通常使用ChemDraw默认字体就可以了。若要改变字体，可单击【Text】菜单，在其中的【Font】菜单命令中选择字体。2021/6/1611（3）改变结构式的颜色 1.选中画好的结构式。2.单击【Color】菜单会下拉出菜单项，除了黑色之外，里面包括8种可以选择的颜色.3.单击【Other#5】号颜色，完成改变结构式颜色的操作。蓝色是其中的【Other#5】号颜色。如果用户对这8种颜色不满意，可以单击最下面的【Other】选项，弹出【颜色】调色板，其中有更多的颜色选项，并可以自定义颜色。2021/6/1612快捷菜单和快捷键 1）快捷菜单 在选中的结构上单击鼠标右键右键，会弹出快捷菜单，如图所示。ChemDraw快捷菜单包含了多种选项，使用快捷菜单能完成常用编辑、属性设置、模板选择等功能。（2）快捷键 ChemDraw提供了大量快捷键，掌握快捷键能大大提高工作效率。常用的与结构有关的快捷键为：Ctrl+Shift+KCtrl+Shift+K：整理结构式。Ctrl+Shift+NCtrl+Shift+N：将化合物名称转换为结构式。Alt+Ctrl+Shift+NAlt+Ctrl+Shift+N：将结构式转换为化合物名称。2021/6/1613 编辑快捷键与其他软件如Word相同，常用的与图形编辑有关的快捷键为：Ctrl+ACtrl+A：全选 Ctrl+CCtrl+C：复制 Ctrl+VCtrl+V：粘贴 Ctrl+XCtrl+X：剪切 F9F9：字符下标 F10F10：字符上标 Ctrl+RCtrl+R：旋转图形，可以设定旋转角度。Ctrl+KCtrl+K：改变图形大小，可以设定键长。Ctrl+Shift+HCtrl+Shift+H：水平翻转图形。Ctrl+Shift+VCtrl+Shift+V：垂直翻转图形。2021/6/16142021/6/1615二、Chem3D介绍 当需要进一步了解化合物的立体状态时，我们就需要自己画出或者是将前面用ChemDraw画出的平面图转化为下面的立体模型。这就需要用到Chem3D软件。2021/6/1616二、Chem3D介绍 Chem3D同ChemDraw一样，是ChemOffice的组成部分，它能很好地同ChemDraw一起协同工作，ChemDraw上画出的二维结构式可以正确地自动转换为三维结构。Chem3D Ultra版还包括了一个很好的半经验量子化学计算程序MOPAC97，并能与著名的从头计算机程序Gaussian98连接，作为它的输入、输出界面，能够以三维的方式方法显示量子化学计算结果，如分子轨道、电荷密度分布等。2021/6/1617二、Chem3D介绍平面图作图区平面图作图区3D3D模型区模型区菜单、工具栏菜单、工具栏结构参数栏结构参数栏数据消息窗口数据消息窗口2021/6/1618二、Chem3D介绍选择工具选择工具移动工具移动工具旋转球旋转球缩放缩放单键单键双键双键三键三键虚键虚键文本工具文本工具橡皮擦橡皮擦平面作图区：平面作图区：与与ChemDrawChemDraw基本一样基本一样2021/6/16192021/6/1620三、Chem3D的使用1、使用前的基本设置操作：FileModel Settings2021/6/1621三、Chem3D的使用2、3D模型的种类（1）Wire Frame操作：ViewModel DisplayDisplay ModeWire Frame2021/6/1622三、Chem3D的使用2、3D模型的种类（2）Sticks操作：ViewModel DisplayDisplay ModeSticks2021/6/1623三、Chem3D的使用2、3D模型的种类（3）Ball&Stick操作：ViewModel DisplayDisplay ModeBall&Stick2021/6/1624三、Chem3D的使用2、3D模型的种类（4）Cylindrical Bonds操作：ViewModel DisplayDisplay ModeCylindrical Bonds2021/6/1625三、Chem3D的使用2、3D模型的种类（5）Space Filling操作：ViewModel DisplayDisplay ModeSpace Filling2021/6/1626三、Chem3D的使用2、3D模型的种类（6）Ribbons操作：ViewModel DisplayDisplay ModeRibbons这种模型结构一般用于生物大分子2021/6/1627三、Chem3D的使用2、3D模型的种类（7）Cartoons操作：ViewModel DisplayDisplay ModeCartoons这种模型结构一般用于生物大分子2021/6/16282021/6/1629三、Chem3D的使用3、3D模型的建立方法（1）利用键工具建立模型1）单击工具栏上的“单键”按钮2）将椎鼠标移动至模型窗口，按住鼠标左键拖出一条直线，放开鼠标即成乙烷（C2H6）立体模型。3）将鼠标移至C(1)原子上，向外拖出一条直线，放开鼠标即成丙烷(C3H8)立体模型。4）将鼠标移至C(2)原子上，向外拖出一条直线，放开鼠标即成丁烷(C4H10)立体模型，如图所示。2021/6/1630三、Chem3D的使用3、3D模型的建立方法（2）利用文本工具建立模型输入一组氨基酸的缩写，可建立多肽的3D结构。如输入“H(Ala)12OH”，得到如图所示的模型。输入文本，按“ENTER”键，得到模型2021/6/1631三、Chem3D的使用若化合物带有支链，可以将支链用括号括起来将支链用括号括起来。异丁烷模型可输入“CH3CH(CH3)CH3”。异戊二烯3D模型可输入“CH2C(CH3)CHCH2”。4-甲基-2-戊醇 3D模型可输入“CH3CH(CH3)CH2CH(OH)CH3”。3、3D模型的建立方法（2）利用文本工具建立模型2021/6/1632三、Chem3D的使用3、3D模型的建立方法（3）利用子结构（Substructure）建立模型 Chem3D提供了子结构库，用户可以选择其中的子结构，然后将它们拼装起来，形成复杂结构。操作：ViewParameter TablesSubstructure，选定所需要的子结构后，右键“Copy”，然后在菜单栏上按“Paste”，获得3D模型2021/6/1633三、Chem3D的使用3、3D模型的建立方法（4）利用右侧作图区建立模型操作：在右侧的左图区左图，操作与ChemDraw类似，右侧画出结构时，左侧会同时出现对应的3D模型2021/6/1634三、Chem3D的使用3、3D模型的建立方法（5）利用模板建立模型操作：FileSample File，然后选择所需要的模板，之后可根据自己需要添加官能团图例：富勒烯（C-60）2021/6/1635三、Chem3D的使用3、3D模型的建立方法（6）ChemDraw平面结构转换成3D模型1）ChemDraw结构式转换成3D模型i）在ChemDraw中绘出乙烷的平面结构式；ii）选中结构式，复制到Chem3D的窗口中，Chem3D自动将平面结构式转变成3D模型2）直接打开ChemDraw文件i）FileOpen，弹出Open对话框ii）在文件类型窗口中选择“ChemDraw(*.cdx;*chm)”类型。iii）单击打开按钮打开文件。Chem3D自动将ChemDraw文件转换为3D模型。同理，3D模型也可以转换为平面结构式i）选中3D模型ii）执行EditCopy AsChemDraw Structure菜单命令，复制此模型iii）粘贴至ChemDraw窗口中。2021/6/16362021/6/1637三、Chem3D的使用4、显示3D模型的信息（1）显示3D模型的元素种类及序号信息操作：ViewModel DisplayShow Atom Symbols&Show Serial Numbers2021/6/1638三、Chem3D的使用4、显示3D模型的信息（2）显示3D模型的键长与键角操作：StructureMeasurementsGenenrate All Bond Lengths&Genenrate All Bond Angles左侧的数据栏能够显示其他的键长、键角的具体信息2021/6/1639三、Chem3D的使用5、改变元素序号和替换元素种类（1）改变元素序号操作：ViewModel Explorer选择需要改变序号的原子右键“Replace with Text Tool”出现文本框，输入数字，按“ENTER”，得到新的原子序号；或者直接用选择工具右键选择需要改变序号的原子，“Replace with Text Tool”，出现文本框，输入数字。H(7)H(1)2021/6/1640三、Chem3D的使用5、改变元素序号和替换元素种类（2）替换元素种类操作：用选择工具右键选择需要改变序号的原子，“Replace with Text Tool”，出现文本框，输入所要替换得到的官能团，按“ENTER”。苯苯酚2021/6/16412021/6/1642三、Chem3D的使用6、整理结构（Clean Up）与简单优化（Minimize Energy）（1）整理结构（Clean Up）操作：用选择工具选择这个化学结构StructureClean Up。l-麻黄碱（麻黄碱（1R1R，2S2S）和ChemDraw一样，利用键工具建立的3D结构，键角及键长可能不正常，应首先对其进行整理操作，然后做简单优化处理，以便得到能量最低的构象。2021/6/1643三、Chem3D的使用6、整理结构（Clean up）与简单优化（Minimize Energy）（2）简单优化（Minimize Energy）操作：用选择工具选择这个化学结构CalculationsMM2Minimize Energy。优化前：优化前：优化后：优化后：2021/6/1644三、Chem3D的使用7、查找分子或晶体中的原子的范德瓦尔斯半径操作：ViewParameter TablesMM2 Atom Types。2021/6/16452021/6/1646三、Chem3D的使用8、观察分子的表面、Huckel分子轨道及分子体积大小（以苯为例）（1）分子表面操作：ViewToolbarsSurfaces。Surface Solvent RadiusDiplay ModeColor MappingResolutionMolecular Orbital SelectionIsocontourPositive Amplitude ColorNegative Amplitude Color2021/6/1647三、Chem3D的使用8、观察分子的表面、Huckel分子轨道及分子体积大小（以苯为例）（2）分子的Huckel分子轨道以Molecular Orbital型表面为例操作：Surface中的Molecular OrbitalDiplay Mode中的TranslucentMolecular Orbital Selection中的HOMO-7（Huckel分子轨道）2021/6/1648三、Chem3D的使用8、观察分子的表面、Huckel分子轨道及分子体积大小（以苯为例）（3）分子体积大小操作：CalculationCompute PropertiesChemProStdConnolly Solvent Excluded VolumeOK。2021/6/16492021/6/1650三、Chem3D的使用9、计算内旋转势能 CC单键在保持（10928）不变情况下是可以内旋转的，这种内旋转必须消耗一定能量以克服内旋转势垒。以1，2-二氯乙烷为例计算处于不同构象状态时势能的变化。操作：CalculationMM2Compute PropertiesPropertiesSteric Energy Summary此次计算得到的能量值为初始值，即旋转角度为0。2021/6/1651三、Chem3D的使用9、计算内旋转势能 用选择工具同时选中C(1)和C(2)两个原子（主链上参与旋转的CC单键上的C原子），然后点击“旋转球”右侧的小三角，出现下图的这一操作界面，选择右侧两个按钮的其中一个，输入想要旋转的角度，按“ENTER”。能量改变能量改变2021/6/1652三、Chem3D的使用9、计算内旋转势能旋转角度/()势能/(kcal/mol)旋转角度/()势能/(kcal/mol)旋转角度/()势能/(kcal/mol)旋转角度/()势能/(kcal/mol)旋转角度/()势能/(kcal/mol)03.53980160240320103.86290170250330204.784100180260340306.075110190270350407.412120200280360508.45313021029060140220300701502303102021/6/1653四、作业1、（1）画出丁烷的3D模型，并对其进行整理结构和简单优化，记录下优化后的能量值；（2）在丁烷的基础上进行元素替换得到1丁醇，并在模型上显示各 元素种类和序号，显示CO键的键长、HOC键角、CCC键角、OCC键角。2、完成1，2-二氯乙烷的势能值表格的计算3、观察乙烯分子的Huckel分子轨道及计算乙烯分子的体积大小2021/6/1654谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！