Chemooffice毕业论文设计.doc

湖南文理学院芙蓉学院本科生毕业论文(设计)题 目：化学软件ChemOffice 的认识与应用研究 学生姓名： 赵 亮 _学 号： 06220111 专业班级： 应用化学0601 指导教师： 刘 平 完成时间： 2010年5月20日 目 录1引言.32对ChemOffice的初步介绍32.1. ChemOffice的安装问题.32.2. ChemOffic2004的组成.32.3. ChemDraw42.4. Chem3D62.5.ChemFinder72.5.1. 数据库.72.5.2.使用表格，建立自己的数据库.83综合实例.83.1. 绘制某一碱取代反应.83.2. 以阿司匹林为例，研究 ChemOffice的一些基本功能应用.103.3. 预测心得安核磁共振化学位移.153.4. 探讨1，2-二氯乙烷处于不同构象时，内旋转势能的变化.173.5. 物理化学数据及化学反应的查询.193.6. 绘制简单的蒸馏装置204. 关于ChemOffice的视频素材225心得体会.22参考文献.23致谢.23附录.23化学软件ChemOffice的认识与应用研究 赵亮化学化工学院 应用化学 0601摘 要 由美国剑桥公司提供的ChemOffice Ultra 2004 是世界上优秀的桌面化学软件，集强大的功能于一身,提供了优秀的化学辅助系统,使研究工作提高到一个新的高度。ChemOffice Ultra 2004 包括 ChemDraw Ultra 、Chem3D Ultra 、 ChemFinder Ultra 等一系列完整的软件。它可以将化合物名称直接转为结构图，省去绘图的麻烦；也可以对已知结构的化合物，给出正确的化合物名称。论文的前面部分对ChemOffice作了一个全面的介绍，通过它，我们可以对ChemOffice有一个系统性的认识。为了体现ChemOffice在化学领域中的应用,本文举了一些例子来进行探讨。关键词 ChemOffice，ChemDraw，Chem3D，ChemFinderThe understanding and applied research to chemistry software-ChemOfficeZhao liangClass0601 of Applied Chemistry ,Department of chemistry and chemical EngineeringAbstract The ChemOffice Ultra 2004 provides by American Cambridge company is the excellent desktop chemical software in the world. It integrates powerful functions, It provides auxiliary system of chemical, and make research work to a new height. It includes the ChemDraw Ultra 、Chem3D Ultra 、 ChemFinder Ultra and so on a series of software. It not only can be directly the compound names into structure chart, and save the trouble of drawing,but also can give the correct name of compounds ,according to the structure of the compound. In front of the paper made a comprehensive introduction of ChemOffice, through which we can have a systematic understanding of ChemOffice .In order to reflect the ChemOffice applications in the chemical field, this paper gave some examples are discussed.Keywords ChemOffice，ChemDraw，Chem3D，ChemFinder1. 引言, 21世纪是信息化的世纪，以计算机为核心的信息技术已经走进我们的工作和生活，它的发展为我们带来翻天覆地的变化。因此，将计算机应用到化学领域已是当今世界的主要潮流。而计算机对化学领域的影响，一个最重要的方面，表现在化学软件的使用。如今，软件的集成已经成为了人们的共识，各种单一功能的软件逐渐集成在一起，使软件包含了一系列的功能，这使得化学工作者再也不必为完成一个复杂的任务而借助于多个工具软件1。ChemOffice就是众多集成软件中的一种。由剑桥化学软件公司开发的ChemOffice集成化学软件桌面系统，具有强大的高端开发能力，集成了Chem3D、ChemDraw、ChemFinder等软件。该软件可以运行于Microsoft Windows95、98、NT以及Windows XP下，也可以运行在多种操作系统中。在Windows环境下友好的用户界面切换功能，使得其资料可更加方便地共享于各软件之间。2. 对ChemOffice的初步介绍ChemOffice组合了最常用的化学应用程序来构成一个整体的化学反应，提供了符合Windows标准界面的菜单、工具条、标准行等用户界面，具有化学计算、化学分析和化学建模等使用功能，其建模方式多种多样，方便快捷，制作的图像文件能方便地插入Word、powerpoint以及其他常用软件的文档中2。2.1 ChemOffice的安装问题像安装多数软件一样，安装ChemOffice时一路选“next”即可完成。值得注意的是安装过程中有时需要输入序列号，才能继续，本文讲述的是ChemOffice Ultra 2004版本，现提供其序列号如下：S/N: 7654321；Key: VLPG-CG5O-5K22-VKVK-RF（此号可以无限次激活）。2.2 ChemOffic2004的组成3ChemOffice组合了最常用的化学应用程序来构成一个整体的化学反应，提供了符合Windows标准界面的菜单、工具条、标准行等用户界面，具有化学计算、化学分析和化学建模等使用功能，其建模方式多种多样，方便快捷，制作的图像文件能方便地插入Word、powerpoint以及其他常用软件的文档中。 ChemOffice Ultra 2004主要由以下软件组成。l ChemDraw 是一个化学结构绘图软件，具有如下的功能：绘制和编辑高质的化学结构图，识别和显示立体结构，将结构和名称（IUPAC Name）进行转换，包含NMR数据库，能够与Excel集成，能够进行网络数据库信息管理。l Chem3D 是一个用于设计化学模型的应用软件，它用一个简单易用的图形界面和界面脚本将构建、分析、计算工具融于一体。将二维平面的有机分子结构图形转化成三维的空间结构，在分子和原子水平上模拟和分析分子的立体构象是Chem3D的一大特点。此外，Chem3D还提供了一些辅助的计算工具。l ChemFinder 是一个化学信息管理系统，可以用它来管理化学信息。它为化学工作者备份整理物质的化学结构、物理性质、说明（notes）和数据表格提供了环境。对于人们感兴趣的分子和反应，ChemFinder可以帮助人们在相应的位置作索引，以便查找。利用ChemFinder，可以通过说明有效而且迅速的查找想要的资料。另外，也可以随时组织资料。l E-Notebook ENotebook的作用如同实验室的笔记本，它可以将各种化学信息有机的组织和结合在一起，它能自动进行化学计算，还能对其中的信息进行搜索。它的操作环境有两种：单用户环境和多用户环境。ENotebook管理员程序只有在多用户环境下才能使用。在单用户环境中，各种操作设置都是自动完成的。 本文主要介绍Chem3D、ChemDraw和ChemFinder的应用。2.3 ChemDraw4ChemDraw是ChemOffice中使用最为频繁的组件， ChemDraw的文件扩展名为“cdx”，可保存为多种格式。ChemDraw的启动步骤为：开始 程序 ChemOffice2004 ChemDraw Ultra8.0。打开后出现界面如图1所示。ChemDraw主界面自上而下为菜单栏、工具栏和绘图窗口。在绘图区左侧是结构工具栏，它是ChemDraw 的一个比较重要的部分，通过这个工具栏可以轻松自如的绘制化学结构，它的一些基本功能见图2。图1 ChemDraw的主界面示意图图2 结构工具栏示意图 从上面这个图我们可以看出，其中包含了很多化学绘图中需要用到的工具和模板，但仅仅有这些还是远远不够的，在上面的有些模板按钮下面带有三角形的箭头，它们还提供了一些模板，单击该按钮不松开，会在其右侧弹出子工具栏，其中包括若干相关选项。见图3。 图 3【箭头】、【轨道】、【绘图元素】、【括弧】、【化学符号】和【询问工具】模板结构工具栏中的【模板】按钮，也包含了多种较复杂的分子种类和玻璃仪器模板，因为比较多，在这里不再列出。2.4 Chem3D3Chem3D提供工作站级的3D分子轮廓及分子轨道特性分析，并和数种量子化学软件结合在一起。 Chem3D是一个三维分子结构演示软件，它上面有和从著名从头计算程序Guassian的链接接口，可以直接从Chem3D打开Guassian，作为它的输入输出界面5。Chem3D的文件扩展名为“.c3d”，模板文件名为“.3ct”.除此之外，还可以将3D模型存为其他格式的文件，或者存为图像文件。见图4，为利用Chem3D展示的模型，分别为布洛芬和C60。 图4 3D模型 Chem3D的启动步骤为：开始 程序 ChemOffice2004 Chem3D Ultra8.0。 打开后，界面如图5所示。绘制时，需要遵循的原则主要有以下几点：l 利用键型工具可以绘制常见的简单分子结构模型6。l 如果已知化合物结构简式，可以用文本工具直接在模型窗口输入结构简式，回车即可得到分子模型。l 如果要绘制复杂的结构模型，就要利用到Chem3D所带的绘图模板，选择模板窗口选定模板，在模型窗口中单击即可以得到。然后再加以修改。 图5 Chem3D的主界面示意图2.5 ChemFinder ChemFinder是一个智能型的快速化学搜索引擎7，它可以从本机或网上搜寻Word、Excel、Powerpoit、ChemDraw、ISIS格式的分子结构文件，还可以与微软的Excel结合。可连接的关系式数据库包括Oracle及Access，输入的格式包括ChemDraw、MDL ISIS SD及RD文件等。2.5.1 数据库4ChemFinder自带多个数据库，其数据文件扩展名为“cwf”。这些数据库文件默认存放在“ChemFinderSamples”，文件夹中。如图6所示。在所有的数据库中，其中最常用的为DEMO数据库和ISICCO数据库。前者，可以根据物质名称、分子式和物质分子摩尔质量等查询一些基本信息，而后者对化学反应的反应物、生成产物以及某类特定的反应类型进行查询。 图6 数据库2.5.2 使用表格，建立自己的数据库3ChemFinder功能强大，用户可以按照自己的习惯定制表格、浏览和查询自己的数据库，而且表格还可以和其他应用程序例如ChemDraw、Chem3D 相结合，以它们为工具。使其具有了强大的开发能力。在创建表格时，最常用到的“表格工具栏”如图7所示。这个工具栏默认是在窗口的左边，但是可以把它放在任何地方，或者是关掉，不显示。 图7 表格工具栏3 综合实例的探讨：3.1 绘制某一碱取代反应3：在化学研究领域中，化学反应是其最重要的环节，几乎每个研究都是围绕它而展开，化学工作者，为了完成自己的想法，与同行交流相关信息，就必须完成化学反应式的绘制，而ChemDraw可以很好的解决这个问题。（1）启动ChemDraw，为了便于输入元素符号和特殊符号，在【View】 【Show Periodic Table Window】（元素周期表窗口）和【Show Character Map Window】（特殊符号窗口）得到快捷菜单。（2）点击文本输入框 ，在绘图区点击后，从元素周期表中找到Cu元素，点击，然后继续输入“（NH3）4”。（3） 以类似的方法在相应距离依次输入“+”、“4H+”、“Cu(OH)2”、“+”、“4NH3”。然后点全选所有的基团，点击。如图8所示。（4）点击，然后在绘图区从刚才的基团最左端开始，向下向右拖动，就得到了取代基的中括号。（5）然后再点文本输入框，在右边中括号后输入“2+“并框选，再然后点击。如图9所示。 图8 图9（6）点击选择合适的箭头，在反应式中间右拉，并在“Cu(OH)2”后下拉。 （7）然后框选全部，右键点击【Distribute】 【Horizontally】即进行水平调节距离。当然【Distribute】 【Vertically】是进行垂直方向上的调整，这里没有必要使用。（8）选择加热符号，点击文本输入窗口，在横向箭头上方点击。然后从特殊符号的快捷窗口选择“ ”，这样，整个反应式就完成了。如下：3.2 以阿司匹林为例，研究 ChemOffice的一些基本功能应用4l 阿司匹林的绘制 阿司匹林结构如图10所示。 图10 阿司匹林结构（1）启动ChemDraw，新建文档，所有设置按默认设置。（2）单击垂直工具栏最下端的按钮，鼠标变成苯环的样子。（3）在绘图区单击鼠标，出现一个苯环。（4）单击（单键）按钮，将鼠标移至苯环的一个角上，出现深色的正方行连接点，如图11（a）所示（5）自连接点横向拉出实线单键，松开鼠标，自单键终点向右下方再次拉出一根单键。（6）用同样方法在苯环邻位也拉出3个单键，如图11(b)所示。（7）单击多重键按钮，在特定连接点上拉出双键，如图11(c)所示。（8）分别将鼠标移至应该出现羟基或氧原子的位置，待出现连接点之后，单击键盘上的O键，如图11(d)所示。 (a) (b) (c) (d) 图11在连接点上按C键，ChemDraw会根据饱和程度自动出现CH3、CH2、CH或C，按完C键后紧接着按L键，会变成元素氯的符号（Cl）。在连接点上按O键，ChemDraw会依据情况自动出现OH或O。同样，如果在连接点上按N键，会出现NH2、NH、或N。在绘制过程中，ChemDraw会自动检查绘制的结构式是否有问题。当ChemDraw发现问题后，就会有一个红色方框罩在有问题的原子或官能团上，这就像Word中的拼写检查。此时，使用者就应该注意检查了。（9）单击 （选取框）按钮，选中画好的阿司匹林结构式。用选取框或套索选中图形，这时图形被闪动的虚框笼罩。在所出现的虚框的右上角有一个黑色的直角弧，当光标指向这个直角弧时，光标变为一个具有双箭头的弧线，这时就可以旋转所绘图形；在选框的右下角有一个黑色的直角块，光标指向这个直角块时，变成一个双箭头拉伸符，这时就可以缩放图形。如图12所示。 图12 旋转和缩放（10）执行【Structure】/【Clean Up Structure】菜单命令，整理图形，得到如图10所示的阿司匹林结构式。除了上面的绘制方法，我们也可以通过直接输入阿司匹林名称得到其结构式：（1）执行【Structure】/【Convert Name to Structure】菜单命令，弹出【Insert Structure】对话框，如图12所示。 图 13 输入化合物名称（2）在输入框中输入“2-acetoxybenzoic acid”（3）单击按钮，即出现阿司匹林的结构式。需要说明的是，有时根据化合物的缩写，商品名或者俗名也能得到结构式，但并不是所有的都能。同样，我们也可以ChemDraw根据阿司匹林的结构得出其名称：选中阿司匹林结构，执行【Structure】/【Convert Structure to Name】菜单命令，即可在结构式下面出现系统命名。如图14所示。 图14需要说明的是，并非所有的结构式都能给出化合物名称。l 在ChemDraw中阿司匹林结构性质的探讨根据阿司匹林的结构，ChemDraw可以通过分析估计其结构。（1）选中结构式，执行【View】/【Show Analysis Window】菜单命令，则会弹出相应分析窗口，包括物质的分子简式、摩尔质量、同位素分布图、元素分析组成比列等数据，如图15所示（2）执行【View】/【Show Chemical Properties Window】菜单命令，则会弹出相应的化学分析窗口，包括化合物的沸点、熔点、临界温度、临界压力、临界体积、Gibbs自由能、LogP、MR、Herrys Law、生成热、ClogP、CMR等数据，则如图16所示。 图 15 【Analysis】窗口 图 16【Chemical Properties】窗口上面所绘制的结构为2D图像，如果能将它转化为3D图像将会更加直观，ChemOffice提供了此功能。l 阿司匹林结构2D与 3D的转化将在ChemDraw中绘制的阿司匹林选中，然后复制到Chem3D窗口中，那么，Chem3D自动将平面结构式转变成3D模型，图形得到以后可以点来调整观察角度，以便更好的观察，如图17所示。图 17 阿司匹林示意图当然，通过3D模型我们也可以将其转换为平面结构式。我们只需选中3D模型，执行【Edit】/【Copy As】/【ChemDraw Structure 】菜单命令，复制此模型，再粘贴至ChemDraw窗口中，同样则得到平面结构。如此，通过两者的转化，可以让用户在绘图以及感官认识方面更加灵活自如了8。l 阿司匹林3D模型的整理与优化9 如同绘制的2D结构一样，绘制好的3D图形也可以进行整理及优化，以便得到能量最低的构象。步骤入下：（1）将阿司匹林模型全部选中（Ctril+A）。（2）执行【Tools】/【Clean Up Structure】菜单命令，整理结构。（3）执行【MM2】/【Minimize】菜单命令，弹出【Minimize Energy】对话框，如图18所示。（4） 点击按钮开始对模型进行优化，每迭代一次模型都会发生改变，最终将给出能量最低状态。同时，给出相关参数的变化。 图18 简单优化l 在Chem3D中阿司匹林结构信息的探讨通过3D模型，我们可以了解到结构的有关信息。同样，还是使用阿司匹林的3D模型，将鼠标移至阿司匹林模型的任一原子上，化学键上，或按住“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原子上，则会分别弹出窗口显示该原子的相关信息，化学键的相关信息，键角的相关信息，如图23所示。 原子 键 键角 图 19 显示信息如果要显示阿斯匹林所有信息，则执行【Analyze】/【Show Measurements】/【Show Bond Lengths】（或【Show BondAngles】）菜单命令，则全部键长（或全部键角）会出现在右侧新分裂出来的窗口中。当我们执行【Object】/【Show Element Symbols】(或【Show Serial Numbers 】)/【Show】菜单命令，则在模型上将显示全部元素符号及标号。如图所示。 图 20 以上，通过围绕阿司匹林而展开的功能的介绍，我们可以了解到Chemoffice的一些基本功能的应用，如结构的绘制，优化及基本信息的输出等。3.3 预测心得安核磁共振化学位移10ChemDraw可以根据结构式预测分子的1H和13C核磁共振化学位移。心得安是一种心血管药物，是-阻断剂，能抑制心脏的收缩率，避免过度兴奋和阻止神经冲动，保证心壁平滑肌的收缩。现在我们来预测心得安1H和13C核磁共振图谱。绘制心得安的结构式，并选中此结构。执行【Structure】/【Predice 1H-NMR-Shifts】菜单命令，则出现心得安1H核磁共振化学位移值及谱图。如图21所示。缩小当前窗口，返回绘制结构式的窗口。执行【Structure】/【Predice 13C-NMR-Shifts】菜单命令，则出现心得安13C核磁共振化学位移值及谱图。如图22所示。 图 21 预测心得安的1H核磁共振图谱图 22 预测心得安的13C核磁共振图谱 手中有了这样两张预测图谱，再去实测样品的核磁共振，必然成竹在胸了。3.4 探讨1，2-二氯乙烷处于不同构象时，内旋转势能的变化C-C单键在保持键角（）不变情况下是可以内旋转的，然而这种内旋转是受阻的，必须消耗一定能量以克服内旋转势垒。下面我们来探讨。（1）使用单键工具建立乙烷球棍模型。（2）使用选取按钮，双击C（1）上的H（4）原子，在弹出的输入框中输入“Cl”，按回车键。（3）双击C（2）上的H（8）原子，在弹出的输入框中输入“Cl”，按回车键。这样模型就变成了1，2-二氯乙烷，两个Cl处于交叉位置。（4）按“Ctrl+A”全选模型，再执行执行【Tools】/【Clean Up Structure】菜单命令，整理结构。（5）执行【MM2】/【Minimize Energy】菜单命令，优化能量至最小值。最终得到1，2二氯乙烷模型，如图23所示。（6）执行【MM2】/【Computer Properties】菜单命令，弹出【Computer Properties】对话框，如图24所示。 图23 1，2二氯乙烷模型 图24 【Computer Properties】对话框（7）单击按钮开始计算。我们可以看到在窗口下面的消息栏上有“The Steric energe for frame 1：3.384kcal/mol”之类的消息说明，这里的“3.384kcal/mol”即为旋转势能。我们可以点击下面的【展开按钮】（见图25），则可查看消息详情。（8）将计算结果记录下来。（9）使用选取按钮单击C（1）选中之，双击左上角的【旋转按纽】（见图26）。 图25 旋转、展开按钮 图26 旋转角输入框（10）在弹出的输入框中输入旋转角“10”，如图1-28所示。（11）单击按钮，C（1）顺时针转过10。（12）重复执行步骤（6）（11），以10为增量计算计算势能直到360为止，记录所有角度和势能数据。实际上我们只需要计算到180就可以了，因为之后的势能数据和前面的数据是对称分布的，最终得到旋转角度与势能的对照表，如表1-1所示。 表1旋转角势能旋转角势能旋转角势能旋转角势能03.3841005.81720013.1993008.740103.7581105.30621010.8283108.297204.7041205.5152208.4513207.298305.9911306.5382306.5383305.991407.2981408.4512405.5153404.704508.29715010.8282505.3063503.758608.74016013.1992605.8173603.384708.53817014.9382706.765807.79218015.5202807.792906.76519014.9382908.538此时，根据上面的数据，我们可以通过绘图工具绘出1，2-二氯乙烷的势能对旋转角度的关系图。如图所示。 图27 1，2二氯乙烷旋转势能3.5 物理化学数据及化学反应的查询ChemFinder的强大查询功能是基于其智能型的快速化学搜索引擎和丰富的数据库，可以根据结构式、分子式、化学名称、相对分子质量、化学反应来检索。l 根据分子式（C6N1-2）查询：打开DEMO数据库，点击按钮，此时，表格被清空。如图28。 图 28 DEMO数据库文件在数据库的分子式窗口（Formula）中输入C6N1-2，表示要查询的分子式里含有C6N1或者是 C6N2。单击回车，再单击，则可以例表查看，如图29所示。 图 图 29 列表查看在图28中，我们也可以通过输入其他信息来查询，同样也能得到上表。l 查询有格氏试剂参加的化学反应：打开ISICCO数据库，点击按钮，清空表格，在反应窗口中单击右键，选择【Edit in ChemDraw】，同时选中菜单中的【Structure】，在ChemDraw文档编辑窗口中输入如图30 中的格氏试剂结构，然后退出，回到ChemFinder窗口。在Search菜单中，使Substructure和Similarity只有前者被选中。单击按钮，进行查询。状态栏上显示有3个查询结果。在View菜单中选择Date Table即可方便浏览。如图31，与查询内容相对应的部分，在窗口中会以红色表示。箭头表示对化学学反应的反应物、生成产物以及某类特定的反应类型进行查询。 图 30 ChemDraw中输入的查询内容3.6 绘制简单的蒸馏装置在ChemDraw内部提供了许多实验常见的玻璃仪器模板，利用它，我们可以很快的绘制一些简单的实验装置。（1） 执行【View】/【Other ToolBars】/【Clipware，part1】菜单命令，将Clipware，part1模板打开。同样，将Clipware，part2模板打开。（2） 在【Clipware，part1】和【Clipware，part2】中依次选择合适的铁架台、铁夹、加热器、单口烧瓶、蒸馏头、温度计、直行冷凝管、接收器等模板、并将其绘制出来。（3） 将玻璃仪器在磨口处拼接好。则安装完成的简单蒸馏装置如图32所示。图 31 图 32 蒸馏装置4 关于ChemOffice的视频素材 为了能够更好的说明ChemOffice强大的功能，利用屏幕录像专家及会声会影工具制作了ChemOffice的视频操作，素材如下（图16）： 图16 视频素材5 心得体会：（1） 本文简介了ChemOffice的组成和基本功能，并通过综合实例探讨了ChemOffice在化学领域中的应用。（2） 对于ChemOffice软件，ChemDraw是ChemOffice中最为常用的部分是国际上绝大多数杂志制定的论文排版软件，为不同的杂志备有不同的模板，应用