分子图形软件网络教程

分子图形软件网络教程 DS ViewerPro DS ViewerPro 是基于 PC 机硬件平台的显示效果最佳的软件之一，它具有构建、显示、分析和测定分子性质等多种功能: ( 1 )使用 DS ViewerPro 的绘图工具，用户可在屏幕的工作区DS ViewerPro 最新版本是 6.0 版， Accelrys 公司提供 DS ViewerPro Suit 6.0 的 30 天试用版免费软件，它除了不具备建立分子模型等少数功能之外，其他功能与 DS ViewerPro 6.0 基本相同。本节说明 DS ViewerPro 5.0 的使用方法。 DS ViewerPro 5.0 的程序界面由下拉式菜单、水平工具栏、垂直工具栏和工作区等组成，如图 9-7 所示。在工作区中根据不同的工作目的，可以显示分子模型的 3D 窗口，或者显示结构数据的数据表，或者显示分子层次等级的 口。 3D 窗口可用于显示分子模型，并通过 3D 工具对窗口中的模Hierarchy 窗 型进行旋转、平移和缩放，还可以通过绘制工具构建分子模型，并进行文本注释等。 1 (菜单选项介绍 DS ViewerPro 5.0 基本命令是通过选择下拉式菜单中的 命令选项 实现的，程序提供以下 7 个下拉菜单: ( 1 ) File (文件)菜单有: New (建立新文件)、 Open (打开已有文件)、 Open Location (在互联网上打开文件)、 Close (关闭文件)、 Save (存盘)、 Save as (将文件另存为)、 Print (打印)、 Print preview (打印预览)、 Print setup (打印设置)、 Send (通过 E-mail 发送)、 Exit (退出程序)等选项。 图 9-7 DS ViewerPro 5.0 的程序界面 ( 2 ) Edit (编辑)菜单有: Undo (取消上一个操作)、 Redo (重复上一个操作)、 Cut (剪切)、 Copy (复制)、 Paste (粘贴)、 Delete (删除)、 Paste from (从指定位置粘贴)、 Select all (全部选择)、 Select (选择)、 Group (将选定的( 3 ) View (显示)菜单有: Display Style (显示模式)、 Color (颜色)、 Reset Rotation (恢复旋转前状态)、 Fit to Screen (在窗口合适位置显示模型)、 Center (在窗口中间显示模型)、 Animate (动画显示)、 Spin (自动旋转显示)、 Full Screen (全屏显示)、 Show (显示)、 Hide (隐藏)、 Show All (显示窗口中的全部( 6 ) Window (窗口)菜单有: New 3D Window (新建三维分子模型窗口)、 New Stereo 3D Window (新建三维立体分子模型窗口)、 New Hierarchy Window (新建层次结构窗口)、 New Data Table (新建数据表窗口)、 Cascade (叠层显示窗口)、 Tile Horizontal (水平平铺显示窗口)、 Tile Vertical (垂直平铺显示窗口)、 Title Molecules in Windows (将窗口中分子平铺显示)、 Arrange Icons (重排图标)、 Close All (关闭所有窗口)等选项。 ( 7 ) Help (帮助)菜单有: Contents (目录)、 Index (索引)、 Tip of the Day (每日一题)、 About ViewerPro (关于信息)等选项。 2. 工具栏介绍 除了上述菜单指令以外， DS ViewerPro 还提供了各种 工具图标 。在菜单栏下方有水平工具栏，水平工具栏共有 22 个工具图标。按从左至右的顺序分别是: New (建立新文件)、 Open (打开已有文件)、 Save (存盘)、 Print (打印)、 Cut (剪切)、 Copy (复制)、 Paste (粘贴)、 Fit to Screen (在窗口合适位置显示模型)、 Display Style (显示模式)、 Measure (结构数据)、 Calculate Properties (计算分子性质)、 Add Hydrogens (加氢)、 Hide Hydrogens (隐藏氢原子)、 Single Bond (单键工具)、 Double Bond (双键工具)、 Aromatic Bond (芳香键工具)、 Triple Bond (三键工具)、 Change Element (改变元素)、 Clean Structure (构建结构模型)、 Coordinate Kick (通过坐标变化构建同分异构体)、 Dreiding (能量优化)、 Torsion Kick (通过扭角变化构建同分异构体)。上述工具栏图标是系统安装后的默认图标，用户可以使用 View , Toolbars 命令增减其它工具图标的显示，也可以通过 Customize 选项定制自己个性化的工具栏图标。 在主窗口的左侧还有垂直工具栏，垂直工具栏共有 13 图标，用于屏幕显示、选择、控制和建立分子模型。按从上至下顺序分别是: Select (选择， F5 )、 Rotate (旋转， F6 )、 Translate (平移， F7 )、 Zoom (尺寸缩放， F8 )、 Torsion (旋转扭角)、 Sketch (绘制结构)、 Ring (绘制环状结构)、 Chain (绘制链状结构)、 Annotation (注释文本)、 Text Box (带框注释文本)、 Text Callout (带指向框注释文本)等。最后二个工具图标只有在使用层次结构窗口才可使用，它们是: Select (选择)、 Display (显示)。 在点击某一工具图标之后，在屏幕最下方的状态栏会显示该图标的操作帮助提示。使用垂直工具栏的工具时，还要注意以下要点: ( 1 )如果要将“ Select ”(选择)工具的选择方式由“ Lasso ”(套索)改为“ Rubber band box ”(矩形框)可使用 View , Options , Tool 命令更改。 ( 2 )完成了一个选择操作后，如要进行多个对象的同时选择，可按下 “ Shift ”键 ，再进行另一个选择。 ( 3 )使用“ Torsion ”(旋转扭角)工具时，先要点击构成扭角的中间化学键，再进行拖拉旋转。 ( 4 )如果工作区中存在多个 分子或对象 ，要对某一个分子或对象进行旋转或平移操作，可先选择该分子或对象，按 “ Ctrl ” 键，再进行“ Rotate ”(旋转)或“ Translate ”(平移)操作。 ( 5 )如要选择某一分子，可双击分子中任一个原子或键。 ( 6 )使用键盘的四个光标移动键(左、右、上、下)，也可以对分子结构进行 X 、 Y 轴旋转。使用键盘上“ Page Up ”和“ Page Down ”键，也可对分子结构进行缩放操作. 使用 DS ViewerPro 具有绘制分子模型 的基本功能。图 9-8 是 Luciferin (虫萤光素)分子二维结构图。现以此结构为例，说明构建分子模型的过程: 图 9-8 Luciferin (虫萤光素)分子二维结构图 ( 1 )绘制分子结构时，程序默认的显示方式是球棒方式( Ball and Stick )，如要将显示方式改为直线式( Line )，可使用 View , Options , Sketch and Clean , Default Sketch , Line 命令。 ( 2 )点击垂直工具栏上“ Ring ”(环状)图标，按 “ Ctrl ” 键，画有大π键的。。。在窗口中适当位置点击拖拉形成一个苯环结构(原子序号 1-6 )。在原子 2 、 3 之间点击拖拉生成一个并接的五元环(原子序号 7-9 )。 ( 3 )使用“ Sketch ”(绘制)工具，点击原子 8 ，向左拖拉后双击，生成原子 10 。再使用环状( Ring )工具，点击原子 10 向左拖拉，生成五员环。 ( 4 )使用“ Sketch ”(绘制)工具，点击原子 12 ，生成原子 15 。再从原子 15 生成原子 16 和 17 。另外，从原子 5 生成原子 18 。 ( 5 )使用“ Select ”(选择)工具，点击原子 7 ，按 “ Shift ” 键，同选同改~点击原子 11 ，从键盘输入“ N ”，原子 7 和 11 的元素由碳改变为氮(蓝色)。同样，将原子 16 、 17 、 18 的碳原子改变为氧原子(红色)。最后，将原子 9 、 14 的碳原子改变为硫原子(橙色)。 ( 6 )使用“ Select ”(选择)工具，点击原子 7 、 8 中间部分，选择单键 7 , 8 ，按 “ Shift ” 键，选择单键 10 , 11 和 15 , 16 ，再在工具栏上点击“ Double Bond ”图标(双键)，将以上三个单键改变为双键。 ( 7 )点击水平工具栏上“ Add Hydrogens ”(加氢)图标，增加了 8 个氢原子(序号 19-26 )。 ( 8 )点击水平工具栏上“ Clean Structure ”(建模)图标，程序会根据各元素的键级和杂化方式给出标准化的键长、键角和扭角， 使 分子模型的构型较为合理。 ( 9 )点击水平工具栏上“ Dreiding ”(能量优化)图标，程序根据 Dreiding 分子力学方法进行能量优化，优化收敛后得到一个局域最小点的构型。 使用垂直工具栏上相应的工具，可实时地对分子模型进行旋转、平移和缩放操作，以取得最佳的视觉效果。使用“ Rotate ( F6 )”工具对分子进行三维旋转操作(拖动鼠标左键可沿 X 、 Y 轴方向旋转，或按 “ Shift ” 键的拖动可沿 Z 的旋转)，使用“ Translate ( F7 )”工具进行平移操作(拖动鼠标左键使模型在窗口DS ViewerPro 程序提供了多种原子显示模式。对于普通分子，主要有线形( Line )、棒状( Stick )、球棒状( Ball and Stick )、比例球棒状( Scaled Ball and Stick )、空间填充( CPK )、多面体( Polyhedron )等模式。点击工具栏上的“ Display Style ”图标(“ Ctrl+D ”)，在 Display Style (显示方式)窗口的 Atom 选项中，选择合适的显示方式，如图 9-9 所示。另外，还可以根据需要在 Stick 、 Ball 、 CPK 输入数值，改变棒、球和填充球的大小。在 Color By 的下拉菜单具有以下显示颜色类型: Element 、 Parent Color 、 Charge 和 Molecule 等。在 Custom 选项中，用户可以自行定义所喜爱的颜色。 以虫萤光素为例，图 9-7 的左边部分是原子的线状图显示，图 9-10 是棒状图显示，图 9-11 是球棒状图显示，图 9-12 是比例球棒状图显示，图 9-13 是空间填充图显示，图 9-14 是铱化合物的中心铱原子的多面体显示。 -9 原子显示模式的选择 图 9 图 9-10 Luciferin (虫萤光素)的棒状图 图 9-11 Luciferin (虫萤光素)的球棒状图显示 图 9-12 Luciferin (虫萤光素)的比例球棒状图显示 图 9-13 Luciferin (虫萤光素)的空间填充图显示 图 9-14 铱化合物的中心铱原子的多面体显示 2 (标记显示( Label ) 使用 Tools , Labels , Add … 命令(或右键点击工作区窗口选择 Labels )，可弹出标记窗口，如图 9-15 所示。在 Object 的下拉菜单有以下选项: Atom 、 Bond 和 Molecule 。在 Attribute 的下拉菜单有以下选项: ID 、 Name 、 Parent 、 PartialCharge 和 XYZ 。使用 Tools , Labels , Remove 命令，可以 删除已经增加的标记。 图 9-15 设定标记窗口 3 (蛋白性质显示( Protein ) 点击工具栏上的“ Display Style ”图标(或“ Ctrl+D ”)，再选择 Protein 选项，可进入蛋白质显示设定窗口，如图 9-16 所示。由于蛋白质分子的复杂性和特殊性，显示蛋白质分子时有不同的显示方法， Protein 显示选项中含有 7 种显示 Ca Stick 、 Line Ribbon 、 Flat Ribbon 、 Solid Ribbon 、 方式: Ca Wire 、 Tube 、 Schematic 。在 Color By 的下拉菜单有以下选项: Residue 、 Hydrophobicity 、 pKa 、 CApha 、 Secondary Type 、 AminoAcidChain 、 Molecule 和 Cell 。图 9-17 是 Protease (蛋白酶)的示意( Schematic )显示模式。 图 9-16 蛋白质显示设定窗口 图 9-17 Protease (蛋白酶)的示意( Schematic )显示模式。 4 (脱氧核糖核酸 / 核糖核酸的显示( DNA/RNA ) 点击工具栏上的“ Display Style ”图标(或“ Ctrl+D ”)，再选择 DNA/RNA 选项，可进入脱氧核糖核酸 / 核糖核酸的显示设定窗口，如图 9-18 所示。 DNA/RNA 的 Backbone 选项中有 Arrows 和 Tubes 显示方式。 Base Pairs 选项中有 Ladder 和 Rings 显示方式。在 Color By 的下拉菜单有以下选项: Residue 、 Base Type 、 NucleicAcidChain 、 Molecule 和 Cell 。 使用 Windows , New Hierarchy Windows 命令，能以纵向平铺方式显示结构 层次窗口( Hierarchy 窗口)和 3D 窗口。结构层次窗口用于显示 3D 窗口分子模型的结构层次。对于一个小分子，在该窗口中只显示分子及其所含的原子两个层次的信息。对于一个生物大分子，则可以分别依次显示蛋白质分子、肽链、官能团和原子等层次信息。点击“ + ”可扩展显示层次，点击“ - ”则可缩减显示层次，它类似于 Windows 中的文件夹的树状结构。用户可以根据分子模型的结构，在结构层次窗口中选择一个或数个对象(原子、化学键、核酸、氨基酸链、核酸链、氨基酸链)，则在 3D 窗口中的图形部分也作了对应的选择，再使用 View , Show 、 Hide 、 Show all 、 Show Only 等命令，控制该部分显示或者不显示。在结构层次窗口的选择和显示，也可使用垂直工具栏最下方的“ Select ”和“ Display ”工具。结构层次窗口的使用对于显示复杂大分子的子结构带来了很大的方便。图 9-19 是酵母 DNA 碎片和蛋白质二聚体的显示图及结构层次窗口。 图 9-18 DNA/RNA 显示设定窗口 图 9-19 酵母 DNA 碎片和蛋白质二聚体的显示图及结构层次窗口 5 (晶胞的显示( Cell ) 使用 Tools , Crystal Cell … 命令，可在晶胞构建的窗口进行显示设定，如图 9-20 所示。该窗口还有 Cell Parameters (晶胞参数)、 Style (网格显示方式)、 Space Group (空间群)、 Preferences (参数)等选项，用户可根据需要进行必要的设置。图 9-21 是黄铁矿晶胞图。 图 9-20 晶胞构建的设定窗口 图 9-21 黄铁矿晶胞图 6 (分子表面的显示( Surface ) 使用 Tools , Surface , Add… 命令，可显示分子表面图。表面显示方式有: Solvent (溶剂可及)、 Soft (柔和)、 VDW (范德华)三种方式。图 9-22 是 Luciferin (虫萤光素)的 VWD 的分子表面显示图。 图 9-22 Luciferin (虫萤光素)的 VWD 分子表面显示图 1 (结构参数的测定 DS ViewerPro 可以 计算分子模型的以下结构数据 :键长、键角、非键距离、二面角、氢键和分子表面形态等，这些数据可为分子的进一步研究提供详细的信息。用户自己绘制的分子结构，在测定结构参数前，一般需要对进行分子结构模型进行构建操作( Clean Structure )和能量优化( Dreiding )，使分子模型接近于实际分子状态。 如果要在显示分子模型时，进行结构参数的监测，可使用选择工具，点击或拖动鼠标选择需要 测定的对象 (包含的分子、原子和化学键等)。例如，计算键长要同时选择构成化学键的两个原子(黄色显示)，计算键角要同时选择形成键角的三个原子。然后使用 Tool , Monitors 命令，并从中选择以下的具体选项: Distance (距离)、 Angle (角度)、 Torsion (扭角)、 Centroid (质心)、 Chirality (手性)、 Hbond (氢键)、 Bump (原子接触)、 Structure (结构)。此时屏幕上将显示测定数据和标识，如果要删除以上显示的数据信息，可使用 Tool , Monitors , Remove 命令。 DS ViewerPro 默认显示窗口是显示分子模型的 3D 窗口，使用 Window , New Data Table 命令可以 打开数据表窗口 ，此时在屏幕上将出现 一个数据表格窗 口( Data Table Window )。对于普通小分子，数据窗口可以给出三类分子数据，分别为分子( Molecule )数据、原子( Atom )数据和化学键( Bond )数据表。对于蛋白质等大分子还可以显示核酸、氨基酸和 肽链的结构信息 。显示的项目随分子结构模型的不同而有所不同。分子数据表可给出分子名称、分子中原子数目、分子式、相对分子质量、分子体积等数据。原子数据表可给出原子编号、元素名称和符号、杂化类型、荷电状态和手性构型等数据。化学键数据表给出化学键的类型和长度。当进行分子模型的结构数据的监测时，计算的所有数据在数据表中也都有专项显示。例如测定了距离、角度和氢键以后，在数据窗口中将出现上述测定结果表。晶胞数据可以使用 Tools , Crystal Cell 命令得到，包括分子晶胞所有参数和该晶系所属空间点群类型等数据。图 9-23 是酵母 DNA 碎片和蛋白质二聚体的数据表窗口。 -23 酵母 DNA 碎片和蛋白质二聚体的数据表窗口 图 9 2 (数据的输入和输出 DS ViewerPro 除了使用默认的文件格式( .msv )进行输入和输出外，还可使用多种图形文件格式。 DS ViewerPro 可直接打开多种著名的图形格式文件，这为用户读入其它图形软件的输出文件提供很大的方便，使软件的适应能力大大增强。这些图形文件格式有: Viewer 、 Brookhaven PDB 、 MDL MOL 、 Insight II CAR 、 Cambridge Crystallographic 、 Quanta 、 Sybyl MOL2 、 Cerius2 、 Catalyst 、 Catalyst Query 、 Crystallographic Information 、 XYZ Coordinate 、 MDL Sketch 、 Insight II Grid 、 Viewer Script 和 Smiles 。 DS ViewerPro 还提供了通过互联网输入数据的途径，使用 File , Open location 命令，然后输入目标网络地址，就可以打开网络上的分子模型图形文件。 DS ViewerPro 可将分子结构数据和分子结构图形通过 Windows 的剪贴板直接粘贴到其它应用程序。将 3D 窗口的分子图形拷贝后，粘贴(内嵌)到 Word 或 PowerPoint 文件中，双击这些文件中 DS ViewerPro 图形，可启动 DS ViewerPro 程序，直接进行修改。选择数据表格的单元格中数据，通过拷贝可将数据粘贴到 Excel 中。 DS ViewerPro 可以输出很多不同格式的图形文件。这些图形文件格式有: Viewer 、 Brookhaven PDB 、 MDL MOL 、 XYZ Coordinate 、 Catalyst 、 Catalyst Query 、 VRML World 、 POV-Ray Scene 、 GIF 、 JPEG 、 Bitmap 和 PNG 。其中 VRML World 格式的图形文件( .wrl )最具特色，用户可使用专用的浏览器，形象、生动地显示 VRML 格式的分子图形。 DS ViewerPro 还可将分子图形和结构数据作为附件通过 E-mail 发送。 3 (动画播放 DS ViewerPro 可创建和显示动画。用户可新建一个未命名文件，并在其中绘制(或输入)多个分子图形，然后将全部分子图形以特定的文件格式( .MOL 、 .XYZ 、 .CPD 、 .SMI )存盘。播放动画时，使用 View , Options , Import , Create Animation from Multiple Molecules 命令。打开以上特定格式的文件，动画不会自动播放，屏幕显示动画的第一帧，使用 View , Animate 命令可进行播放，也可通过 Animation 工具栏的工具控制动画的播放。 除了上面介绍的基本操作以外，利用 DS ViewerPro 软件还可以进行多种高级操作。例如， Coordinate Kick (通过坐标变化构建同分异构体)、 Torsion Kick (通过扭角变化构建同分异构体)、复杂分子特殊参数测定的显示等功能，请用户参阅在线说明书学习使用。 ChemOffice Chem3D Ultra 9.0 的图形界面与以前版本有很大的区别，如图 9-24 所示，它对菜单栏做了很大的调整，而且增加左、右、下部的弹出式自动隐藏窗口。 图 9-24 Chem3D Ultra 9.0 的图形界面 1 (菜单栏 Chem3D 9.0 的操作可使用下拉菜单中各项选项实现，程序提供了以下 10 个菜单，在某些菜单下还有子菜单，以下介绍各个菜单的选项: ( 1 ) File (文件)菜单有: New (新建)、 Sample File (样例文件)、 Open (打开)、 Import File (导入文件)、 Close Window (关闭窗口)、 Save (保存)、 Save as (另存为)、 Revert to Saved (返回已保存状态)、 Print Setup (打印设置)、 Print Preview (打印预览)、 Print (打印)、 Model Settings (模型设定)、 Preferences (参数选择)、 Exit Chem3D Ultra (退出)等选项。 图 9-25 模型设定和参数选择的窗口 Model Settings (模型设定)和 -25 是模型设定和参Preferences (参数选择)是二个重要参数的设定选项。图 9 数选择的窗口。 Model Settings (模型设定)窗口具有以下选项: Model Type (模型类型)、 Model Building (模型构建)、 Atom Display (原子显示)、 Color & Fonts (颜色和字体)、 Movie (动画)、 Stereo & Depth (立体和深度)。 Preferences (参数选择)窗口具有以下选项: General (常规)、 OpenGL ( OpenGL 图形库)、 GUI (图表用户界面)、 Popup Info. (弹出信息)、 ChemDraw (二维图形软件 ChemDraw )、 Dihedral Driver (二面角驱动)。用户可 以选择以透明背景保存模型图片 ; 可以设置输出图片的分辨率，也可使用显示器分辨率输出图形( 96DPI );可以决定是否在图形中显示 H 原子 ; 可以设置默认的输出路径。另外，可以 Set As Default ( 将当前设定设为默认值 )， 这样为不同使用习惯的用户就提供了更大的便利。 ( 2 ) Edit (编辑)菜单有: Undo (撤销)、 Redo (重复)、 Cut (剪切)、 Copy (复制)、 Copy As (复制为)、 Paste (粘贴)、 Paste Special (特殊粘贴)、 Clear (删除)、 Select All (全选)、 Select Fragment (选择碎片)等选项。 ( 3 ) View (视图)菜单有: Parameter Table (参数表)、 Toolbars (工具栏)、 Model Explore (模型资源管理器)、 ChemDraw Panel ( ChemDraw 面板)、 Cartesian Table (直角坐标表)、 Z-Matrix Table ( Z 矩阵表)、 Measurement Table (测量表)、 Output Box (输出框)、 Comments Box (注释框)、 Dihedral Chart (二面角图)、 Align with (对齐)、 Model Display Mode (模型显示模式)、 Show Atom Labels (显示原子标记)、 Show Serial Number (显示序号)、 Show Atom Dots (显示原子电子云)、 Show H?s and Lp?s (显示氢原子和孤对电子)、 Red & Blue (红篮模式)、 Chromatek Glasses (以深色显示)、 Stereo Pairs (立体对)、 Perspective (透视图)、 Depth Fading (深 色隐没)、 Background Color (背景颜色)、 Color By (取色)、 Full Screen (全屏)等选项。 ( 4 ) Structure (结构)菜单有: Measurement (度量)、 Fit (调整)、 Center Model (居中模型)、 Reflect (反射)、 Set Z-Matrix (设置 Z ,矩阵)、 Detect Stereochemistry (探测立体化学)、 Invert (反转)、 Deviation From Plane (偏离平面)、 Add Centriod (增加质心原子)、 Rectify (矫正)、 Clean Up (清除)、 Overlay (覆盖)、 Dock (对接)等选项。 ( 5 ) Calculation (计算)菜单有: Calculation Results (计算结果)、 Stop (停止)、 Dihedral Driver (二面角驱动)、 Extended Huckel (扩展 Huckel 方法)、 MM2 ( MM2 分子力场)、 Compute Properties (计算分子性质)、 Gamess ( Gamess 程序)、 Gaussian (高斯程序)、 Mechanics (分子力学)、 MOPAC ( MOPAC 方法)等选项。 ( 6 ) Surfaces (表面)菜单有: Choose Surface (选择表面)、 Radius (半径)、 Display Mode (显示模式)、 Color Mapping (彩色绘图)、 Surface Color (表面颜色)、 Resolution (分辨率)、 Molecular Orbital (分子轨道)、 Iso ( 等高线) 、 Color A ( 正电荷 颜色)、 Color B ( 负电荷 颜色)等选项。 ( 7 ) Movie (动画)菜单有: Play (播放)、 Stop (停止)、 First Frame (第一帧)、 Previous Frame (前一帧)、 Movie Process (影片进程)、 Next Frame (下一帧)、 Last Frame (最后一帧)、 Delete (删除)、 Delete All (全部删除)、 Record (录制)、 Spin About X Axis (绕 X 轴旋转)、 Spin About Y Axis (绕 Y 轴旋转)、 Spin About Z Axis (绕 Z 轴旋转)、 Spin About Selected Axis (绕所选轴旋转)、 Spin About Bond (绕化学键旋转)等选项。 ( 8 ) Online (在线服务)菜单有: Find Suppliers on ChemACX.Com ( 从 ChemACX.com 查找供给商 ) 、 Find Information on ChemFinder.Com ( 从 ChemFinder.Com 查找信息 ) 、 Find Structure from PDB ID ( 从 PDB ID 查询结构) 、 Find Structure from ACX Number ( 从 ACX 编号 查找结构 ) 、 Find Structure from Name at ChemACX.com ( 从 ChemACX.com 查找结构 ) 、 Browse ChemStore.Com (浏览 ChemStore.Com 网站)、 Browse CambridgeSoft.Com (浏览 CambridgeSoft.Com 网站)、 Browse CambridgeSoft Documentation (浏览 CambridgeSoft.Com 文件)、 Browse CambridgeSoft Technical Support (浏览 CambridgeSoft.Com 技术支持)、 Browse CambridgeSoft Downloads (浏览 CambridgeSoft.Com 下载)、 Register Online (在线注册)、 Browse ChemOffice SDK (浏览 ChemOffice SDK )等选项。 ( 9 )窗口菜单( Window )菜单有: Cascade (层叠)、 Tile (并排)、 Arrange Icons (排列图标)、 Close (关闭)、 Close All Window (关闭所有窗口)。 2 (工具栏 Chem3D 9.0 有 6 个工具栏: Standard (标准)、 Building (建模)、 Model Display (模型显示)、 Surface (表面)、 Movies (动画)、 Calculation (计算)。表 9-1 是 Chem3D 9.0 的主要工具栏的工具图标: 图标 Zoom ，缩放 Singel Bond ，单键 Double Bond ，双键 Trible Bond ，三键 Dummy Bond ，哑键 Build From Text ，文本构建 Eraser ，删除 No Calculation Running ，没有运行计算 Calculation Running ，正在进行计算 MM2 能量优化 MM2 minimize ， Stop running ，停止计算的运行 Model Display Mode ，分子显示模式 Background Color ，工作区背景颜色 Redblue Glasses ， 红蓝眼镜的立体显示 Chromatek Glasses ， 深色眼镜的立体显示。 描述 Select ，选择 Rotate ，旋转 Depth Fading ，深度 阴影显示(前亮后暗) Atom Label ，显示元素符号 Serial Number ，显示原子序号 Full-screen ，全屏显示 Demo ，演示 Surface ，分子表面显示 Display Mode ，显示模式 Solvent Radius ，表面溶剂原子半径 Color mapping ，分子表面的彩色模式 Surface Color ，表面显示的颜色 Resolution ，模型显示的分辨率 Molecular Orbital Select ，选择分子轨道 Isocontour ，网格等高线 Positive Amplitude Color ，正电荷颜色 Negative Amplitude Color ，负电荷颜色 图标 描述 Stereo Pair ， 显示一对有立体感的结构 Perspective ， 透视显示(前大后小) 表 9-1 Chem3D 9.0 的主要工具栏的工具图标 Chem3D 9.0 在工作窗口的左、右边框上增了 Model Explorer (模型管理器)和 ChemDraw Panel ( ChemDraw 面板)的弹出式窗口功能。用户使用 View , Model Explorer (“ Ctrl+E ”)命令激活模型管理器，使用 View , ChemDraw Panel (“ Ctrl+W ”)命令可激活 ChemDraw 程序。除了模型管理器和 ChemDraw 面板是 Chem3D 固定在工作窗口的左、右边框上，其它的显示窗口(如 Output 、 Measurement 等)可拖放在上、下、左、右四个边框上。所有窗口都具有自动隐藏的功能，点击窗口右上角的“ Auto Hide ”图标，可实现自动收缩隐藏的效果，将光标移到 Chem3D 9.0 的工作区窗口( 3 )点击“ Rotate ”(旋转)工具图标后，当光标处于工作区的四边时，会显示出上下左右四边区。光标 在上和下边区做水平拖动时，分子图形分别沿 Z 轴( Rotate About Z Axis )和 Y 轴( Rotate About Y Axis )旋转。光标在右边区做垂直拖动时，分子图形分别沿 X 轴( Rotate About X Axis )旋转。而光标在左边区做垂直拖动时，分子图形分别绕着化学键( Rotate About Bond )旋转，但要先选定一个化学键才有效。在此四个边条位置时，光标的形状均不相同。 ( 4 )当光标处于非边区位置时，四个边区自动隐藏，此时光标呈手形，用户可 按住鼠标左键 上下和左右的拖拉，使分子沿 X 轴和 Y 轴旋转。 ( 5 )如果要进行精确角度的旋转操作，可点击“ Rotate ”(旋转)工具图标 右边的黑色向下三角图标进入旋转角度的转盘设置窗口。在窗口的下部有 7 个小图标，分别对应: X 轴、 Y 轴、 Z 轴、轨迹球、化学键、二面角(一边)、二面角(另一边)。用户要先点击某个图标，选择要旋转的对象，再拖动转盘的指针进行旋转，也可以白色的输入框中，键入具体的数值，按回车键，进行精确旋转。 ( 6 )如果工作区内有多个分子，使用“ Select ”(选取)拖拉出矩形框选定某个分子，此后的旋转操作只针对选定的分子。 图 9-27 是分子旋转操作的窗口，左边是 点击“ Rotate ”(旋转)工具图标的窗口，右边是 旋转角度的转盘窗口。 图 9-27 分子旋转操作的窗口 2 (分子模型的动画 Chem3D 9.0 还有显示动画的功能 ，分子模型 可以绕 X 轴、 Y 轴和 Z 轴转动 ，用户 可以从不同角度观看分子结构 ，获得 更多的信息。具体的操作可在 Movie 菜单(或者 Movie 工具栏)中实现，例如 Movie , Spin About X ( Y 、 Z ) Axis 可实现 绕 X 、 Y 、 Z 旋转。另外，还可以使用 Record (录制)功能，将屏幕最前和最后的二个图形录制为动画的二个帧，多个帧的连续播放就可构成完整的动画。在 Movie 菜单还 有一些通用的播放器控制 选项， 利用它们控制动画的播放 ，观看动画的细节 。 Chem3D 9.0 还可将录制的动画另存为 通用性很强 AVI 视频文件 ，使用 File , Save as 命令 ， 选择 Windows AVI Movie ( *.avi )文件格式 ，并选择合适的压缩算法存储文件 。 3 (分子模型的显示 Chem3D 9.0 的分子模型显示模式有: Wire Frame (线状)、 Sticks (棒状)、 Ball & Stick (球棒)、 Cylindrical Bonds (圆柱键)、 Space Filling (空间填充)、 Ribbons (带状)、 Cartoons (动画)。带状显示是蛋白质的第二级结构显示模式，动画显示是带状结构的立体显示。使用空格键可以进行分子不同显示模式的切换。 由于 Chem3D 9.0 使用 OpenGL 三维图形应用程序接口库 ，如果配置了立体显示的硬件(如立体眼镜)可以观看屏幕显示的立体效果。“ Stereo Pair ”(立体对) 显示两个具有立体效果的分子模型。“ Redblue Glasses ”( 红蓝眼镜) 显示使用 红蓝立体眼镜时的显示模式。 “ Perspective ” (透视)是有距离感的显示 ，距离远的物体显示更小，用户可在 File , Model Settings , Stereo & Depth , Field of 调整透视比例的大小。“ Depth Fading ”(深度阴影)显示将距离较远 的部分以深度阴影的方式表示。“ Atom Label ”(原子标记)可显示原子的元素符号。“ Serial Number ”(序 号)用于显示坐标表中原子序号。 4 (分子结构的输入与输出 Chem3D 9.0 的 支持许多分子图形软件的文件格式，也可支持一些著名的计算化学程序的文件格式， 它为 计算化学程序的运行创造了友好的图形界面，具有直观和方便的效果。 Chem3D 9.0 提供了计算化学程序的良好输入输出接口，这是其显著优点之一。 Chem3D 9.0 可打开 文件格式有 : Chem3D XML 、 Chem3D 8.0 、 Chem3D 3.2 、 Alchemy 、 Cart Coords 1 、 Cart Coords 2 、 CCDB 、 ChemDraw 、 ChemDraw XML 、 Chemical Markup Language 、 Conn Table 、 Gamess Input 、 Gaussian Input 、 Gaussian Checkpoint 、 Gaussian Cube 、 Int Coords 、 ISIS Sketch 、 ISIS Transportable Graphics 、 MacroModel 、 MDL MolFile 、 mmCIF 、 MSI ChemNote 、 MOPAC Input 、 MOPAC Graph 、 Protein Data Bank 、 ROSDAL 、 SDFile 、 SMDFile 、 SYBYL 、 SYBYL2 、 Tinker MM2 Input 、 Tinker MM3 Input 、 Tinker MM3 (Protein) Input 等 32 种。 Chem3D 9.0 可存盘的文件格式除了以上 32 种外，还有 : Bitmap 、 Enhanced MetaFile 、 GIF Compressed Picture 、 JPEG Compressed Picture 、 PNG 、 PostScript 、 QuickDraw3D Metafile 、 TIFF 、 Window AVI Movie 等 41 种。 5 (分子模型的其它操作 Chem3D 9.0 还提供了许多结构操作的功能: Measurement (度量)、 Center Add Centriod (增Model (模型居中)、 Reflect (反映)、 Invert (反转)、 加质心原子)、 Overlay (重叠)、 Dock (对接)等。 Chem3D 9.0 提供丰富的构建三维分子模型的方式。它们分别是: 通过 二维分子模型的转换、 使用 绘图工具绘制模型、 使用文本构建工具构建模型、使用子结构构建模型和 使用坐标表构建模型等 5 种方式。以下介绍分子模型的构建方法: 1 (通过二维分子模型的转换 ChemDraw 和 ISIS/Draw 是二维分子图形绘制软件。 Chem3D 9.0 可以直接读入 ChemDraw 和 ISIS/Draw 格式的文件，也可 ChemDraw 和 ISIS/Draw 界面的二维分子图形直接拷贝到 Chem3D 9.0 的工作窗口，自动将二维图形转换成三维图形。 Chem3D 9.0 将 ChemDraw 整合在同一个平台上，在 Chem3D 9.0 在工作界面嵌入了 ChemDraw 面板，用户可以直接在 Chem3D 9.0 的界面上直接进行 ChemDraw 的操作，而不必另外启动 ChemDraw 程序。 使用 View , ChemDraw Panel (或 Ctrl+W )命令可激活 ChemDraw 面板。使用鼠标左键点击 ChemDraw 面板内的工作区， ChemDraw 面板上部呈蓝色，工作区出现蓝色边框且弹出 ChemDraw 绘图工具栏，表示当前的工作窗口位于 ChemDraw ，如要调出其它 ChemDraw 工具栏可以用右键点击工作区，选择 View 菜单。如果 ChemDraw 面板没有蓝色显示，说明当前工作窗口是 Chem3D 9.0 。点击 ChemDraw 面板右上角“ Auto Hide ”图标，在 Chem3D 9.0 窗口右边的垂直列出现 ChemDraw 标记，此时光标位于 Chem3D 9.0 窗口时， ChemDraw 面板会自动隐藏，光标指向 ChemDraw 标记时，其面板会自动弹出。 图 9-28 ChemDraw 面板上部的工具图标 在 ChemDraw 面板上部有以下的工具图标(如图 9-28 所示): Synchronize (同步)、 Draw>3D add (将 Draw 面板模型增加入 3D 窗口)、 Draw>3D replace (将 Draw 面板模型替换 3D 窗口模型)、 3D>draw (将 Draw 面板模型转入 3D 窗口)、 Cleanup (标准化)、 Clear (删除)、 Lock (锁定)。另外，也可将一个 面板选定部分模型 使用左键并拖拉到另一个窗口，实现二维图形与三维图形的相互转换。 Chem3D 9.0 的默认值是设定 3D 和 Draw 窗口同步动作( Synchronize )，任何一个窗口的图形的变化，另一个窗口也同时具有相应的变化。图 9-29 是 Chem3D 9.0 和 ChemDraw 窗口界面。 图 9-29 Chem3D 9.0 和 ChemDraw 窗口界面 2 (使用 绘图工具绘制模型 利用各种化学键绘图工具可以绘制常用的简单分子结构模型。程序提供 4 种化学键绘制工具: Single Bond (单键)、 Double Bond (双键)、 Triple Bond (三键)、 Dummy Bond ( 苯环键 )。 Chem3D 9.0 默认的绘图工具 是单键工具。点击工具栏上的图标后，图标工具会加亮显示，在工作窗口用鼠标左键单击并拖放 ，放松 鼠标后，就会自动生成三维分子模型。自动加氢和建模是 Chem3D 9.0 绘图的默认设置，即在 File , Model Settings , Model Building 中设定 Correct Atom Types (更正原子类型)、 Rectify (加氢)、 Apply Stander Measurements (应用标准数据)、 Fit Model to Window (最佳窗口位置)的选项。这种设置方式自动化程度高，在绘制小分子较方便，但在大分子的绘制时，分子模型在屏幕上的位置会有很大变化，使得操作更不方便。用户可使用 File , Model Settings , Model Building 命令关闭自动加氢和建模的功能。在完成模型绘制后再加氢和建模，先选择需要加氢和建模和的分子，使用 Structure , Rectify 命令进行加氢，使用 Structure , Clean Up 命令进行建模。如果要改变某一化学键的键级，可先点击该键工具图标，使用左键点击第一个成键原子后再拖拉到第二个成键原子，也可使用右键点击某一化学键，在弹出窗口中选择“ Set Bond Order “进行键级的设置。 3 (使用文本构建工具构建模型 使用“ Build From Text ”(文本构建)工具 可输入元素、原子类型、子结构、电荷和原子编号，或者进行以上各种数据的组合的编辑。使用文本 构建 工具应注意以下事项: ( 1 )在工作窗口的空白位置双击左键可激活文本框。如果工作窗口中的分子模型已经选定了一个原子，则输入框中的内容会增加到选定的原子上。 ( 2 )所输入的文本是区分大小写的。元素符号的正确写法可参照 View , Parameter Tables , Element 元素表中所列出的符号。 ( 3 ) 如果要更改原子的元素符号，单击原子，在白色输入框中键入元素符号。另外，使用其它工具(例如，选择工具或单键工具)时，鼠标双击原子，在白色输入框中键入元素符号也可改变原子类型，输入数字改变原子编号。 使用文本构建工具输入分子表达式，则可以直接生成三维分子模型。例如，点击“ Build from Text ” (文本输入) 图标，此时鼠标的形状发生改变， 在空白的工作窗口双击鼠标左键， 在文本输入框中键入 - 甲基戊烷的分子模型 。 (CH3)CH(CH3)CH2CH(OH)CH3 ，按 回车后可得到 2 图 9-30 是 2- 甲基戊烷的分子模型的二维和三维分子结构。 图 9-30 2- 甲基戊烷的分子模型的二维和三维分子结构 4 (使用子结构构建模型 如果要构建复杂的大分子结构，可利用程序自带的子结构库进行组建。例如，构建蛋白质结构可由氨基酸链接生成的。使用 View , Parameter Tables , Substructure 命令 ， 将选中的子结构拷贝到 工作区， 然后就可以根据自己的需要编辑结构模型。 Chem3D 9.0 子结构库带有 256 种常见的子结构。 5 (使用坐标表构建模型 Chem3D 9.0 以 Cartesian Table (直角坐标表)和 Z-Matrix Table ( Z 矩阵坐标表)两种方式显示分子结构的坐标。使用 View , Cartesian Table 和 View , Z-Matrix Table 命令可激活坐标表显示。在一般情况下，坐标表显示的是已经存在 3D 窗口分子的原子坐标。但是对于模型显示区和坐标表都是空的工作窗口，可以使用坐标表构建分子模型。用户先将文本形式或 Excel 的坐标拷贝到剪贴板，然后在坐标表窗口上点击右键，选择 Paste Cartesian ，就可构建三维分子结构模型。直角坐标的数值可由 4 列构成，第 1 列为元素符号，其它 3 列分别代表相应的 X 、 Y 、 Z 坐标，各列间以空格分隔。 Chem3D 9.0 可很容易地进行分子结构几何参数等数据的测定 ，并以表格形式将结构数据列出。除了列出直角坐标表和 Z- 矩阵表(内坐标)表外，还可测定 键长、键角和二面角等几何结构数据。 ( 1 )将光标指向一个原子就可以显示出原子的元素符号以及编号，将光标指向一个化学键可以显示键长和键级。如果选中 3 个成键原子，当光标指向其中一个原子时还可以显示三个原子生成的键角。如果选中 4 个连接的成键原子，当光标指向其中一个原子时可以显示 4 个原子生成的二面角。如果选中某一个原子，当光标指向另一个非成键的原子时，可显示出二个非键原子的距离。 ( 2 )如果要显示分子的所有几何参数 ( 键长、键角和二面角)，可以使用 Structure , Measurement , Bond Lengths (键长)、 Bond Angles (键角)、 Dihedral Angles (二 面角)命令，在弹出的测量窗口上 ， 可以显示出分子结构的几何参数。图 9 -31 是乙烷分子及其 键长、键角和二面角的数据。 图 9 -31 乙烷分子及其 键长、键角和二面角的数据 Chem3D 9.0 的计算分为分子力学和量子化学两种类型。分子力学计算有 MM2 、 MM3 、 MM3 ( Protein )等分子力场方法，量子力学计算方法有半经验方法( Extended Huckel 、 MOPAC )和从头计算( Gaussian 、 Games )。 Chem3D 9.0 可进行以下的计算: ( 1 ) Extended Huckel : Extended Huckel (扩充的休克尔)是简单的半经验计算方法，使用该方法可进行电荷和表面的计算。 ( 2 ) MM2 : MM2 是 Norman Allinger 及合作者开发的分子 力场 方法，在小分子的有机化学领域应用广泛，使用 MM2 可进行分子构型的能量优化和 分子动力学计算。 ( 3 ) Compute Properties (分子性质计算): Chem3D 9.0 可进行 50 多种 MOPAC 计算的基础上进行的。例分子性质的计算，有些性质 是在 MM2 和 如， ChemPropPro 可 预测 沸点 、 熔点 、临界温度、临界气压、吉布斯自由能、 logP 、折射率、热结构等性质。 ( 4 ) Games : Games 是 著名从头算计算程序。在 Chem3D 9.0 中运行 Games 可进行分子构型的能量优化和分子性质的计算。 Chem3D 9.0 可以创建一个 Games 程序的输入文件，或运行一个已有 Games 输入文件。另外，如果在计算过程中(例如分子构型的能量优化和分子性质计算)进行了参数的设置，用户可将这些设定另存为作业文件，以后再直接运行作业文件。 ( 5 ) Gaussian : Gaussian 是 著名从头算计算程序。在 Chem3D 9.0 中运行 Gaussian 可进行分子构型的能量优化、分子性质计算 (如分子轨道、电荷密度分布等) 和光谱分析。 Chem3D 9.0 可以创建一个 Gaussian 程序的输入文件，或运行一个已有 Gaussian 输入文件，或可运行先前存储的作业文件，为 Gaussian 程序提供了 输入和输出界面，能够显示计算结果的三维分子模型。 ( 6 ) Mechanics (分子力学): Chem3D 9.0 可进行 MM2 、 MM3 、 MM3 ( Protein )分子力场方法的 能量优化和分子性质计算，也可以运行一个已有输入文件，或可运行先前存储的作业文件。 ( 7 ) MOPAC : MOPAC 是著名的半经验计算程序， Chem3D 9.0 可进行 MINDO 、 MINDO/3 、 MINDO-d 、 AM1 和 PM3 等方法的 分子构型的能量优化、分子性质计算( 计算焓变、溶剂能、偶极矩、点电荷、轨道密度等 )、过渡态优化和光谱分析，也可以创建一个 MOPAC 程序的输入文件，或运行一个 已有 MOPAC 输入文件，或可运行先前存储的作业文件。 Chem3D 9.0 程序只提供 Gaussian 和 Games 计算的接口，数据通过该接口转到 Gaussian 和 Games 程序进行真正的计算，并将计算结果返回 Chem3D 9.0 程序。因此用户需要在相同的计算机上另行安装 Gaussian for Windows (例如 Gaussian 03W )和 Games for Windows 程序，并指定程序所在目录位置。而 MM2 、 MM3 、 Extended Huckel 、 MOPAC 方法是 Chem3D 9.0 自带的， 不需要另外安装，但程序不带有 MM3 ( Protein )力场参数。 分子模型的几何构型优化是分子模型的一个重要部分，它 可使分子模型 更接近于真实的三维空间分子。用户可根据具体情况，选择 Chem3D 9.0 所提供的某一种计算方法进行 几何构型优化。 MM2 和 MOPAC 是最常用的几何构型 优化方法。量子化学计算可得到分子的电子性质，半经验计算方法速度比从头计算方法快，但精度较差，用户可根据具体情况选择不同的计算方法。在使用菜单 Surface (表面)的许多命令时，先要进行某种量子化学方法的计算。如果要在 PC 机上进行较大分子的从头算，其硬件配置要很好(高速 CPU 、大分子表面图形除了 Solvent Accessible (溶剂可及)、 Connoly Molecular ( Connoly 分子)外，其余的表面图形的显示都涉及到分子的电子性质，都先要进行量子化学计算。先在 Calculation 菜单中选择某种量子化学(半经验方法或从头计算 )，并在其 Compute Properties (计算性质)中选择所需要的分子性质进行计算，然后再显示分子表面图形。例如，要显示 丁二烯 分子的静电势表面，先进行量子化学计算，选择 Calculation , MOPAC , Computer Properties , Properties , Electrostatic Potential ( Molecular Surface )命令，再使用 Surface , Choose Surface , Molecular Electrostatic Potential 命令，然后使用 Surface , Display Mode , Wire Mesh 命令，选择显示模式，并适用调整分辨 9-32 是丁二烯的 静电率( Resolution )和等高线的网格( Isocontour )。图 势网格显示图形。 图 9-33 是丁二烯 的 溶剂可及 表面显示图形。 图 9-32 丁二烯的 静电势网格显示图形 图 9-33 丁二烯 的 溶剂可及 表面显示图形 2 (分子轨道图形的显示 分子轨道图形的显示也要先进行量子化学的计算。以丁二烯为例来说明，首先画出丁二烯分子 ，旋转分子使其分子平面通过 Z 轴， 然后使用 Calculations , Extended Huckel , Calculate Surfaces 命令进行表面计算，然后使用 Surfaces , Choose Surfaces , Molecular Orbital 命令，显示该分子的 HOMO 分子轨道图(默认值 N=11 )，如图 9-34 所示。如果要显示其它的分子轨道图，可使用 Surfaces , Molecular Orbital 命令，在分子轨道列表中选择所需要的编号。图 9-35 是丁二烯的 LUMO ( N=12 )分子轨道图。 -34 丁二烯的 HOMO ( N=11 )分子轨道图 图 9 图 9-35 丁二烯的 LUMO ( N=12 )分子轨道图 HyperChem HyperChem 的最新版本是 7.52 版， 由于使用了 OpenGL 图形库，图形显示模式增多，图形显示明显质量高。 HyperChem 的 30 天试用版可在其网站免费下载。 本节介绍 HyperChem 7.52 的使用。 图 9-36 HyperChem 的工作界面 图 9-36 是 HyperChem 7.52 的图形界面。界面的最上方是菜单栏。菜单命令是 HyperChem 的主要操作方式，在菜单下面是常用工具档，最下部是工作状态栏 在工具档从左开始有 12 个工具图标，当鼠标点图标之后，鼠标在工作区的形状也改变为该图标的形状: ( 1 ) Draw (绘图)，光标形状为 素。 ( 2 ) Select (选择)光标形状为 ，鼠标双击该图标可直接进入加氢建模。 ，鼠标双击该图标可直接进入默认元素周期表，选择所要绘制元 ( 3 ) Rotate out-of-plane (旋转)，光标形状为 ( 4 ) Rotate in-plane ( Z 轴旋转)，光标形状为 时针方向的旋转。 Translate (平移)，光标形状为 ( 5 ) 作。 ( 6 ) Z-Translate ( Z 轴平移)，光标开头为 ( 7 ) Magnify/Shrink (缩放)，光标形状为 ，也可使用键盘的上下左右光标键进行相同的操作。 ，也可使用键盘的“ Home ”和“ End ”键进行顺、反，也可使用键盘的“ Shift ”键 + 上下左右光标键进行相同的操。 ，也可使用键盘的“ PgUp ”和“ PgDn ”键进行相同的操作 。 。 ( 8 ) Z-Clipping planes ( Z 轴截片)，光标形状为 Text Annotation (文本注释) 。 ( 9 ) ( 10 ) Line Annotation (直线注释) 。 ( 11 ) Circle Annotation (圆形注释) 。 ( 12 ) Rectangle Annotation (矩形注释) 。 HyperChem 7.52 的操作可以使用鼠标和键盘两种。 鼠标操作较为多样 :左点击、右点击、左拖拉、右拖拉、左右拖拉、“ Shift ”键 + 左点击、“ Shift ”键 + 右点击、左双击等。一般的旋转和平移操作是使用鼠标的左键进行，当完成了某个基团、分子的选择之后，可以使用右键对所选部分进行旋转和平移操作。 HyperChem 的菜单命令很多，以下通过对 HyperChem 7.52 的菜单命令的介绍并结合某些具体的操作，说明程序的程序的主要功能和使用方法。 1 ( File (文件) ( 1 ) New (新建) 创建一个新文件，此时的工作区是空白。 ( 2 ) Open (打开) 打开一个已有的分子结构文件。 HyperChem 可打开 *.HIN )、 Brookhaven PDB ( *PDB ， *ENT )、 的文件格式有 HyperChem ( ISIS Sketch ( *SKC )、 Cartesian ( *.XYZ )、 HCdata ( *.HDF )、 MDL MOL ( *.MOL )、 MOLPAC Z-Matrix ( *.ZMT )、 Tripos MOL2 ( *.ML2 ) *.CHM )等。 和 CS ChemDraw ( ( 3 ) Merge (合并) 将另一个存盘文件合并到工作区里。 HyperChem 工作区是单窗口，它只能打开一个文件，若要同时调入多个分子文件，则必须使用合并文件的命令。 ( 4 ) Save (存盘) 将工作区里的分子结构存盘，如是新文件要输入文件名并选择文件格式。存盘文件格式与打开文件格式相同。 ( 5 ) Save As (另存为) 将工作区里的分子结构另外存储为一个文件。通过这一命令可给文件改名或增加文件的注释。文件存储的格式同上。 ( 6 ) Save As HTML (另存为 HTML 文件) 将工作区里的分子结构以 HTML 格式存盘。该文件使用浏 览器调用，并在网页上对分子模型进行交互式操作(旋转、平移、缩放等)。 ( 7 ) Start Log (开始输出文件) 将 HyperChem 的输出信息存储在 log 文件中，输入文件以 log 为扩展名，它可以记录计算输出的详细信息。 ( 8 ) Stop Log (停止输出文件) 停止将输出信息存储在 log 文件。 ( 9 ) Log Comment (注释输出文件) 对输出 log 文件加人注释内容。 ( 10 ) Import (导入) 导入由 HyperChem 或其它量子化学计算程序得到分子轨道、偶力矩、紫外可见光谱和红外光谱数据。 ( 11 ) Export (导出) 导出由 HyperChem 计算得出分子轨道、偶力矩、紫外可见光谱和红外光谱数据。 ( 12 ) Print (打印) 打印工作区中的分子图形。 ( 13 ) Preferences (参数选择) 设置 HyperChem 的使用参数。当退出 HyperChem 时，系统会保存当前的设置供下次启动时调用。当前窗口的设置不会影响同时打开的其它窗口。当使用 Preferences 命令后，会弹出一个设置窗口， 如图 9-37 所示。该窗口共九个可设置按钮，点击每一按钮都可进行各种选项的参数的设置。参数设置有以下内容:工具图标( Tool )、键盘操作( Key )、图形的设置( Setup Image )、第二级结构颜色 ( Secondary Structure Colors )、应用文件路径( Paths )、网络许可( Network License )、窗口颜色( Window Color )、化学键颜色( Bond Color )、被选定对象颜色( Selection Color )、等值面颜色( Isosurface Color )。 ( 14 ) Exit (退出) 退出 HyperChem ，退出前要选择保存，或者放弃工作区里的分子图形。 图 9-37 参数设置窗口 2 ( Edit (编辑) ( 1 ) Clear (删除) 删除工作区里选定的原子、残基、分子和二级结构。删除前 HyperChem 会显示确认信息。键盘上” Delete ”键也具有相同的功能。 ( 2 ) Cut (剪切) 将工作区里选定的图形剪切到剪贴板。 ( 3 ) Copy (拷贝) 将工作区选择的图形复制到剪贴板。 Copy ISIS Sketch (拷贝成 ISIS Sketch 格式的图形) 将工作区里选 ( 4 ) 定的分子以 ISIS/Draw 的 Sketch 的格式拷贝到剪贴板，以后可以粘贴到其它可接受该格式的程序中(如 ISIS/Draw 、 ChemDraw 和 Chem3D )。 ( 5 ) Paste (粘贴) 将剪贴板里的图形粘贴到工作区。 ( 6 ) Copy Image (拷贝图像) 将工作区分子图形拷贝到剪贴板上。图形文件的设置可使用 File , Preferences , Setup Image 命令。 F9 功能键也具有相同的功能。 ( 7 ) Invert (倒置) 以选定的原子为中心对分子结构进行倒置。某原子的坐标为( x 、 y 、 z )，倒置后的坐标就变为( -x 、 -y 、 -z )。倒置操作可用来改变手性分子的手性。倒置操作前要选定一个或多个原子作为倒置的中心，再使用 Select , Name Selection , POINT 命令，去掉所有选择后，使用 Edit , Invert 命令。 ( 8 ) Reflect (镜像) 通过指定的平面对分子结构或选择的部分结构进行镜像操作。在镜像操作前要先选择三个原子作为镜像平面，再使用 Select , Name Selection , PLANE 命令，选择需要镜像的原子和分子，最后使用 Edit , Reflect 命令。 ( 9 ) Rotate (旋转) 对分子结构或被选择的部分结构进行旋转。图 9-38 是旋转操作窗口。 Rotate About 部分设定旋转轴，除了可以 X 、 Y 、 Z 轴为旋转轴外，也可指定一条直线为旋转轴。 Apply To 部分有 Viewer 和 Molecules 两个选项，若选择前者则原子坐标不发生改变，若选择后者则改变原子坐标。在 Angle 输入框可键入精确的旋转角度。 图 9-38 旋转操作窗口 图 9-39 平移操作窗口 ( 10 ) Translate (平移) 对分子结构或被选择的部分结构进行平移。图 9-39 是平移操作窗口。最上方选择平移方式 Translate Viewer 和 Translate Selection ，前者不改变原子坐标，后者则相反。在下方的 dx 、 dy 、 dz 中可输入 Translate Viewer 模式下分子位移的具体数值。在 Translate Selection 选项中，可以选择移动到原点、选择的某点及自行设定坐标的其它点。 ( 11 ) Zoom (缩放) 对分子结构进行缩小或放大。对于大分子进行缩放操作时，最好选择棒式显示模式，这样操作速度会快些。 Z 轴截面) 指定 Z 轴截面的高度和位置。图 9-40 是 Z ( 12 ) Z Clip ( 轴截面设置窗口中。在窗口中可以见到一个缩小的分子模型和两条直线，绿线代表前方截面，紫色线代表后方截面，用户可以移动右、 左边滚动条来调整前、后截面的位置，也可以在 Slab 输入框中键入 0 到 3200 之间的数值来设定前、后截面的位置。在 System 下部还显示分子前、后末端在 Z 轴的数值。 图 9-40 Z 轴截面设置 图 9-41 排列分子设置 ( 13 ) Align Viewer (排列观察者) 设置分子坐标系中的某一轴或指定的某一直线与观察者的 Z 轴方向对齐。在最初建立分子结构体系时，系统默认观察者的 Z 轴与分子的 Z 轴是对准的。如果进行旋转操作，则起始的对齐方式会丢失。 ( 14 ) Align Molecules (排列分子) 设置分子的惯性轴与观察者坐标系中相应的轴或指定的直线对齐。如果进行排列时选定不止一个原子， 那么 这次排列就会改变分子坐标系里所有原子的坐标。如果没有选定任何原子或分子，则排列不改变原子的坐标。在图 9-41 的窗口里，可以对一个分子体系进行一至两个 排列设置。第一个排列是主要的，因为它决定某一惯性轴与某一坐标轴对齐;第二个排列是次要的，它只能使分子绕第一个排列对齐的轴旋转来实现对齐排列。 ( 15 ) Set Bond Length (设定键长) 设定的非成环化学键的长度。在设定前，要先选定某一个化学键(或二个成键原子)，并在输入框中键入新的键长数值。 ( 16 ) Set Bond Angle (设定键角) 设定的非成环键角的角度。在设定前，要先选定构成键角二个化学键(或三个成键原子)，并在输入框键入新的键角数值。 Set Bond Torsion (设定扭角) 设定的非成环扭角的角度。在设定 ( 17 ) 前，要先选定构成扭角三个化学键(或四个成键原子)，在输入框键入新的扭角数值。 3 ( Build (建模) ( 1 ) Explicit Hydrogens (明确的氢原子) 若不选择该选项，使用绘图工具绘制化学键(鼠标左键拖拉)，所绘制的原子都是默认元素原子，加氢操作要另行进行。若选择了该选项，绘制的化学键的第一原子是默认元素原子，拖拉生成第二个原子是氢原子。 ( 2 ) Default Element (默认元素) 设定使用画图工具绘制原子的元素符 -42 所示。用户可在窗口显示的周期表中，选择需要的元素符号。另号，如图 9 外，还有 Allows Arbitrary Valence 和 Explicit Hydrogens 两个多选框，它们分别与使用 Build , Allows Arbitrary Valence 和 Build , Explicit Hydrogens 两个命令功能相同。当完成了元素符号的设定后，绘制的原子就是所设定元素。另外，如果使用“ Draw ”(绘图) 工具 设定 了不同默认元素符号时，左键点击已有原子可以改变其元素符号。 图 9-42 默认原子的元素符号窗口 ( 3 ) Add Hydrogens (加氢) 为未饱和原子添加氢原子，已经饱和的原子不受影响。如果只选定部分未饱和原子，则只对这些选定原子添加氢原子。 ( 4 ) Add H & Model Build (加氢建模) 将绘制的二维分子添加氢原子并构建成合理的三维立体结构。如果选定某些原子或分子，则只对这些选定部分进行加氢和建模，否则就会对工作区内所有原子或分子起作用。如果关闭 Explicit Hydrogens 选项，加氢和建模是同时进行的，即 HyperChem 自动加氢且设定分子的合理的键长、键角及扭角。如果打开 Explicit Hydrogens 选项，则要分别进行加氢(使用 Build , Hydrogens 命令)和建模(使用 Build , Model Build 命令)。 ( 5 ) Constrain Length and Angle (固定键长和键角) 以固定数值绘制键长和键角。如果选中该选项，所有绘制的键长都是相同，所有绘制的键角都是 30 ? 的整数倍。反之，如果关闭该选项，可以不受限制地绘制长短不同的键长和任意角度的键角。 ( 6 ) Allow Arbitrary Valence (允许任意化合价) 绘图时允许原子采用任意的价态。如果关闭该选项时，绘制的原子必须符合价键规则。例如，碳的最大成键数为 4 ，氮的最大成键数为 3 ，氧的最大成键数为 2 等。如果选中该选项， HyperChem 允许不符合价键规则的绘图操作，用户可绘制任意价态的原子(最高配位成键数为 12 )。 ( 7 ) Set Formal Charge (设定原子氧化态) 设定原子的氧化态数值，以便在加氢和建模时构建出正确的氢原子和构型。先选定某原子，使用该命令，在 -1 、 +1 、 -2 、 +2 、 -3 、 +3 。例如，氧化态弹出窗口中，设定 0 、 为 0 的碳原子，加氢建模后得到 CH 4 ，而对氧化态为 -1 的碳原子加氢建模，得到是平面构型的 CH 3 - 。 ( 8 ) United Atoms (组合原子) 将成键的氢原子与碳原子组合成一个原子基团，例如， CH 3 就可作为一个原子基团。组合后的氢原子不被显示，这种原子基团组合的方法会加快某些分子力学(例如 OPLS )的计算速度。 ( 9 ) All Atoms (独立所有原子) 将所有氢原子单独处理，已经组合为基团的氢原子作为单独原子重新显示。它是 Build , United Atoms 命令逆操作。 ( 10 ) Calculate Types (重新计算原子类型) 各种分子力学方法对原子的类型表述方式不尽相同。当改变了分子力学方法后，要进行原子类型的重新计算。原子类型的显示可使用 Display , Labels , Types 。如果原子类型为 ** ，则说明该原子还未被设定类型。例如，对 Amber 分子力学方法， C 代表了 sp 2 杂化的羰基碳， CT 表示四面体上的碳等。 ( 11 ) Compile Type Rules (编译原子类型文件) 当用户改变了 chem.rul 文件中的原子类型时，需要重新编译原子类型文件，生成新的 typerule.bin 二进制执行文件。 ( 12 ) Set Atom Type (改变原子类型) 设定分子结构里或被选定部分结构的原子类型。原子类型一般都反映每一个原子所处的化学环境。每一种分子力学方法使用不同的原子类型定义。 HyperChemc 会自动为原子设定类型(以默认的 MM+ 分子力学方法)，如果改变了原子类型，加氢和建模的结果将不相同。 ( 13 ) Set Mass (设定原子量) 设定被选定原子的原子量。在使用量子化学方法进行振动计算和分子动力学模拟时，正确的原子量设定是十分重要。 HyperChem 会自动为原子设定平均原子量，对于同位素原子可以改变其原子量的数值。 ( 14 ) Set Charge (设定电荷) 设定被选定原子的电荷数值。原子电荷可用于分子力学中静电势能量的计算。例如: -0.20 表示 电子轻微过量，而 2.0 则意味着一个缺少两个电子的阳离子。分子力学方法不会自动给原子设定电荷，而在量子化学计算后各原子都被分配了电荷。 ( 15 ) Set Custom Label (设定自定义标记) 设定被选定的原子的用户自定义标记。用户可在弹出输入框键入自己定义的标记，自定义标记的显示可使用 Display , Labels , Custom 命令显示。 ( 16 ) Constrain Geometry (强制几何结构) 在建模时，强制限定被选定原子的周围化学键构成的空间几何构型。除非进行几何构型的强制限定， HyperChem 的建模功能根据原子类型自动确定空间几何构型。换言之，几何构型强制限定的优先于默认的建模功能，而另一些强制限定命令也会对最终建模结构产生影响。根据被选定原子的周围化学键数目， HyperChem 可强制构建以下的构型:二个键的线性( Linear )、三个键的平面三角形( Trigonal )、四个键的四面体( Tetrahedral )、四个键的平面正方形( Square Planar )、五个键的三角双锥( Bipyramidal )、六个键的八面体( Octahedral )。 -43 是强制设定几何构型、键长和扭角的窗口。 图 9 图 9-43 强制限定几何构型、键长和扭角的窗口 ( 17 ) Constrain Bond Length (强制键长) 设定建模时键长的强制方式。 HyperChem 的建模功能会使用计算值自动确定键长，除非对键长进行强制限定，如图 9-43 所示。 ( 18 ) Constrain Bond Angle (强制键角) 设定建模时键角的强制方式。 HyperChem 的建模功能会使用计算值自动确定键角，除非用户对键角进行强制限定。 HyperChem 的强制键角可构建以下的构型:线性( Linear )、平面三角形( Trigonal )、四面体( Tetrahedral )、八面体( Octahedral )或其它键角数值。 ( 19 ) Constrain Bond Torsion (强制扭角) 设定建模时扭角的强制方式。 HyperChem 的建模功能会使用计算值自动确定扭角，除非用户对扭角进行强制限定。 HyperChem 的强制扭角可构建以下的构型: Trans (反式)、 Cis (顺式)、 Gauche+ 、 Gauche- 和其它扭角值，如图 9-43 所示。 4 ( Select (选择) 进行 HyperChem 的选择操作时，选择单元是唯一的。换言之，用户只能在上述 4 种选择单元中使用其中一种作为默认的选择单元。 ( 1 ) Atoms (原子) 设定原子为默认的选择单元。使用选择工具进行选择操作时，选择单元是原子或化学键。当用户使用了 Multiple Selections (多重选择)后，可以选定多个原子和化学键。如果选择了某一原子，在状态栏上会显示该原子的序号、元素名称、类型、电荷、坐标。如果选定了一个化学键，状态栏会显示该化学键的键长。 ( 2 ) Residues (残基) 设定残基为默认的选择单元。使用选择工具进行选择操作时，最小的选择单元是数据库里的残基(氨基酸或核酸)。如果分子中不存在残基，则选择单元是原子。当选定一个或多个的残基时，状态栏会显示残基的序号、名称和选定的残基数目。 ( 3 ) Molecules (分子) 设定分子为默认的选择单元。使用选择工具进行选择操作时，最小选择单元的是分子。当选定一个或多个的分子时，状态栏会显示分子的序号、电荷和分子量。 ( 4 ) Secondary Structure (二级结构) 设定二级结构为默认的选择单元。使用选择工具进行选择操作时，最小选择单元是第二级结构。当选定一个或多个的二级结构时，状态栏会显示 残基的序号 、名称和选定的残基数目。 ( 5 ) Multiple Selections (多项选择) 多重选择是一个开关选项。当打开此选项时，可以使用选择工具可以同时选定多个单元(原子、残基、分子和二级 结构)。在进行选择时，点击鼠标左键可选定某个单元，而点击右键就会取消选择。继续的左键点击可增加所选择的单元数目。如果关闭此选项，则每次左键的点击，只可选择一个单元。 ( 6 ) Select Sphere (选择球柱) 进行以某一原子为圆心的圆柱体的选择。打开此选项后，使用选择工具(以原子为选择单元)点击分子中的某一原子(作为圆心)，然后同时按住鼠标左右键从圆心向外拖拉出一个圆圈，对三维空间而言它是进行圆柱体的选择。如果关闭这一选项，上述的同样操作是进行长方柱体的选择，而在工作区的其它位置同时按住鼠标左右键再拖拉也是进行长方柱体的选择(在二维平面上以矩形框显示)。 ( 7 ) Select All (全部选择) 选择工作区所有可见的原子。如果在工作区的空白位置点击鼠标左键，也可实现对所有原子的选择，点击鼠标右键是取消所有的选择。 ( 8 ) Complement Selection (反选) 进行反向选择。选择了先前没有选择部分，取消先前的已经选择的部分。反向选择在某些情况下给选择操作带有很大的方便。 ( 9 ) Select (字符串和编号选择) 使用编号、字符串进行选择。 HyperChem 对于原子、残基和分子的编号是自动进行的。图 9-44 是使用字符串和编号进行 选择的窗口，对于 By String 选项中，可进行 Atom Symbol 、 Atom Name 、Atom Type 、 Residue Name 、 Basis Set 、 Chirality 、 Sec. Structure 和 Name Selection 的选择。对于 By Number 选项，可进行 Atom Number 、 Residue Number 、 Molecule Number 、 Atomic Mass 、 Atomic Number 、 Electronic Charge 、 RMS Gradient 和 Spin Population 的选择，也可在 Value 输入框中键入相应的编号。 图 9-44 使用字符串和编号进行选择的窗口 ( 10 ) Name Selection (命名选择) 对一个或一组被选择的原子进行命名。 HyperChem 可存储这些被命名的选择，以后现使用 Select , Select , By Name 命令读入被命名的选择。 HyperChem 预先定义了十种名称可直接使用: POINT 、 LINE 、 PLANE 、 PLOT1 、 PLOT2 、 REACTANT 、 PRODUCT 、 GHOST ATOMS 、 NMR ATOMS 和 QUANTUM ATOMS 。命名选择对一组经常使用的原子很有用。命名选择可应用在以下方面:对分子进行倒置或映像操作;在分子几何构型优化和分子动力学计算时加以限制;确定反应 物和产物;量子化学计算时确定过渡状态;绘制一维、二维势能图形。图 9-45 是命名选择的窗口，用户可在 Other 选项的输入框中键入任意的名称。 图 9-45 命名选择的窗口 ( 11 ) Name Molecule (命名分子) 给被选定的分子命名。该名称可以是简称，并被保存 在 结构文件中。 ( 12 ) Extend Ring (环状选择) 将环状结构上任意一个原子或化学键的选择延伸到整个环。该选项只对环状结构起作用。另外，使用选择工具在环状结构上任一原子或化学键双击左键，也可选择整个环状结构。 ( 13 ) Extend Side Chain (侧链选择) 将链状结构上任意 两 个原子的选择延伸到整个侧链。二个被选择原子构成一个化学键，侧链基团可以绕该键旋转。第二个被选定的原子决定延伸侧链的方向。另外，使用选择工具在链状结构的化学键上双击左键，也可选择侧链，延伸侧链的方向由双击化学键的偏向决定。 ( 14 ) Extend to sp3 (延伸到 sp 3 ) 将原子的选择延伸到 sp 3 杂化原子。 HyperChem 可以对分子结构同时进行分子力学和量子化学组合计算( MM/QM )。即对分子的核心部分使用量子化学计算，其余结构部分进行分子力学计算，但两种计算方法的交界原子必须是 sp 3 杂化的原子。 ( 15 ) Select Backbone (选择骨架) 在蛋白质和核酸等大分子中，骨架是由一组原子连接生成的，它可保证结构连续性。对于非氨基酸和核酸构成的分子，此项选择不起任何作用。 5 ( Display Scale to Fit (合适的显示比例) 改变工作区内所有分子或被选定部 ( 1 ) 分的显示比例(达到显示窗口的高度的四分之三)。使用该选项可将大分子中小基团的显示放大。 ( 2 ) Overlay (重叠) 将两个分子结构重叠，进行比较。 ( 3 ) RMS Fit & Overplay (均方根拟合和重叠) 将两个分子进行 RMS 拟合和结构重叠比较。 RMS (均方根)拟合会显示出二个分子的原子坐标的差别。 ( 4 ) Show All (显示所有) 显示工作区的所有原子或分子，它取消使用 Display , Show Selection Only 和 Hide Selection 命令的作用，但只对当前工作区上可显示部分起作用。 ( 5 ) Show Selection Only (仅显示选择部分) 只显示被选定部分的原子，而其它部分的原子会被隐藏起来。使用 Display , Show All 命令可恢复所有工作区的显示。 ( 6 ) Hide Selection (隐藏选择部分) 隐藏被选定部分的原子。使用 Display , Show All 或 Display , Unhide Selection 命令可进行恢复被隐藏部分的原子显示。 ( 7 ) Unhide Selection (显示选择部分) 恢复被隐藏部分的原子显示，它是 Hide Selection 的逆操作。 ( 8 ) Rendering (显示模式) 设定分子结构的显示模式。图 9-46 是显示模式选项设置窗口。用户根据需要还可再点击相应的选项进行具体参数的详细设置，显示模式窗口还有以下的选项: Cylinders (柱式)、 Overlapping Spheres (球体重叠式)、 Tubes (管式)、 Rendering Quality (显示质量)、 Stereo (立体)、 Ribbon-Like Structures (带状结构)、 Rendering Method (显示模式)、 Vector and Line Options (矢量和线状)和 Balls (圆球)。 HyperChem 提供的显示模式( Rendering Methods )有: Sticks (棒式)、 Balls (球式)、 Balls and Cylinders (球柱式)、 Overlapping Spheres (球体重叠式)、 Tubes (管式)和 No Change (无变化)。另外还有 Add Dots (点式)的复选框。 HyperChem 7.52 还增加二级结构的显示模式( Secondary Structure Rendering ): None (不显示)、 Ribbon Line (线带状)、 Thin Ribbons (薄 β 折叠 + )、 Beta Sheet 带状)、 Thick Ribbons (厚带状)、 Beta Sheet (Plus) ( (Minus) ( β 折叠 - )、 Alpha Cylinder ( α 螺旋)、 Random Coil (随机盘绕)和 No Change (无变化)等。图 9-47 Trypsin (胰岛素)二级结构显示模式。 图 9-46 显示模式选项设置窗口 图 9-47 Trypsin (胰岛素)二级结构显示模式 ( 9 ) Last Rendering (前次显示模式) 以前一次设定的显示模式进行显示。因此，可以通过该命令进行前后两种显示模式的切换。 F2 功能键也具有相同的功能。 ( 10 ) Raytrace ( POVRay 显示) 调用 POVRay 程序显示分子模型， POVRay 可在 HyperChem 工作区显示带有阴影的高质量的图形。图 9-48 是 POVRay 和 HyperChem 显示的苯分子图形。 POVRay 是免费软件，用户在安装 HyperChem 时，根据提示也要同时安装 POVRay 程序，这样才 可 调用 POVRay 程序显示分子模型。 图 9-48 POVRay 和 HyperChem 显示的苯分子图形 ( 11 ) Show Isosurface (显示三维等值面) 显示三维等值面。在进行量子化学计算后，可以进行分子轨道、电荷密度、自旋密度、静电电势等的三维等值面的显示。这是一个开关 命令 ，用于控制是否显示三维等值面。 F3 功能键也具有相同的功能。 ( 12 ) Isosurface (设置三维等值面参数) 进行分子性质绘图的设定。在 弹出的分子性质绘图窗口中， 可设定三维等值面的显示模式、分子显示透明度和图标方式等。该选项要在完成了量子化学计算后才可使用。 F4 功能键也具有相同的功能。 Show Hydrogens (显示氢原子) 显示分子中的所有氢原子。如果 ( 13 ) 关闭了此选项，则只显示非氢原子。 ( 14 ) Show Periodic Box (显示周期盒子) 显示 Periodic Box 矩形盒子的边框，该边框在使用 Setup , Periodic Box 命令中设定。如果关闭该选项， Periodic Box 的边框会消失。 ( 15 ) Show Multiple Bonds (显示多重键) 显示多重键，只在棒式或球柱式的显示模式有效，多重键可分为:单键、双键、三键和芳香键等。 ( 16 ) Show Secondary Structure (显示二级结构) 显示生物大分子的二级结构。例如， α 螺旋、 β 折叠、翻转等。 ( 17 ) Don „ t Show Atoms (隐藏原子) 将所有的原子隐藏，包括选择的和非选择的全部原子。 ( 18 ) Show Aromatic Rings as Circles (将芳香环显示为环状) 将芳香环结构显示为环状结构，正常芳香环是以一根虚线和一根实线并列方式显示，而环状结构只以一根实线显示。 ( 19 ) Show Hydrogens Bonds (显示氢键) 显示分子结构或被选定原子的氢键。 ( 20 ) Recompute H Bonds (重新计算氢键) 计算分子结构或被选定原子之间的氢键。如果氢原子与受体原子间的距离小于 3.2? 且生成的键角大于 150? 时，才可能生成氢键。当原子的位置发生变化后，必须重新进行计算，判断是否可能生成氢键。在使用此选项时必须先打开 Show Hydrogens 选项。 ( 21 ) Show Inertial Axes (显示惯性轴) 显示分子结构或被选定原子的惯性轴。惯性轴是互相垂直并相交于分子或被选定原子的以质量为中心的三条轴， 惯性轴以 带序号的虚线表示。如果选定了一个原子，则只显示这个原子的惯性轴。如果没有作特定的选择，则是显示整个工作区分子的惯性轴。 ( 22 ) Show Dipole Moment (显示偶极矩) 显示分子结构或选定原子的偶极矩，偶极矩是以一条两端带正负号的虚线表示，在状态栏会显示总偶极矩值及其在 X 、 Y 和 Z 轴上的分量。该选项只有在进行量子化学计算后(扩展休克尔法除外)才有效，并且只显示最后一次的计算结果。 图 9-49 显示标记设置窗口 图 9-50 元素颜色设置 ( 23 ) Labels (设定标签) 设定分子结构、选定的原子、残基和化学键的显示标记，如图 9-49 所示。 HyperChem 可显示多种 原子标记、残基标记和化学键标记，还可使不同原子或残基显示不同标记。标记的显示只有在棒式显示模式下才有效。 ( 24 ) Color Atoms (设定原子颜色) 设定分子结构或选定的部分结构的颜色。 HyperChem 原子颜色的默认设置是元素符号( By elements )，不同元素符号显示不完全相同的颜色。用户在弹出窗口中选定某一颜色后，所有原子均以此颜色显示。如果没有进行原子选定，则颜色设置会对整个分子都有效。另外，使用 File , Preferences , Selection Color 命令可以设置选定原子的颜色。 ( 25 ) Color Secondary Structure (设定二级结构的颜色) 设定生物大分子中二级结构的颜色。 ( 26 ) Element Color (设定元素颜色) 设定所有元素的显示颜色，如图 9-50 所示。 HyperChem 可选择的颜色有以下几种: Black 、 Blue 、 Green 、 Red 、 Violet 、 White 、 Cyan 、 Yellow ，另外有 Gray 、 Brown 、 Orange 、 Light Blue 四种颜色是属于自定义颜色。在更改的元素颜色后，如果想要恢复程序默认设置，可点击“ Revert ”按钮。 User Colors (设定用户自定义颜色) HyperChem 提供了四种用户 ( 27 ) 自定义颜色: User1 、 User2 、 User3 、 User4 ，分别对应 Gray 、 Brown 、 Orange 、 Light Blue 四种颜色(默认定义)，用户可在调色板上任意定义四种自定义颜色。 6 ( Databases (数据库) 使用 Databases 菜单里的命令，可将残基库中氨基酸和核酸以特定连接规则构建成多肽和聚核苷酸等大分子。 ( 1 ) Amino Acids (氨基酸) 使用氨基酸构造多肽。图 9-51 是构建多肽的 20 种标准氨基酸。 HyperChem 提供了多种二级结构的构型选项和异构体 D 或 L 选项。按顺序连续点击氨基酸， HyperChem 会将其按设定的规则连接成多肽。 图 9-51 构建多肽的 20 种标准氨基酸 ( 2 ) Make Zwitterion (转化为两性离子) 将所有多肽或被选定的多肽转化为两性离子。两性离子是指多肽的末端基团 –CO 和 –NH 转化为 –COO – 和 –NH 3 + ，同时带上了正电荷和负电荷。该选项只对由数据库或 PDB 文件构成的多肽有效。 ( 3 ) Remove Ionic Ends (去除末端离子) 多肽转化为两性离子的逆过程，也就是将多肽的末端基因 –NH 3 + 和 –COO – 转化为相应的 –NH 和 –CO 。 ( 4 ) Sequence Editor (序列编辑器) 调用 HyperChem Sequence Editor 程序。图 9-52 是 HyperChem Sequence Editor 程序界面。 -52 HyperChem Sequence Editor 程序界面 图 9 ( 5 ) Nucleic Acids (核酸) 使用核酸构造聚核苷酸( RNA 和 DNA )。在弹出窗口中有数种生成聚核苷酸的核酸，如图 9-53 所示。在设定螺旋特性和糖的结构形态 后 ，按顺序连续点击核酸， HyperChem 会将其按设定的规则连接成聚核苷酸。 图 9-53 核酸构造聚核苷酸 ( 6 ) Add Counter Ions (添加离子) 在聚核苷酸骨架上的每一个磷酸基附近添加一个钠离子，钠离子与磷酸基上的每一个氧原子的距离都为 1.688? 。这些离子是添加在已有的残基上。 ( 7 ) Crystals (晶体构建) 调用 HyperChem Crystal Builder 程序，该程序可读入剑桥晶体结构数据库( Cambridge Crystallographic )的晶体结构文件，也可创建和显示晶体结构，晶体结构数据与 HyperChem 可相互传送，在 HyperChem 工作区显示各种模式的晶体结构。图 9-54 是 HyperChem Crystal Builder 程序界面和显示的 CaF 2 晶体结构。 图 9-54 HyperChem Crystal Builder 程序界面和显示的 CaF 2 晶体结构 ( 8 ) Saccharides (糖类构建) 调用 HyperChem Sugar Builder 子程序，可使用醛糖、酮糖类数据库构建多糖结构再拷贝回 HyperChem 。 ( 9 ) Polymers (聚合体构建) 以单体构建聚合体，并将其拷贝回 HyperChem 。 ( 10 ) Mutate (改变残基) 改变由数据库或 PDB 文件构建成的多肽或聚核苷酸上的残基。用户先要使用 Select , Residues 命令，以残基为选择单元，在骨架选择要改变的残基，再使用 Databases , Mutate 命令，在弹出窗口里选择要替代的氨基酸和核酸。 ( 11 ) Replace (替换残基) 替换残基。其功能与 Mutate 类似，但可替换一组的残基系列。 ( 12 ) Invoke Database (调用数据库) 调用 HyperChem Data 程序。 HyperChem Data 是一个存储化学性质、二维化学结构图形等数据的数据库程序， 用户可以有效地进行分子检索，也查找符合一定条件的分子结构。它带有简单的二维分子绘图功能，可将绘制的分子结构转入 HyperChem 进行计算，也可将 HyperChem 的计算结构存储到 Data 数据库，便于创建用户专用数据库。以数 -55 是 据库方式存储分子结构，为分子结构的管理提供了极大的方便。图 9HyperChem Data 的程序界面。 图 9-55 HyperChem Data 的程序界面 7 ( Setup (设置) 在 设置 菜单的命令中可进行计算方法的选择。用户只能在分子力学、半经验量子化学、从头算量子化学和密度泛函四种方法中选择其中一种方法， Compute (计算)菜单使用的计算方法就是选中的方法。 ( 1 ) Molecular Mechanics (分子力学) 设定分子力学为默认计算方法。 HyperChem 提供了四种分子力场计算方法: MM+ 、 AMBER 、 BIO ( +CHARMM )、 OPLS 。 MM+ 多用于小分子结构，后三者适用于大分子结构。用户可根据需要选择合适的计算方法，点击“ Options ”按钮可进行分子力场选项的设置。点击“ Components ”按钮可选择构成分子力场总能量的组成部分，默认的分子力场总能量的 包括 Bond (键伸缩)、 Angle (角弯曲)、 Torsion (扭角)、 Non-Bonded (非键)、 Electrostatic (静电作用)和 Hydrogen-Bonded (氢键)等。图 9-56 是 分子力学方法的设置窗口 。 ( 2 ) Semi-empirical (半经验) 设定半经验方法为默认计算方法。半经验方法做了许多简化，其计算速度快，可以描述分子的电子性质，但计算精确度不够，适用于特定的研究对象。 HyperChem 提供的半经验方法计算方法有: Extended Hückel 、 CNDO 、 INDO 、 MINDO3 、 MNDO 、 MNDO/d 、 AM1 、 PM3 、 ZINDO/1 、 ZINDO/S 、 TNDO 。图 9-57 是半经验计算方法的设置。点击“ Options” (选项)按钮，可进行总电荷、自旋多重度、 SCF 控制、自旋配对和组态相互作用等量子计算的设置。 图 9-56 分子力学方法设置窗口 图 9-57 半经验计算方法设置窗口 ( 3 ) Ab Initio (从头算) 设定从头算方法为默认计算方法。图 9-58 是从头算方法的设置窗口。进行从头算时，首先要选择基组， HyperChem 提供了以下几种选择: No basis set 、 Minimal ( STO -3G )、 Small ( 3 -21G )、 Medium ( 6 -31G * )、 Large ( 6 -31G ** )和 Other 等。当选择 Other 选项后，可以点击“ Assign Other Basis Set ”按钮，在弹出一个窗口中选择其它基组。点击“ Options ”按钮，可进行计算的条件设置，例如，总电荷、自旋多重度、 SCF 控制、自旋配对和组态相互作用等。点击“ Advanced Options ”按钮，可进行高级选项的设置。点击“ Extra Basis Function ”按钮可进行附加基组的设置。 图 9-58 从头算方法的设置窗口 9-59 密度泛函方法的设置窗口 ( 4 ) Density Functional (密度泛函) 设定密度泛函方法为默认计算方法。密度泛函方法的设置与从头算的设置基本相同，但增加了“ Grid ”和“ Exchange Collation ”的设置。 9-59 是密度泛函方法的设置窗口。 ( 5 ) Periodic Box (周期盒子) 进行 Periodic Box 的设定，图 9-60 是 Periodic Box (周期盒子)设置窗口，在窗口中输入盒子的尺寸( X 、 Y 、 Z 的数值)，并设置溶剂和溶质间的最小距离(其默认值是 2.3 ) 。计算时程序将整个分子体系放置于一个充满水分子的 Periodic Box 里，并设置好边界条件，使分子可以在恒密度的溶液环境里运动。 图 9-60 Periodic Box (周期盒子)设置窗口 ( 6 ) Restraints (限制) 设置计算过程中需要限制的键长、键角和扭角。用户可选择所要限制的键长、键角和扭角，使用 Select , Name Selection 命令，对被选定项进行命名，然后使用 Setup , Restraints 命令，在限制窗口里将选择的名称 Add (增加)或 Remove (除去)到限制设置中去。 ( 7 ) Set Velocity (设定速率) 设置单个原子、单个分子、原子团和分子 组的速率。用户要先选定原子(可以是单个原子或工作区上所有原子)，然后在弹出窗口中输入速率数值。 ( 8 ) Set Finite Field (设置电场) 设置有限的外部电场值，该电场值适用于所有的量子力学计算，包括分子动力学和振动光谱计算。 Network (网络) 设置是否可以通过网络运行 HyperChem 。 ( 9 ) ( 10 ) Edit Parameter (参数编辑) 编辑参数文件，用户可交互式地编辑参数的数值，也可以增加新参数并存储。此功能只有在分子力学和半经验量子力学方法中适用，对从头算和密度泛函方法不适用。 ( 11 ) Select Parameter Set (选择力场参数) 选择已选定分子力学方法的分子力场参数。在分子力学 AMBER 和 BIO+CHARMM 分子力学方法中提供了多个可供选择的力场参数，在分子力场参数文件中包含了有键长、角度、扭角和静电作用等参数值。不同力场参数的计算结果是不相同的。 ( 12 ) Compile Parameter File (编辑参数文件) 编译参数文件。 HyperChem 计算时要使用经过编译的二进制参数文件。如果用户修改或增加了参数，要重新编译参数文件，使新参数生效。 ( 13 ) Reaction Map (反应过程) 确定反应物和产物中原子的对应关系。反应物和产物要先在 Name Selection (命名选择)中定义。 8 ( Compute (计算) HyperChem 根据在 Setup 菜单中所设置的默认的计算方法进行各种计算。如果要停止计算，可选择菜单栏上的 Cancel 命令。如果要储存计算结果，要在计算前使用 File , Start Log 命令。 ( 1 ) Single Point (单点计算) 单点计算，计算分子结构或被选定原子的总能量。计算的能量值( kcal , mol )和梯度值会显示在状态档上。使用量子化学计算时还会显示分子的对称性。梯度值是判断收敛的根据，它表示分子在 X 、 Y 、 Z 轴上发生位移时分子总能量的变化速率。使用量子化学计算进行单点计算后，可以进行其它后续的计算，例如绘制有关分子性质和分子轨道图形。 ( 2 ) Geometry Optimization (几何构型优化) 几何构型优化收敛后可得到分子或被选定原子的局域最小点结构。图 9-61 是几何构型优化的参数设置窗口。进行构型优化可采用如下算法: Steepest Descent 、 Fletcher-Reeves 、 Polsk-Ribiere 、 Eigenvetor following 、 Block-diagonal Newton-Raphson 和 Conjugate Directions 等，另外还要设置 Termination conditions (收敛条件)，选择分子所处的环境: In vacuo (真空)或 Periodic boundary conditions (水溶液)。 图 9-61 几何构型优化的参数设置窗口 ( 3 ) Molecular Dynamics (分子动力学):分子动力学计算可模拟分子运动，从中可观察分子平衡特性和运动状态。图 9-62 是分子动力学选项的设置窗口。用户要在 Time (时间)选项里对 Heat time (加热时间)、 Run time (运 行时间)、 Cool time (冷却时间)和 Step size (步长)进行合适的设置;在温度 Temperature (温度)选项里对 Starting temperature (开始温度)、 Simulation temperature (模拟温度)、 Final temperature (最终温度)和 Temperature step (温度步长)进行设置;在 Options 选框里设置分子所处的环境;选择数据收集周期 Data collection period 和屏幕刷新周期 Screen refresh period ;如果 要模拟过程的分子图形存盘，可点击“ Snapshots ”按钮;如果要计算平均数或绘制均值分布图，点击“ Averages ”按钮;点击“ Proceed ”按钮则开始分子动力学计算。 图 9-62 分子动力学选项的设置窗口 ( 4 ) Langevin Dynamics ( Langevin 动力学) Langevin 动力学计算可得到稳定的构型、过渡态和热力学性质。其设置与分子动力学方法基本相同，还可以指定摩擦系数和随机数起点。 ( 5 ) Monte Carlo (蒙特卡罗法) Monte Carlo 计算可使用分子力学或量子化学方法，它可计算被选定原子或分子的所有原子性质的整体平均值，其选项的设置与分子动力学方法类似。 ( 6 ) Vibration (振动计算) 计算原子核的振动运动，显示其单独和红外的简正振动方式。该计算可以使用除了扩展休克尔和 MP2 之外的所有量子化学计算方法。计算完成后，可使用 Compute , Vibrational Spectrum 命令显示振动光谱。 ( 7 ) Transition State (过渡态) 使用 Eigenvector-following 算法搜索和显示工作区分子的过渡态，也可搜索和显示反应物和产物的过渡态。反应物和产物要先使用 Select/Name Selection 命令进行定义。 ( 8 ) Invoke NMR (调用 NMR 程序) 调用 HyperNMR 程序，该程序可以预测分子的 1 H 、 13 C 、 15 N 、 15 O 、 19 F 和 31 P 的光谱，在其工作区可显示分子模型和 NMR 谱图，并可将 NMR 谱图拷贝到剪贴板。用户先在 HyperChem 中选择原子，使用 Select , Name Selection , NMR ATOMS 命令，再调用 HyperNMR 程序，进行谱图的计算和显示。图 9-63 是 HyperNMR 程序的界面。 图 9-63 HyperNMR 程序的界面 ( 9 ) Properties (分子性质) 计算分子性质，包括 Total Energy (总能量)、 Dipole Moment (偶极矩)、 RMS Gradient (均方根梯度)等分子性质。点击 “ Details ”按钮可显示详细的信息。使用该命令前，要先进行量子化学计算。 ( 10 ) Plot Molecular Properties (绘制分子性质图形) 在绘制分子性质图形前，先要进行量子化学计算，再进行必要的绘图设置，选择显示分子性质类型(静电势、总自旋密度或总电荷密度);选择 2D 等高线或 3D 等值面的表现模式; -64 为 分子设置等高线和等值线的网格数值;设置分子显示的透明度等。图 9性质绘图选项设置窗口。完成设置后，点击“确定”按钮，工作区会显示出所设置的分子性质图形。使用 Display , Show Isosurface ( F3 )命令，可控制是否显示分子性质图形。使用 Display , Isosurface ( F4 )命令，可重新进行分子性质图形的参数设置。图 9-65 是 水分子的三维等值面静电势图。 -64 分子性质绘图选项设置窗口 图 9 图 9-65 水分子的三维等值面静电势图 ( 11 ) Orbital (分子轨道) 显示分子轨道图。当完成了量子化学计算后，可以进行分子轨道图的绘制。图 9-66 是分子轨道图绘制的窗口。窗口的左边是轨道占据图，长虚线代表零能量，绿色实线则代表被占据的轨道，紫色实线代表空轨道， 使用鼠标拖拉矩形框可放大显示被选择的某些 轨道，点击“ Zoom Out ”按钮恢复完全显示。选择 Labels 项可以显示轨道上电子排列情况、轨道能量和简并情况。使用鼠标点击可选定一个分子轨道(红色显示)，也可以使用 HOMO- 、 LUMO+ 或 Number 选项的输入框键入来选定轨道，选定的轨道会显示出其能量值和对称性。选择绘图方式( 2D 等高线或 3D 等值面)后，点击“ Options ”按钮可以进行等高线和等值面的显示模式、网格数值和分子显示透明度等设置，点击“ Plot ”按钮可显示出分子轨道图。图 9-67 是 乙烯的 LUMO 三维等值面分子轨道图。 图 9-66 分子轨道图的绘制 -67 乙烯的 LUMO 三维等值面分子轨道图 图 9 ( 12 ) Vibrational Spectrum (振动光谱) 显示振动频率计算后的振动光谱。在完成了量子化学计算和振动频率计算(使用 Compute , Vibrations 命令)后，可使用 Compute , Vibrational Spectrum 命令，显示振动光谱，如图 9-68 所示。紫色实线表示当前选定的谱线，在窗口左下角显示简正模式、简并度、频率、强度和对称性的数值，如果选择了动画模拟( Animate vibrations )选项，可点击“ Apply ”按钮， HyperChem 的工作区会显示模拟的分子振动图形。 Frame 和 Amplitude 输入框中的数值用来控制模拟振动的频率和强度。点击“ Copy ”按钮，可将光谱图形拷贝到剪贴板。 图 9-68 振动光谱的显示窗口 ( 13 ) Electronic Spectrum (电子光谱) 计算电子光谱。分子体系中价电子的能量间的差值通常对应于紫外可见光谱或电子光谱。用户要先使用量子化学方法(除了扩展休克尔法和 MP2 外)，进行单激发的组态相互作用( CI )计算。在设置量子化学计算方法时，要在 Option (选项)中点击“ Configuration Interaction ”按钮，在弹出的窗口中选择 Single Excited 作为 CI 方法，再选择 Orbital Criterion 指定被占用 轨道和空轨道的数目，也可选择 Energy Criterion ，输入最大激发态能量。图 9-69 是电子光谱显示窗口，使用鼠标左键点选光谱上的任一谱线(紫色显示)，在窗口左下角会显示出简正方式、简并度、频率、强度和对称性的数值，点击“ Copy ”按钮，可将光谱图形拷贝到剪贴板。 图 9-69 电子光谱显示窗口 ( 14 ) Potential (势能) 绘制势能图。对于一维势能只要一个独立变量，独立变量取决于用户选择的情况(键长、键角或扭角)。二维势能的显示要有二个独立变量。选定了一个独立变量后，使用 Select , Name Selection , PLOT1 命令，再选定了第二个独立变量后， 使用 Select , Name Selection , PLOT2 命令，最后使用 Compute , Potential 命令，在弹出窗口设定初始值、终止值、步长和能量范围。图 9-70 是丙烷的 C-C 键长的一维势能图。图 9-71 是丙烷的 C-C 键长和 C-C-C 键角二维势能图。点击“ Properties ”按钮可进行参数的设置。 图 9-70 丙烷的 C-C 键长的一维势能图 图 9-71 丙烷的 C-C 键长和 C-C-C 键角二维势能图 ( 15 ) Conformational Search (构型搜索) 调用 HyperChem Conformational Search 程序，进行构型搜索。例如，通过变化四个原子构成的扭角，可寻找不同的低能量构型，并将这些构型拷贝到到 HyperChem 的工作区。 ( 16 ) QSAR Properties (定量构效性质) 调用 HyperChem QSAR Properties 程序进行定量构效性质的 计算，这些性质包括: Partial Charges 、 Surface Areas 、 Volume 、 Hydration energy 、 Log P 、 Refractivity 、 Polarizability 和 Mass 等。计算结果可以多种方式输出。 9 ( Annotations (注释) ( 1 ) Delete (删除) 删除被选择注释。如文字、直线或边框等。 ( 2 ) Select Next (选择下一个) 选择下一个注释。使用选择工具点击某一个注释，可选择该注释。 ( 3 ) Select Previous (选择前一个) 选择前一个注释。 ( 4 ) Select All (全部选择) 选择所有的注释。 ( 5 ) Symbols (符号) 输入符号。在弹出的窗口中点击所要添加的符号，可将该符号添加到工作区。 HyperChem 提供了 Symbol 、 Webdings 、 Wingdings 、 Wingdings 2 和 Wingdings 3 字体的大量的符号。 ( 6 ) Edit Text (文本编辑) 编辑文本注释。点击“ Text Annotations ”工具图标输入文本后，可选择 该文本 注释，再使用 Annotations , Edit Text 命令编辑文本注释。图 9-72 是文本注释窗口。 图 9-72 文本注释窗口 ( 7 ) Color (颜色) 改变被选择的注释的显示颜色。 ( 8 ) Options (选项) 设置注释选项。 ( 9 ) Move Forward (向前移动) 向前移动一层，每一个注释使用一个注释层，有时前后二层的显示会重叠，选择了某一个注释后，向前移动一层命令可使被前一层遮挡部分显示出来。 ( 10 ) Move Backward (向后移动) 向后移动一层。 10 ( Script (脚 ( 1 ) Open Script (打开 脚本 文件) 打开 Script ( 脚本 )文件。 Script 文件包括了 HyperChem 相关命令的操作，它可使用 Script Editor 编辑器编写。如果需要进行大量的重复的命令操作，使用已编写好的 Script 文件，程序会自动运行，大大地提高效率。 ( 2 ) Script Editor (编辑脚 图 9-73 Script Editor 编辑器窗口 11 ( Cancel (取消) 取消命令。在文件加载或计算过程中才可使用，点击“取消”可终止命令未完成的计算，也可按“ Esc ”键进行取消。 12 ( Help (帮助) 包括以下四项1 ( NMA 和水的相互作用 以下通过氮甲基乙酰胺( N-methylacetamide ，简称 NMA )和水相互使用的实例， 说明 HyperChem 的建模功能、顺式和反式的构型转换、分子的合并、多分子体系中单个分子的优化和氢键的生成等操作。图 9-74 是 NMA 与水相互作用的示意图。 ( 1 )点击工具栏上“ Draw ”(绘图)图标， HyperChem 的默认的绘图元素是碳，绘制出 5 个碳原子骨架，使用 Build ? Default Element 命令(或左键双击工具栏上的“ Draw ”图标)，将默认绘图元素改为氧，使用“ Draw ”(绘图)工具，左键单击上方碳的原子，将碳原子改换为氧原子，左键单击 C-O 单键，将其改变为双键。同理，将中间偏右的碳原子改变为氮原子，如图 9-74 ( 1 ) 所示。此前确认 Build ? Explicit Hydrogens 开关命令是关闭的(不显示“ ? ”符号)。 ( 2 )使用 Setup ? Molecular Mechanics ? AMBER 命令选择分子力学 AMBER 方法，在 AMBER 中的“ Options ”选项使用默认值，如图 9-56 所示。使用 Setup ? Select Parameter Set ? amber3 命令选择 AMBER 的力场参数。使用 Build ? Add H & Model Build 命令，或者左键双击工具栏的“ Select ”(选择)图标，进行加氢建模，得到顺式的 NMA ( cis-NMA )，如图 9-74 ( 2 ) 所示。根据绘制原子的顺序不同，也可能在建模 时 得到反式的 NMA ( trans-NMA )。 ( 3 )点击工具栏上“ Select ”(选择)图标，使用 Select ? Atom 命令，以原子为选择单位，左键点击 O 原子并拖拉到与 N 连接的 H 原子上，选定 O-C-N-H 四个原子，使用 Build ? Constrain Bond Torsion ? Trans 命令 。右键点击工作区的空白位置，去掉选择。 左键双击“ Select ”(选择)工具图标重新建模。使用 Compute ? Geometry Optimization 命令，将 RMS gradient 设为 0.01 (如图 9-61 所示)，进行几何构型优化，优化收敛后，得到反式的 NMA ( trans-NMA )，如图 9-74 ( 3 ) 所示。 ( 3 )使用 File ? Merge 命令将先前已经存储的水分子文件合并成工作窗口中，点击 “ Select ”(选择)图标，使用 Select ? Molecules 命令，以分子为选择单位， 左键点击水分子 。点击“ Rotate out-of-plane ”(旋转)、“ Rotate in-plane ”( Z 轴旋转)和“ Translate ”(平移)工具图标，使用右键分别进行被选中的水分子的 X 、 Y 、 Z 轴旋转和平移， 使水分子 靠近得到反式的 NMA ( trans-NMA )，如图 9-74 ( 3 ) 所示。 ( 4 )对 被选中的水分子使用 Compute ? Geometry Optimization 命令进行几何构型优化，优化的计算方法和参数不作改变。当优化收敛后，水分子的位置发生了变化。使用 Display ? Recompute H Bonds 命令，重新计算氢键，此时屏幕上会显示出氢键的虚线表示，此前确认 Display ? Show Hydrogen Bonds 开关 命令是打开的(显示“ ? ”符号)，如图 9-74 ( 4 ) 所示。 图 9-74 NMA 与水相互作用的示意图 2 ( 丙胺酸两性离子 的分子动力学模拟 图 9-75 是 丙胺酸两性离子 ( Alanine Zwitterion )的分子动力学模拟的示意图。以下通过 丙胺酸两性离子 ( Alanine Zwitterion )的分子动力学模拟的实例， 说明 HyperChem 的分子构建和编辑功能、 分子力学优化、几何构型优化 、使用周期性的边界条件和分子动力学优化等操作。 ( 1 ) 确认 Build ? Explicit Hydrogens 开关命令是打开的(显示“ ? ”符号)。点击工具栏上“ Draw ”(绘图)图标，将 HyperChem 的默认绘图元素设定为碳原子，分别使用左键点击绘制出 4 个碳原子，在碳原子之间点击左键并拖拉，绘制出碳原子的成键骨架，再使用左键点击碳原子并拖拉，绘制出 9 个 C-H 键，如图 9-74 ( 1 ) 所示。 ( 2 )使用 Build ? Default Element 命令，或者左键双击工具栏“ Draw ”(绘图)图标，将默认元素改为氧。使用“ Draw ”(绘图)工具，在右方的两个氢原子上使用左键单击，将氢原子改换为氧原子，左键双击 C-O 单键，将其改变为芳香键。同理，将右方的碳原子改变为氮原子，如图 9-75 ( 2 ) 所示。 ( 3 )点击工具栏上“ Select ”(选择)图标，使用 Select ? Atom 命令，设定选择单位为原子。使用 Select ? Multiple Selections 命令(显示“ ? ”符号)，允许使用多项选择。左键点击 N 原子，使用 Build ? Set Charge 命 令 ，在输入框中键入 1.0 ，为 N 原子设定 1 个正电荷。同理，为两个氧原子分别设定 -0.5 电 荷。使用 Setup ? Molecular Mechanics ? AMBER 命令选择分子力学方法，在 AMBER 中的“ Options ”选项使用默认值，使用 Setup ? Select Parameter Set ? amber2 命令选择 AMBER 的力场参数。使用 Build ? Model Build 命令，或左键双击工具栏“ Select ”(选择)图标，进行建模，得到 丙胺酸两性离子的三维分 -75 ( 3 ) 所示。使用 Compute ? Geometry Optimization 命子模型， 如图 9 令，将 RMS gradient 设为 0.1 ，进行真空环境的几何构型优化。 ( 4 )使用 Compute ? Periodic Box 命令，在输入框中键入 X 、 Y 、 Z 的值分别为 12 、 10 、 10 (如图 9-60 所示)，点击“ OK ”按钮，为 丙胺酸两性离子加上周期盒子 ， 盒子里 最多有 48 个水分子，如图 9-75 ( 4 ) 所示。使用 Setup ? Molecular Mechanics ? AMBER 命令，点击 AMBER 中的“ Options ”选项，将 Dielectric (介电常数)的单选项设为 Constant (常数)。使用 Compute ? Geometry Optimization 命令(默认值)，进行周期边界条件的几何构型优化，优化收敛后的能量值约为 -990.98 kcal/mol 。使用 Compute ? Molecular Dynamics 命令，在弹出窗口中设置各参数，如图 9-62 所示。点击“ Averages ”按钮，在弹出窗口中选择 EKIN 、 EPOT 和 ETOT 将其添加到 Avg. & graph 框中。点击“ Proceed ”按钮，计算平均数或绘制均值分布图。分子动力学模拟退火完成后，重新使用 Compute ? Geometry Optimization 命令，进行几何构型优化，可得到能量更低的构型，其能量约为 -1008.54 kcal/mol 。 图 9-75 丙胺酸两性离子 的分子动力学模拟的示意图 3 (绘制苯胺酸的 α 螺旋体结构 ( 1 )使用 Databases ? Amino Acids 命令，在弹出的氨基酸窗口中，选择“ Alpha helix ”( α 螺旋)单选项，如图 9-50 所示。连续点击 8 次“ Phe ”按钮。使用“ Rotate out-of-plane ”(旋转)工具旋转分子结构，使螺旋轴方向与 Z 轴相同。使用 Select ? Select Backbone 命令，选择螺旋体的骨架(粗体线显示)，如图 9-76 所示。 图 9-76 苯胺酸的 α 螺旋体结构 图 9-77 苯胺酸的 α 螺旋体二级结构的厚带状显示 ( 2 )使用 Display ? Rendering ? Rendering Options 命令，在弹出的显示模式窗口中，选择“ Balls and Cylinders ”和“ Thick Ribbons ”单选项，如图 9-46 所示。点击“确定”按钮，可显示苯胺酸的 α 螺旋体二级结 -77 所示。此前确定 构的带箭头厚带状显示，并进行适当的旋转，如图 9 Display ? Show Hydrogens 开 头命令关闭 (不显示“ ? ”符号) 。