第四章計(jì)算機(jī)圖形化技術(shù)在化學(xué)中的應(yīng)用

1、第四章：計(jì)算機(jī)圖形化技術(shù)在化學(xué)中的應(yīng)用化學(xué)化工領(lǐng)域內(nèi)涉及圖形化技術(shù)的領(lǐng)域分子結(jié)構(gòu)（包括平面結(jié)構(gòu)和三維結(jié)構(gòu)）的繪制反應(yīng)機(jī)理示意圖（包括反應(yīng)式）繪制實(shí)驗(yàn)流程裝置圖繪制生產(chǎn)和工藝流程圖繪制原子和分子微觀狀態(tài)圖繪制及顯示化學(xué)過程（包括各種分離分析過程）圖形化顯示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖形化制作和顯示討論:利用計(jì)算機(jī)技術(shù)完成分子結(jié)構(gòu)繪制都可以使用哪些方法？根據(jù)資源占用、使用方便、功能全面等角度考慮，分析不同方法的優(yōu)劣。常用化學(xué)圖形化軟件種類分子結(jié)構(gòu)繪制軟件分子模型繪制軟件化工裝置和流程繪制軟件(CAD)化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置繪制軟件實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與顯示軟件除了第三條之外，一般把上述軟件與化學(xué)數(shù)據(jù)庫和電子報(bào)表等軟件集成為化學(xué)辦公

2、軟件如何用占用資源最少，記錄信息量最大，失真最小的方式描述一個(gè)分子結(jié)構(gòu)？BMP, JPG, GIF, PNG, TIF, PCX, TGA, WMF, EPS等格式各有什么特點(diǎn)？分子結(jié)構(gòu)也是一種圖形，有什么特點(diǎn)？計(jì)算機(jī)平面靜態(tài)圖形文件分為兩大類：一類是位圖，在編輯位圖時(shí)針對(duì)的是像素點(diǎn)而不是形狀，位圖放大會(huì)產(chǎn)生失真，存儲(chǔ)時(shí)占較大空間；另一類是由函數(shù)集描述圖像，占有少量空間及內(nèi)存，因?yàn)槭怯脭?shù)學(xué)函數(shù)描繪的，放大不會(huì)失真，但比較復(fù)雜的圖像運(yùn)算量非常大。.BMP(bitmap)是點(diǎn)位圖格式, 支持24bit色彩，保存的圖像質(zhì)量不變，因?yàn)橐４婷總€(gè)像素的信息文件比較大。.JPEG (Joint photo

3、graphic exptrs group) 是一種有損壓縮方案(壓縮比達(dá)20倍），比較常用于質(zhì)量要求不高場(chǎng)合.GIF (Graphics Interchange Format)-是一種圖像交換格式，可提供壓縮功能，但只支持256色，適合網(wǎng)上傳輸。. PNG是網(wǎng)景公司開發(fā)的新型格式，綜合JPG和GIF格式的優(yōu)點(diǎn)，支持24bit色彩，壓縮不失真適合網(wǎng)絡(luò)使用。TIF （Tag Image File Format） 是一種跨平臺(tái)的位圖格式, 采用的LZW壓縮算法是一種無損失的壓縮方案，常用來存儲(chǔ)大幅圖片。.PCX是一種跨平臺(tái)格式, 是Windows與DOS之間進(jìn)行圖形文件交換的橋梁。.TGA是Wind

4、ows與3DS進(jìn)行圖形交換的格式。在實(shí)用中可以將動(dòng)畫通過視頻軟件轉(zhuǎn)入電視。.WMF (Metafile) 是一種清晰簡(jiǎn)潔的矢量圖形格式, 無論放大還是縮小，圖形的清晰度不變， 用于Word中。.EPSAdobe公司繪圖軟件Illustrator的矢量圖格式，EPS格式常用于位圖與矢量圖之間交換文件。幾種常見化學(xué)結(jié)構(gòu)文件格式Molecule files: Each molfile describes a single molecular structure which can contain disjoint fragments.Rgroup files: An RGfile describes

5、 a single molecular query with Rgroups. Each RGfile is a combination of Ctabs defining the root molecule and each member of each Rgroup in the query.Reaction files: Each rxnfile contains the structural information for the reactants and products of a single reaction. MDL currently has two types of rx

6、nfiles: the REACCS type and the CPSS-rxnfile written by CPSS programs Structure-data files: An SDfile contains structures and data for any number of molecules. Together with RDfiles, SDfiles are the primary format for large-scale data transfer between MDL databases.Reaction-data files: Similar to SD

7、files in concept, the RDfile is a more general format that can include reactions as well as molecules, together with their associated data. RDfiles are used primarily by ISIS and REACCS, MACCS-II can also read and write RDfiles except for the reaction structure information. CPSS reads and writes RDf

8、iles with embedded molfiles and CPSS-rxnfiles. A connection table (Ctab) contains information describing the structural relationships and properties of a collection of atoms. The atoms may be wholly or partially connected by bonds. Such collections may, for example, describe molecules, molecular fra

9、gments, substructures, substituent groups, polymers, alloys, formulations, mixtures, and unconnected atoms. The connection table is fundamental to all of MDLs file formats.分子結(jié)構(gòu)描述語言（連接表）第一節(jié) 化學(xué)辦公軟件化學(xué)辦公軟件的種類：圖形繪制和化學(xué)文件制作軟件，化學(xué)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用軟件，分子模型制作與顯示軟件，圖譜分析軟件等。化學(xué)辦公軟件的功能和應(yīng)用：輔助完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告、課題總結(jié)、學(xué)術(shù)論文、學(xué)術(shù)著作，學(xué)術(shù)交流演示材料的制作過程；

10、科學(xué)管理和分析處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)。常見化學(xué)辦公軟件的種類：ISISDraw, ChemOffice, Chemsketch, Chemwindows, DSViewerpro, Alchemy等分子結(jié)構(gòu)式繪制軟件ISISDraw的功能與應(yīng)用生產(chǎn)廠家：美國(guó)MDL信息系統(tǒng)公司。流行版本：ISISDraw 1.0, 1.5*, 2.0, 2.2, 2.3，2.4主要功能：繪制二維和三維分子式、繪制化學(xué)反應(yīng)式、繪制反應(yīng)機(jī)理示意圖、簡(jiǎn)單化學(xué)反應(yīng)裝置、簡(jiǎn)單的曲線圖和其他示意圖。軟件的大?。?.5版2.1Mb, 2.0版4.8Mb, 2.4版7.4Mb(壓縮）.操作環(huán)境：Windows或Mac環(huán)境，采用wi

11、ndows資源。ISISDraw軟件的使用軟件的安裝：軟件的菜單：軟件繪制工具：分子模板：軟件參數(shù)的設(shè)定：分子結(jié)構(gòu)和圖形的繪制：ISISDraw軟件與其他化學(xué)軟件的配合。ISISDraw軟件與常見通用辦公軟件的配合。需要說明的一些問題。ChemSketch 軟件的功能與應(yīng)用ChemSketch 的生產(chǎn)廠家:Advanced Chemistry Development Inc. (ACD). 最新版本為5.0軟件的功能: 繪制分子結(jié)構(gòu)式和化學(xué)反應(yīng)式 繪制幾何、化學(xué)示意圖、電子云圖化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置 顯示分子的三維結(jié)構(gòu)圖 計(jì)算分子的結(jié)構(gòu)參數(shù)和其他簡(jiǎn)單性質(zhì)分子結(jié)構(gòu)自動(dòng)命名和其他功能軟件的大?。?.5Mb(

12、壓縮), 需要12.5Mb硬盤空間.軟件的使用環(huán)境：windows 9x, 2000, me, NT ChemSketch 軟件的使用性能軟件的菜單,窗口結(jié)構(gòu)和操作指令調(diào)整窗口結(jié)構(gòu)和設(shè)定參數(shù)繪制分子結(jié)構(gòu)和反應(yīng)式繪制電子云圖和其他化學(xué)示意圖繪制實(shí)驗(yàn)裝置圖三維分子模型的自動(dòng)生成和演示根據(jù)分子結(jié)構(gòu)自動(dòng)進(jìn)行命名根據(jù)繪制的結(jié)構(gòu)測(cè)定分子性質(zhì)測(cè)定分子的空間參數(shù)(角度長(zhǎng)度兩面角)Chemsketch軟件的實(shí)際應(yīng)用繪制分子式和反應(yīng)式繪制電子云圖和分子軌道示意圖繪制曲線圖和其他簡(jiǎn)單圖形繪制化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置圖將繪制的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化命名將繪制的分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成三維分子模型進(jìn)行簡(jiǎn)單的各種三維分子演示測(cè)定繪制的分子相關(guān)性質(zhì)

13、Chemoffice軟件簡(jiǎn)介生產(chǎn)廠商：CambridgeSoft Corporation（美國(guó)）公司網(wǎng)址：軟件的主要組成（完整版Ultra）：Chemdraw(分子結(jié)構(gòu)繪制軟件）Chem3d(分子模型軟件）Chemfinder（分子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫軟件）Cheminfo（分子字典軟件）軟件的主要版本：流行的有4.0，4.5，5.0，以及2005，2006，2008版等軟件的主要功能能夠繪制各種分子結(jié)構(gòu)與示意圖能夠轉(zhuǎn)換并顯示分子模型圖能夠建立并使用分子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫（帶檢索功能）能夠根據(jù)繪制的分子結(jié)構(gòu)估計(jì)其NMR的化學(xué)位移數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的量子化學(xué)計(jì)算并給出分子的基本數(shù)據(jù)繪制化學(xué)裝置圖軟件的主要界面Chemd

14、raw界面窗口Chem3d界面窗口Chemfinder界面窗口Chemoffice 功能演示ChemOfficePro2008(W) ChemBioDrawUltra11.0 ChemBio3DUltra11.0 ChemNMRPro11.0 ChemFinderPro11.0 Struct=NamePro11.0 ChemDraw/ExcelPro11.0 CombiChem/ExcelPro11.0 E-NotebookUltra11.0 ChemScriptPro11.0 ChemDrawActiveX/PluginPro11.0 Chem3DActiveXPro11.0 MestReC

15、Std 第二節(jié) 計(jì)算機(jī)輔助建立分子結(jié)構(gòu)模型建立分子模型的理論和實(shí)際意義顯示微觀世界，研究分子結(jié)構(gòu)，提供反應(yīng)機(jī)理，研究分子性質(zhì)，測(cè)定分子結(jié)構(gòu)參數(shù)。分子模型的表示（顯示）方法線狀顯示，棒狀顯示，球棒狀顯示，電子云填充顯示，分子外表面顯示，其他顯示方法。需要解決的技術(shù)問題建立和修改分子結(jié)構(gòu)模型，化學(xué)和物理規(guī)則檢驗(yàn)，三維演示功能，多種顯示方式的轉(zhuǎn)換，必要的結(jié)構(gòu)信息分析與測(cè)定手段，分子結(jié)構(gòu)的優(yōu)化能力，分子模型的輸出與輸入方法。常見的分子模型演示軟件Chemsketch 附帶的3D ViewerISIS Draw 附加 3D插件ChemOffice附帶的Chem3DWeblabViewer *（DS Vi

16、ewer pro)Alchemy II軟件（兼有結(jié)構(gòu)化學(xué)計(jì)算功能）DS Viewer Pro 分子分析演示軟件軟件的基本特點(diǎn)：Molecular Simulations Inc (MSI)產(chǎn)品，目前版本為5.0版，壓縮后體積為7.4Mb，需要硬盤空間13.5Mb， 另外有一個(gè)4Mb左右的分子模型庫，包括200余種各種常見分子模型。網(wǎng)址：。/downloads/d3c95db0aede6cee39c909089629d5ba/setupdsvax17.exe 軟件的功能：建立精確的分子結(jié)構(gòu)模型，多種分子模型顯示方式，分子結(jié)構(gòu)參數(shù)測(cè)定功能，分子結(jié)構(gòu)分析功能，圖形格式轉(zhuǎn)換功能，多種輸出輸入方式。軟件

17、的操作界面和基本操作指令:分子模型窗口，分子組成窗口，分子數(shù)據(jù)窗口。分子模型構(gòu)建工具，分子操作工具。建立分子模型：直接建立分子模型，利用相似分子修改建立分子模型，顯示分子模型：棒狀、球棒狀、空間填充狀，生物大分子顯示方法，礦物晶體顯示方法，模擬電子顯微鏡下狀態(tài)。分子結(jié)構(gòu)分析：分子（晶胞、蛋白質(zhì)等），鏈段（肽鏈，核酸鏈等），鏈組成（氨基酸、核酸等），原子組成，化學(xué)鍵組成。結(jié)構(gòu)參數(shù)測(cè)定：鍵長(zhǎng)、鍵角、兩面角、分子組成等。常見各類分子模型庫：DNA片斷，與環(huán)境相關(guān)的物質(zhì)，無機(jī)化合物，材料類物質(zhì)，天然產(chǎn)物類，石油產(chǎn)品類，藥物類，蛋白質(zhì)類，小分子類，一般化合物類。分子模型的輸出如輸入方法：輸出格式：.ms

18、v,PDB格式，MDL格式，XYZ坐標(biāo)格式，VRML格式，GIF格式，JPEG格式，BMP格式等13種。輸入格式共18種。DS Viewer Pro軟件的安裝與使用軟件的安裝：zip軟件解壓，setup安裝軟件窗口：3D Window, hierarchy Window, data table.3D Window: 菜單（view, tools, modify, window),操作工具（分子模型建立工具，分子模型操作工具，分子模型測(cè)量工具等）hierarchy Window：分子樹，data table：數(shù)據(jù)表，卡片標(biāo)識(shí)軟件的基本使用方法。DS Viewer Pro 軟件的使用方法介紹分子模型的建立和修改方法分子模型的演示方法分子結(jié)構(gòu)參數(shù)的測(cè)定方法分子結(jié)構(gòu)組成的分析方法分子模型數(shù)據(jù)的輸出與輸入方法第四章思考題1化學(xué)工作者需要分子結(jié)構(gòu)繪制軟件做哪些工作？與手工繪制和繪圖工具繪制相比，分子結(jié)構(gòu)繪制