材料加工工艺

1、第四章 化学构造的可视化 2022/8/21.本章主要内容： 化学构造的表示和可视化 ISIS/Draw的运用 Chem Window的运用 ChemDraw的运用 Chem3D的运用2022/8/21.第一节 化学构造的表示和可视化计算机图形学分子图形学分子构造显示分子建模技术分子图形学采用计算机图形技术处置分子构造的显示和操作分子建模技术是分子图形学的一个重要分支，它包括三维分子构造的构建、操作及其物理化学性质的表示2022/8/21.一、化学构造的表示命名法线型编码法二维平面构造三维空间构造分子外表构造 2022/8/21.命名法IUPAC: 2-amino-3-phenylpropan

2、oic acidFormula: C9H11NO2, C6H5CH2CH(NH2)CO2H苯基丙氨酸的各种化学构造表示：Systematic name: phenylalanine线型编码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用线性顺序数字、字母的字符串表示化合物构造缺陷：短少直观性，需求学习专门的编码规那么2022/8/21.二维构造：原子以元素符号表示，线条表示化学键，简单表示分子中化学键的拓扑构造

3、三维构造：表示出分子中原子在三维空间的位置信息，笼统、逼真表示出分子真正构造外表构造：在分子外表添加分子性质信息如静电势等2022/8/21.二进制的计算机计算机绘制的构造图形计算机内部表达方式的建立 矩阵方式衔接矩阵间隔矩阵关联矩阵成键矩阵键-电子矩阵分子中不同原子和成键类型可运用不同方式的矩阵表示2022/8/21.C1C2C3C4C5C6C7C8C9O10O11N12C1010002000000C2102000000000C3020100000000C4001020000000C5000201100000C6200010000000C7000000010000C8000000101001

4、C9000000010210O10000000002000O11000000001000N12000000010000 成键衔接表：表示分子中成键衔接的方式二、 二维化学构造的表示和可视化第一行和第一列代表分子中的原子带编号2022/8/21.2. 最常用的绘制二维化学构造的软件 ISIS/Draw ChemWindows ChemSketch ChemDraw2022/8/21.1. 分子三维表示法 坐标表 间隔矩阵三、 三维化学构造的表示和可视化二维化学构造描画分子中原子的衔接，三维化学构造描画分子中原子在三维空间的陈列位置。相比之下，三维空间构造表示更接近分子的真实情况。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直角坐标表 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距离矩阵表表中数字为两个原子之间的间隔2022/8/21.2. 三维空间构造的显示方式线状表示法Line 棒状表示法Stick 最简单的一种，定长的直线表示化学键，直线的交点为原子突出分子的骨架，无立体感较粗的圆棒表示化学键，棒与棒的交界处为原子具有空间立体感2022/8/21.球 棒 表 示 法Ball and Stick 电子云空间填充表示法Space Fill 圆球表示原子，圆棒表示化学键，最常用的分子构造表示方法，不同元素用不同颜色区分用原子范德华半径的圆球来表示原子。表达分子中原子的拥堵程度和分子体积，更

8、接近分子的实践外形2. 三维空间构造的显示方式2022/8/21.ACD/3D ViewerRasMol (ISIS Draw中嵌入)MDL ChimeSymApps (ChemWindow中嵌入)分子构造绘制与建模：Chem3D：综合功能最全面HyperChem：建模和计算功能最强DS ViewerPro：显示功能最正确有机和无机分子、蛋白质和DNA等生物大分子、金属配合物、合成和天然药物等Alchemy 20003. 三维化学构造软件：仅具有显示功能：2022/8/21. 分子外表显示可用于表示分子轨道、电子密度、范德华半径等 分子外表的图形显示方式主要有网格状、立体状和半透明等三种 目前

9、曾经提出多种分子外表的定义，最主要的定义类型有： 范德华外表van der Waals Surface 溶剂可及外表Solvent-Accessible Surface Connolly外表四、 分子外表的显示表示分子真实的空间情况2022/8/21. 范德华外表 半透明图 范德华外表：是由一组表示原子的范德华球堆积构成的原子球外表 Connolly外表：经过优化得到的平滑外表2022/8/21. 溶剂可及外表 网格图 溶剂可及外表 立体图 溶剂可及外表：表示假想的溶剂分子球沿范德华外表运动时，其球心的运动轨迹所得到的面 2022/8/21.美国MDL信息系统公司的化学构造输入软件，其共享版可

10、以从网上免费下载mdli，其特点有： 简一方便； 分子式的下角标能根据化学规那么自动设定； 可以绘制电荷形状、电荷转移等构造表示图； 可以使绘制的分子构造在三维空间内恣意旋转； 内设多种构造模板可供选择；第二节 ISIS/Draw的运用 2022/8/21.ISIS Draw 2.2 的任务窗口作图区工具按钮区2022/8/21.模板下拉菜单23类模板其中 Templates 中提供很多现成的模板以供选择, 有23 张模板页，270 种模板构造，包含内容小至各种官能团、分子组件、电荷符号，大至复杂的杂环、糖类、冠醚、轨道图形，以及各种绘制化学反响式所需的箭头及反响条件标注等。2022/8/21

11、.模板例如2022/8/21.自定义模板菜单和模板工具2022/8/21.图形编辑功能强 可对分子构造图形进展组合或分块处置，支持图文混排。可对分子整体或部分进展放大、减少、旋转等操作 放大旋转2022/8/21.具有一定的计算和检测功能 对于复杂的有机化合物，可以快捷地计算其摩尔质量。并具有构型检测功能 2022/8/21.2022/8/21.支持多窗口任务 支持多窗口操作,可同时运转多个文档,并可在各个窗口间切换，这一功能与Windows 本身具有剪切、复制功能相结合可给作图带来极大的方便 2022/8/21.兼容性好与多数Windows运用软件具有良好的兼容性，所绘制图形和反响式可经过剪

12、贴板或以图形的方式插入到Word、WPS文档中，便于化学论文的书写 2022/8/21.快捷方式栏，主要是常用的官能团与分子模板的工具条，共13个按钮Run Chem Inspector运转化学式检验Open Last Template Page显示最后一个模板页面Draw Previews Temple绘制前一个模板Cyclohexane环己烷构造Cyclopentane环戊烷构造Cycloheptane环庚烷构造1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 132022/8/21.7. Benzene苯构造8. Cyclopentane环戊烷构造9. Cyclopentane环戊烷

13、构造10. Cyclopentadiene环戊二烯构造 11. Cyclopentadiene环戊二烯构造12. Cyclobutane环丁烷构造13. Cyclopropane环丙烷构造 在这个快捷方式栏上，点击鼠标右键还可以定义菜单栏和工具栏以及相应的设置。1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 132022/8/21. Lasso Select绳索选取 2D Rotate2D旋转 Eraser橡皮擦 Atom绘制原子 Single Bond单键 Up Wedge向上楔入 Chain链 Plus加号 Arrow箭头 Atom Map原子图示 Sequence序列 Bracke

14、t括号 Text文本 Straight Line直线 Rectangle矩形纵向工具栏按钮的右下角的“黑三角表示有多重选项，按住鼠标左键然后向右边挪动，出现一个子菜单，选中所需求的按钮即可。2022/8/21.选择操作选择整个分子(常用)选择矩形区域内的目的选择单个目的(常用)可经过按住Shift键不放一次选择多个目的2022/8/21.选择整个分子选择了N原子以及两根CC键2022/8/21.放大、减少操作经过调整周围选择区域进展目的放大、减少、拉伸以及紧缩等操作2022/8/21.旋转操作二维旋转三维旋转2022/8/21.目的属性编辑操作 选择目的后，点击鼠标右键来修正目的属性2022/

15、8/21.原子属性控制同位素电荷自在基字体设置H原子位置编号编号显示位置2022/8/21.化学键属性控制键类型键长线条颜色线条粗细拓扑构造2022/8/21.线条属性控制线型线条粗细线条颜色线的箭头2022/8/21.多边形(圆形)属性控制边框线形填充方式填充颜色透明不透明边框颜色边框粗细2022/8/21.一. 分子构造图的绘制2022/8/21. 在模板工具栏中点击“Benzene苯环图标，并在窗口的适当位置点击， 生成一个苯环。 在模板工具栏中点击“Cyclohexane环己烷图标，点击苯环最右边键的中点，并接一个六元环。在屏幕左侧工具栏中点击“Single Bond单键图标，在苯环和

16、六元环的特定位置点击鼠标并向一定方向迁延，建立侧链构造。操作步骤：2022/8/21.在模板工具栏中点击“Cyclopentane环戊烷图标，在六元环上方的侧链上点击，在其上衔接一个五元环。 在屏幕左侧工具栏中分别点击“Double Bond双键、“Triple Bond三键图标，在二个单键的端部点击，将其接上双键、三键。2022/8/21.2022/8/21 在屏幕左侧工具栏中点击“Atom绘制原子图标，在需求添加显示原子或官能团的位置点击，并用键盘输入该原子或官能团符号本次操作中为N、O原子，或者在下拉菜单项选择择元素符号。 在屏幕左侧工具栏中点击“Up Wedge向上楔入图标，点击六元环

17、上方碳原子并向N原子拖动，生成的实心楔形键表示化学键朝向平面外。点击“Down Wedge向下楔入图标，点击六元环侧方碳原子并向O原子拖动，生成的虚线楔形键表示化学键朝向平面内。.分子立体构造的绘制有两种方法1. 用楔形表示法来反映原子或基团的相对空间位置：前后纸面2022/8/21.2. 以实践察看角度来构建的直观立体构造 (利用3D旋转来实现)2022/8/21. 绘制对硝基苯酚的分子构造； 在工具栏中选择带弧形箭头图标； 在窗口适当位置按下鼠标左键并拖动，并改动弧形的大小和方向，构成一段弧形箭头。 二、电子转移和原子特征的表示1. 电子转移的表示：2022/8/21操作步骤：箭头调整方法

18、：终点位置起点位置调整弯曲程度拖动.2. 原子编号的表示：2022/8/21操作步骤： 运用鼠标选择需求编号的分子或原子； 运用Object/Edit Molecule命令，在Number position弹出窗口中，选择“Auto position，点击“OK按钮后原子编号将自动完成。 需求去掉编号只需反复前述过程，在Number position弹出窗口中，选择“off选项，原子编号将全部消除 .2022/8/213. 电荷的表示：选择N原子，运用Object/Edit Atom命令，在Charge输入框中键入1。 .三、化学反响式的绘制操作步骤： 依次绘制苯、乙酰氯和乙酰苯分子的构造等，

19、并按反响物及生成物的顺序陈列。 点击“Arrow和“Plus工具图标，在窗口适宜位置绘制箭头符号和“+符号，建立一个化学反响式。先绘制一切化合物的构造图，并陈列在适宜位置，再用Plus工具和Arrow工具添加加号和箭头，最后再用Text工具添加反响条件2022/8/21. 点击“Select工具图标，选择一切与反响式有关的图形，包括构造式、箭头、符号等，运用Object/Align/Horizontal命令，再点击Top/Bottom Centers选项，点击“OK按钮，反响式就按上下居中的程度对齐方式陈列。2022/8/21. 化学反响的条件普通放在反响式箭头的上方或下方，多由分子式、分子构造、文字符号等组成。例如，从键盘输入AlCl3，程序会自动调整为AlCl3。 选中一切反响物、生成物、加号和箭头等，运用Object/Group命令，将它们组合为一个整体图形。2022/8/21.小技巧2022/8/21按下输入H2SO4输入H+输入H2O输入SO42-.小技巧按下输入 SO4S2-S输入 H2OSS : superscript 上角标 大写的S2022/8/21.四、化学反响机理表示图的绘制ISIS可绘制简单几何图形及曲线，其中可利用Continuous Line 工具绘制延续折线，然后采用Object菜单中的Smooth选项对曲线进展平滑处置延续折线202