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手把手教你用ChemDraw 畫化學結(jié)構(gòu)式：基礎(chǔ)篇

來源：本站時間：2021-06-19 14:44:00 瀏覽：55033次

1 引言

從事生物材料和高分子材料研究的同學在日常科研活動中會接觸到大量的有機分子，為了更加清楚、直接地表現(xiàn)化學成分和反應(yīng)式，除了使用分子式和結(jié)構(gòu)簡式之外，還需要繪制化學結(jié)構(gòu)式，甚至于建立能夠反映立體結(jié)構(gòu)的球棍結(jié)構(gòu)式等。然而，大多數(shù)有機分子通常包含長肽鏈和復雜的有機官能團，為了更加快捷而準確地表示相關(guān)物質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)，就需要借助繪圖軟件和工具來達成。

2 軟件介紹

Chem系列軟件的開發(fā)公司為PerkinElmer，該公司開發(fā)了包括Chem Draw、Chem Window，Chem Sketch等在內(nèi)的一系列軟件。

Chem Draw是一款專用于化學繪圖的工具，主要針對的是化學和生物學領(lǐng)域的專業(yè)化學繪圖需求，能夠快速有效地處理立體化學問題，包括：（1）能夠準確地處理有機分子、生物氨基酸和肽鏈以及各種高級形式的立體化學問題；（2）能夠預(yù)測數(shù)據(jù)屬性、生成光譜，可以有效地節(jié)約時間并提高數(shù)據(jù)的準確性；（3）具有數(shù)據(jù)庫和搜索功能，能夠繪制并直接搜索相關(guān)的化合物結(jié)構(gòu)；（4）使用內(nèi)置的生物模板可以創(chuàng)建插圖與流程圖，從而快捷、高效地進行科研交流。

在本篇章中，將圍繞Chem Draw軟件，介紹軟件的入門使用教程，包括如下內(nèi)容：

（1）介紹軟件主界面，包括工具欄中的繪圖工具的主要內(nèi)容和使用方法；

（2）以繪制化學反應(yīng)式、化學反應(yīng)中間體和透視結(jié)構(gòu)為范例，介紹使用Chem Draw軟件的基本繪圖流程。

在Chem系列軟件中，Chem Draw和Chem Window為商業(yè)軟件，相關(guān)資料在http://www.camsoft.com/和http://www.sadtlersuite.com/上可查閱。Chem Sketch對教育及家用為免費軟件，可以http://www.acdlabs.com/上下載。

3 主界面介紹

以下將就Chem Draw7.0版本對軟件主界面作介紹。

圖形工具板是繪制化學圖形時進行主要操作的工具板，其中含有多項繪制工具，分別的名稱和主要工具的作用如圖2所示。

在上圖中標藍的工具圖標中，其右下角均含有小黑色三角符號，使用鼠標左鍵長按圖標時，相應(yīng)的子工具圖標就顯示出來：

4 基本操作

（1）建立文件：在菜單欄的【文件】中選擇New document可建立一個新文件；

（2）打開文件：菜單欄中的【文件】——【打開】可打開相應(yīng)的文件。Chem Draw可讀的文件類型如下圖所示：

（3）切換文件窗口：每次打開一個文件，都會添加一個文件窗口。同時打開多個文件時，僅顯示最后打開的文件?？梢钥s小文件窗口進行切換或按ctrl+Tab鍵變換窗口。

（4）儲存文件：在菜單欄中的【文件】一項中選擇【保存】或【另存為】，即可完成存儲；

（5）使用方程式樣式：由于軟件自帶的格式較為簡單，Chem Draw中提供了各大主流機構(gòu)的格式樣式。在創(chuàng)建和打開文件后，可以通過【文件】——【打開樣式】一欄的展開欄中進行選擇。

5 實例演示

例一：繪制如圖所示的方程式

涉及操作：基本編輯工具的使用。

1、繪制2-丙酮分子

1.1、選擇單鍵工具

1.2、選擇單鍵工具后，鼠標光標將變成十字狀。在文件窗口中的合適位置（圖5：a位置）單擊鼠標，并拖動光標，使伸展的化學鍵與x軸成30°夾角，終止點標為b位置。所獲得的圖像如圖5中的1.2所示；

1.3、將光標放在b位置，此時b點出現(xiàn)藍色方塊。在此處單擊鼠標或拖動鼠標至c位置，即在第一個化學鍵右側(cè)出現(xiàn)一個與其完全對稱、二者之間成120°鍵角的化學鍵；

注：單擊鼠標時第二個化學鍵鍵角可能會不成120°，此時可采取快捷方式改變鍵角，方法如下：按下Shift鍵，使用鼠標拖動第二個化學鍵的c末端至所需要的位置，即可完成調(diào)整；

1.4、以b位置為起點，在垂直于x軸的方向以同樣的方法畫兩條化學鍵，結(jié)束位置均為d位置，即完成一條雙鍵的繪制，所獲圖形如1.4.2所示；

1.5、除了使用單鍵工具外，還可以使用雙鍵工具進行繪制，同樣點擊鼠標左鍵，從b位置牽拉至d位置，結(jié)果如圖中的1.5所示；

1.6、在結(jié)構(gòu)骨架上添加化學標記：在d端點雙擊鼠標后出現(xiàn)1.6.1所示文字框，輸入相應(yīng)的元素符號（O），即得到最終的2-丙酮分子（1.6.2）。

2、繪制4-羥基-4-甲基-2-戊酮

4-羥基-4-甲基-2-戊酮的繪制可以在2-丙酮的基礎(chǔ)上進行：

2.1、復制2-丙酮分子：選用工具欄中的框選工具，圈出2-丙酮分子。使用ctrl+C-ctrl+V可以復制分子，或直接按住ctrl鍵并拖動分子至合適的位置，即可完成復制，結(jié)果如2.1；

2.2、使用化學鍵工具和編輯文字工具完成剩余部分的繪制，獲得4-羥基-4-甲基-2-戊酮分子，即2.1.2。

3、繪制氫氧自由基

3.1、建立文本框并輸入相應(yīng)的元素組成（OH），如圖7中的3.1所示；

3.2、添加電荷符號：常按工具欄中的“化學符號”，調(diào)出子工具板3.2.1。拖動光標移動至負電荷符號上，此時光標變?yōu)槭?，在繪制面板上單擊鼠標左鍵時即可繪制負電荷符號，如圖3.2.2所示。

4、組合反應(yīng)式

4.1、檢查結(jié)構(gòu)圖形的正確性：在組合化學式前，需要使用check structure命令來檢查結(jié)構(gòu)圖形的正確性。使用選擇工具框選所需檢查的所有分子，選取菜單欄【結(jié)構(gòu)】——【check structure】即可運行對化學分子的檢查；

4.2、在反應(yīng)式中加箭頭：調(diào)出工具板的箭頭工具中的子工具欄，選定所需要的箭頭工具，使用鼠標拖動添加箭頭；

4.3、組合符號：使用選擇工具，按下shift鍵，分別單擊箭頭、OH和負電荷符號，隨后在菜單欄中的【對象】中使用【組合】命令，即可把所選符號相互集中在一起；

4.4、使用方框把反應(yīng)方程式框起來：調(diào)出工具欄中基元工具中的子工具欄，選中陰影框，并在繪圖頁面內(nèi)把反應(yīng)式框選起來。

5、存儲文件：

使用另存為可將文件保存為cdx模式（此格式的文件可再次使用Chem Draw打開并保存），或圖片模式（png、eps等）。

實例演示二、

繪制中間體結(jié)構(gòu)

涉及操作：箭頭工具的使用。

如上圖所示的中間體，涉及曲線箭頭編輯工具的使用方法。

1、在工具欄中選擇環(huán)己烷工具，在編輯面板單擊鼠標，創(chuàng)建一個環(huán)己烷分子(1.1)；

2、去掉環(huán)的某一部分鍵：使用橡皮工具，在需要清除的化學鍵的中間位置單擊即可消去該化學鍵(2.1)；

3、在2.1的基礎(chǔ)上繪制物質(zhì)結(jié)構(gòu)式，結(jié)果如3.1所示；

4、改變雙鍵中單鍵的位置：鼠標定位在雙鍵中心位置，待光標變化為細箭頭后單擊，即可改變雙鍵中單鍵的位置，結(jié)果如4.1所示；

5、使用文本工具添加氧負離子和羥基標識，結(jié)果如5.1所示；

6、選擇筆工具，在菜單欄的【曲線】欄中選擇【結(jié)尾處箭頭】，隨后開始繪制曲線路徑；

7、繪制曲線路徑：使用鼠標左鍵拖拽至合適的位置，此時出現(xiàn)的虛線段代表曲線箭頭起始位置的切線路徑（圖9 7.1.1）。隨后在箭頭終止位置單擊，即可形成曲線路徑（7.1.2）。按Esc鍵退出筆工具，即完成曲線路徑的繪制（7.1.3）；

8、調(diào)整曲線路徑：在曲線路徑上單擊進入編輯狀態(tài)，拖動虛線段的起始和終止點即可對曲線形狀進行調(diào)整（8.1）；

9、使用同樣的方法添加另外兩條曲線段；

注：只有在完成當前曲線繪制，并按Esc退出后才能繼續(xù)繪制下一條曲線；

10、保存cdx文件并另存為圖形格式保存；

注：可以使用菜單欄【查看】中的【放大】對繪制圖形進行局部放大觀察；

例三、繪制透視圖形

涉及操作：化學圖形的旋轉(zhuǎn)、變形。

方法一：

1、使用環(huán)己烷工具、單鍵工具和文本編輯工具繪制圖10 1.1所示的分子；

注：在繪制a位朝下的化學鍵時，為了避免與b位朝上的化學鍵距離過近而報錯，繪制化學鍵時可以按下Alt鍵拖動鼠標，即可建立任意鍵長的化學鍵。

2、選中繪制的分子，按下Shift鍵，拖動選擇框的右下角對分子做變形處理，結(jié)果如2.1所示；

注：選擇框右上角為旋轉(zhuǎn)選項，右下角為變形選項。

3、使用文字工具進行編輯，結(jié)果如3.1所示；

4、使用工具板中的寬鍵工具，對分子中的1、2、3鍵進行加粗處理，如4.1所示

方法二：

1、使用模板庫中的專有模板，找到【Conformer】一欄中如2.1.1所示的分子，直接繪制；

2、使用橡皮、文字編輯工具在2.1.1的基礎(chǔ)上進行改造，最終得到2.2.1所示的分子。

注：Chem Draw的模板庫中包含大量的化學分子模板、DNA模板、化學儀器等模板，善加利用可以大幅提高作圖效率。

6 實用工具匯總

1、結(jié)構(gòu)式正確性檢查工具：路徑：菜單欄【結(jié)構(gòu)】——【Check Structure】；

功能：檢查所繪化學分子的正確性。如正確將直接通過；如有錯誤將在錯誤位置標紅?？墒褂檬髽擞益I查看錯誤原因。

2、化學信息工具：

路徑：使用框選工具選中所需要了解的化學分子后在菜單欄【查看】中選擇【信息窗口】，即會出現(xiàn)標示了化學分子部分物理化學信息的窗口；

功能：可運行軟件以預(yù)計該分子的化學信息。

3、改變頁面大?。?/span>

路徑：菜單欄【文件】——【頁面設(shè)置】——改變頁面大小和頁邊距等選項；

功能：擴展操作頁面，確保有足夠的空間作圖。

7 總結(jié)

以上即為Chem Draw的基本使用方法，以Chem Draw繪制的結(jié)構(gòu)式為基礎(chǔ)，可以與Chem 3D聯(lián)用繪制三維立體分子。關(guān)于Chem Draw的更多使用技巧和詳細技法解析，以及繪制三維立體結(jié)構(gòu)的方法，將在下一期【手把手教你用ChemDraw畫化學結(jié)構(gòu)式：高級篇】中介紹。

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