常见化学软件及简单应用

常见化学软件的简单应用 随着化学这个学科的发展，衍生出了许多和化学相关的子学科，例如生物化学、物理化学、有机化学、地质化学、环境化学、材料化学、分析化学、电化学等等。而随着实验内容的精细化和实验耗材成本的增加，采用计算机模拟一些在普通实验条件下无法合成的反应和处理繁琐的实验数据，成为当今化学这个学科的一个重要的实验方法和一种不可或缺的工具。当然，计算机模拟化学反应和处理相应的数据需要借助一些特定的化学软件。而我们所熟知的化学软件有Chemdraw、chemwindow、Gaussview、Encifer、Materialstudio、origin等等。下面介绍几种软件的简单的应用。 1、 利用Chemdraw绘制简单的分子结构 ChemDraw 软件功能十分强大，可以编辑、绘制与化学有关的一切图形，如建立和编辑各类分子式、方程式、结构式、立体图形、对称图形、轨道等，并能对图形进行编辑、翻转、旋转、缩放、存储、复制、粘贴等多种操作。它绘制的图形可以直接复制粘贴到Word中使用。 在进入Chemdraw之后，我们可以看到，在窗体的最左边有一系列的化学键（虚线，实线，双线，粗黑箭头等）还可以看到各种图形，这就是“主工具图标板”，窗体的最上方是“菜单栏”，在窗体中间存在一个空白的作图区称为“编辑区”。根据所要求的分子，我们可以选择相应的分子碎片或者是主工具图标板所提供的工具。例如，我们要构建[Co(NH3)6]3+，我们必须构建一个四角双锥结构。其具体操作是：主工具图标板→templates→stereocenters选择四角双锥结构。即如图1所示。之后选中图的中心，选中工具图标中的“A”即可改写中心原子，采取同样的方法可以在编辑区域的六个键的地方输入“NH3”，即可形成[Co(NH3)6]3+的立体结构。如图2所示。 此外,我们还可以构建不同键型的苯的衍生物。如图3离域大п 图1                                   图3 键形式的苯酚结构和单双键交替出现的苯酚结构。在绘制离域大п键形式的苯酚时，可选择主工具图板上的苯环；而在绘制单双键交替出现形式的苯酚结构时候可选择主工具图板上的苯环，同时也可以利用主工具图标中的单键和双键来画出这种苯酚结构。 除此之外，在我们看文献的时候，经常会碰到些许罕见的未知物，我们可以利用Chemdraw→structure（结构）→convert name to structure将未知物的名字转化成具体的结构，与此同时我们还可以将一些复杂的结构转换成名字即Chemdraw→structure（结构）→convert structure to name。例如在我们将图3中的苯酚中的任一结构绘制到编辑区，选中之后，进行convert structure to name 即可得到Phenol。同样当我们进行convert name to structure时将Phenol输到对话框，即可得到单双键交替出现的苯酚结构。 2、 采用Chemwindow绘制简单的分子结构 在打开Chemwindow之后，同样在编辑区的左边我们会看到主工具图板，在主工具图板可以看到五元环，六元环，不同形式的苯环，各种形式的键等等。同样我们可以利用Chemwindow来绘制图1、图2、图3中的各种图形，如图4。只不过在我们用Chemwindow绘制图4中的各个分子式的时候，所需的八面体构型需要自己来构造。 图4 3、 利用Materialstudio构建简单分子 利用Chemdraw和Chemwindow可以绘制分子结构是，但是分子之间的具体键角，键长和分子的扭曲度我们是无法得知的。而materialstudio中的绘图功能可以帮我们知道这些。 首先，我们来构建苯酚这个结构。打开MS软件，出现名字为3D Atomatics.xsd编辑区。在工具栏→sketch ring→6members，点击3D Atomatics.xsd编辑区即可绘制出六元环（其实可以理解为环己烷），之后在工具栏→sketch atom点击六元环的键即可将其变成双键。在绘制苯环结束后，仍旧用sketch atom这个工具图标在苯环的一个顶点画出一个键之后选中这个键利用Modify elements这个工具图标将其改为氧原子（Oxygen）。如图5. 我们还可以利用工具栏中的Display Style工具图标将其改为Ball and Stick （图6）。同样我们也可以绘制出离域大п键形式的苯酚。在工具栏→sketch ring→6members，按住Alt键点击3D Atomatics 图5 图6 .xsd编辑区即可绘制出离域大п键形式的苯环。用sketch atom这个工具图标在苯环的一个顶点画出一个键之后选中这个键利用Modify elements这个工具图标将其改为氧原子（Oxygen）。我们还可以利用工具栏中的Display Style工具图标选择Ball and Stick 格式（图7）。 图7 除此之外，我们还可以绘制前面提到的[Co(NH3)6]3+配合物，仍旧在3D Atomatics.xsd编辑区内进行。在工具栏上选择Sketch Fragment工具图标→fragment sketch →Metal template→6 coordinate oh (即是八面体配位)同时将中心原子改为Co。点击3D 图8 Atomatics.xsd即可，之后选中六个配位键，选择fragment sketch →ligands→Ammonia即可绘制出[Co(NH3)6]3+的立体结构。如图8. 4、 cif文件的制备 在我们阅读文献的时候，经常会碰到文献资料提供给我们晶体结构文献，但是我们有时却不能用materialstudio将其打开，看不到立体结构。因此我们需要将文献资料提供给我们的结构资料做成能够被materialstudio识别的cif文件。 打开MS软件，出现在我们视野中的是3D Atomatics.xsd编辑区。在菜单栏中选择build→crystal→build crystal出现build crystal对话框在space group中选择文献提供给的空间群，lattice parameters中选择相应的结构参数，之后点击build即可。在3D Atomatics.xsd编辑区即可出现一个六面体图形，之后选择build→add atoms即可弹出对话框，在elements中选择相应的原子，在name中输入原子的名字，在abc中输入文献所给的坐标值，点击add即可添加。最后将所得到的3D Atomatics.xsd有file→export….将文件导出为cif文件。这样在以后阅读文献的时候就可以调出其相应的cif文件研究其结构。 5、 encifer软件编辑cif文件 在4中我们可以利用MS软件来编辑文献资料中的cif文件，使其成为我们方便调用的文件格式。同样我们也可以采用encifer软件来编辑cif文件。不过用encifer来编辑cif文件需要对cif文件的格式有所了解。比如在cif文件的第一行应该是data_**(**指代文件的名字)第二行是_audit_creation_date、第三行是_symmetry_space_group_name_H-M即结构所属的空间群，下面依次是_symmetry_Int_Tables_ number（空间群序号）、_symmetry_cell_setting、对称操作、晶胞参数和原子坐标。只要了解cif文件的构成就可以直接利用encifer来编写cif文件了。