有機(jī)化學(xué)及相關(guān)學(xué)科數(shù)據(jù)庫

有機(jī)化學(xué)及相關(guān)學(xué)科數(shù)據(jù)庫、軟件簡介一、有機(jī)化學(xué)軟件計(jì)算機(jī)作為一種化學(xué)學(xué)習(xí)和研究的工具有著不可替代的作用。它不僅能夠幫助我們進(jìn)行文字及圖形處理等文書工作，而且可以在化學(xué)學(xué)習(xí)與研究的各個方面協(xié)助我們更快、更好的工作。本章介紹一些常用的能在PC機(jī)上使用的化學(xué)類軟件，以期能幫助讀者在自己的學(xué)習(xí)和研究中做出有效、快速的選擇。1化學(xué)繪圖軟件化學(xué)繪圖軟件于20世紀(jì)80年代就有產(chǎn)品問世，經(jīng)歷了由簡單的分子平面圖形的繪制,到三維立體結(jié)構(gòu)模擬，如果說平面圖形是簡單的繪畫,那么三維結(jié)構(gòu)的模擬則是在分子和原子水平上利用分子力學(xué)、分子動力學(xué)和量子化學(xué)計(jì)算手段模擬和分析分子的立體構(gòu)象的綜合性研究。這些生動的分子形象使化學(xué)家從本質(zhì)的分子作用機(jī)制出發(fā)，理解和搞清化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理和難易程度，以及分子間的立體結(jié)構(gòu)和電性、疏水性的相關(guān)性,探討分子發(fā)生反應(yīng)的可能性以及分子生物活性的大小與其結(jié)構(gòu)之間必然的本質(zhì)聯(lián)系。目前的繪圖軟件已經(jīng)不局限于繪圖功能，有些軟件已經(jīng)將化合物命名及常用物理常數(shù)整合在一起，應(yīng)用起來更加方便。1.1ACD/ChemsketchAdvancedchemistryDevelopmentInc（簡稱ACD）是位于加拿大的一家專門制作各種專業(yè)化學(xué)軟件的公司。該公司共推出Chemsketch1.0、3.5和4.53個版本，目前均為免費(fèi)軟件。Chemsketch4.5軟件,包括幾十個繪圖模板與一個3D顯示軟件。具有以下主要功能:結(jié)構(gòu)模式:畫化學(xué)結(jié)構(gòu)，計(jì)算其各種屬性。繪圖模式:進(jìn)行文本與繪圖操作。計(jì)算分子屬性：自動計(jì)算分子量、原子百分組成、克分子折射率、克分子體積、折射率、表面張力、密度、介電常數(shù)、極化率。1.2ISISDrawISISDraw由MDLIformationsystemsInc開發(fā),其早期版本為1.0版，后發(fā)行了2.2版，最新版本為2.3版。該軟件為自由軟件，無注冊費(fèi)無使用期限，但是不能進(jìn)行商業(yè)買賣。是目前免費(fèi)軟件中做的最好的一個專業(yè)的結(jié)構(gòu)式繪圖軟件之一。ISISDraw最大的特點(diǎn)是對Chemoffice的兼容性好。用它作好的化學(xué)結(jié)構(gòu)式可以直接拷貝到Chem3D5.0中進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)的計(jì)算。在投稿上，它有JOC、JMC等雜志的專用格式。ISISDraw2.3版新增Chemsketch4.5的部分功能，也可以計(jì)算分子屬性。1.3ChemWindowChemWindow由SoftshellIntern.Ltd1989年推出首版，到1993年發(fā)行了3.0版，目前最新版本為6.0,但需要購買,3.0版是一個免費(fèi)軟件。ChemWindow主要功能是能繪出各種結(jié)構(gòu)和形狀的化學(xué)分子結(jié)構(gòu)式及化學(xué)圖形,具有一般其他繪圖軟件所不具備的化學(xué)分子圖形編輯功能。使用過程中，默認(rèn)保存為cw2文件,可通過拷貝的方法直接轉(zhuǎn)到Word/powerpoint中，在Word6.0-Word97中，它自動轉(zhuǎn)為office繪圖做成的圖形，可以直接雙擊的方式在Word中編輯,Word文檔體積小，并且在制作powerpoint幻燈片時(shí)，因?yàn)樽詣愚D(zhuǎn)變成office圖形，背景可自由改變。它也可以通過自帶的轉(zhuǎn)換器導(dǎo)入ChemDraw等其它分子式繪圖軟件的文件。1.4ChemDrawChemDraw是Chemoffice套裝軟件之一，由CambridridgeSoftCorporation公司出品，用于讀取和構(gòu)造各種格式的化學(xué)結(jié)構(gòu)式，其增強(qiáng)版的功能更全oChem3D是Chemoffice軟件的套件之一，將二維平面圖形轉(zhuǎn)化成三維的空間結(jié)構(gòu)°ChemProppro為另一插件:計(jì)算BP,MP,logP,反應(yīng)生成熱等。該軟件為商用軟件。1.5三維結(jié)構(gòu)比較有名的化學(xué)三維結(jié)構(gòu)顯示與描繪軟件有：Chem3D,WebLabViewerPro,RasWin,ChemBuilder3D,ChemSite等，它們都能夠以線圖(wireframe),球棍(ballandstick),CPK及絲帶(ribbon)等模式顯示化合物的三維結(jié)構(gòu)。其中的RasWin和WebLabViewer的Lite版只能顯示而無法編輯三維分子模型，為免費(fèi)軟件，RasWin可以在幾乎所有的化學(xué)軟件站點(diǎn)找到，WebLabViewer的下載地址為owireframe ballandstick CPKChem3D同ChemDraw一樣，是ChemOffice的組成部分，它能很好地同ChemDraw一起協(xié)同工作，ChemDraw上畫出的二維結(jié)構(gòu)式可以正確地自動轉(zhuǎn)換為三維結(jié)構(gòu)。它的ultra版本還包括了一個很好的半經(jīng)驗(yàn)量子化學(xué)計(jì)算程序MOPAC97,并能與著名的從頭計(jì)算程序Gaussian98連接，作為它的輸入、輸出界面。能夠以三維的方式顯示量子化學(xué)計(jì)算結(jié)果，如：分子軌道、電荷密度分布等。WebLabViewer的pro版本表現(xiàn)生物分子和晶體結(jié)構(gòu)的能力比較強(qiáng)?？梢詮南聢D看出：PorinSorbateInZeolitePorin化學(xué)繪圖軟件還有很多，如:HyperChem5.1、MolDraw3.5等。Chemsketch4.5、ISISDraw和ChemWindow3.0大免費(fèi)軟件可以在化學(xué)與軟件網(wǎng)站下載，網(wǎng)址/asp/chemsoft/index.htmlo2化合物圖譜解析和結(jié)構(gòu)分析軟件化合物的結(jié)構(gòu)分析軟件:包括實(shí)驗(yàn)?zāi)M，化合物譜圖預(yù)測和分析。這類軟件不同于普通的化合物圖譜數(shù)據(jù)庫，它是通過模擬專家演繹推理的過程，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(如質(zhì)譜、紅外、核磁共振譜等)或者化學(xué)信息出發(fā)，在知識庫(如子結(jié)構(gòu)-子光譜相關(guān)的規(guī)則)作用下獲取化合物中可能含有的結(jié)構(gòu)片斷集;在波譜模擬、碳-13譜峰信息、分子張力計(jì)算、模式識別及人機(jī)交換信息作用下，進(jìn)行化合物結(jié)構(gòu)驗(yàn)證和推斷。這些軟件將幫助我們研究和判斷化合物結(jié)構(gòu)，更加準(zhǔn)確高效地完成化合物結(jié)構(gòu)分析的工作。21紅外波譜模擬(IRSpectralSimulation)軟件為國產(chǎn)軟件，由中科院有機(jī)化學(xué)研究所研制(代*的軟件均為該公司出品，相關(guān)信息參見該公司網(wǎng)站:16/),用于對有機(jī)化合物的紅光外譜模擬。本軟件除可預(yù)測新化合物的紅外/拉曼光譜外,在有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)分析、驗(yàn)證和解析等場合使用本軟件還可即時(shí)得到所需的紅外譜圖和拉曼光譜數(shù)據(jù)。22結(jié)構(gòu)解析(structureekucidation)用于復(fù)雜未知物的結(jié)構(gòu)解析。它能將從MS得到的分子式(molecularformula)與從1D和2DNMR數(shù)據(jù)中獲得的化學(xué)位移、峰多重性(peakmultiplicities)和積分(integrals)相結(jié)合，自動地推斷出未知化合物.23ACD分析軟件ACD公司除ACD/Chemsketch繪圖軟件外，還開發(fā)了許多光譜模擬分析軟件：ACD/GCSimulator氣相色譜仿真器，只需給出結(jié)構(gòu)便可得到結(jié)果。ACD/HPLCSimulator有機(jī)化合物的高相色譜和離子交換色譜仿效器。ACD/ChromManager加工有機(jī)化合物的實(shí)驗(yàn)色譜圖工具，如最高峰的分析、去褶積、基線的修正等。24ChemdrawUltraChemNMR為ChemDrawUltra版本的一個插件，可以用來估算大多數(shù)有機(jī)物的1H、13C化學(xué)位移及用線圖表示的相應(yīng)圖譜。25ChemWindow插件C13ModuleorChemWindow為ChemWindow的一個插件，可以用來估算大多數(shù)有機(jī)物的13C化學(xué)位移，gNMR則可用來估算任何NMR活性核的化學(xué)位移，并能畫出非常逼真的圖譜，該軟件包所帶的幾個工具(gSPG,gCVT)亦可用來處理一維核磁圖譜數(shù)據(jù)，并能與模擬譜進(jìn)行比較。ChemWindow6.5Spectroscopy版本包括了一個約5萬張13CNMR的數(shù)據(jù)庫(達(dá)250兆)，因而其預(yù)測更加精確;除了根據(jù)化合物的結(jié)構(gòu)預(yù)測13CNMR化學(xué)位移外，還能預(yù)測紅外圖譜、質(zhì)譜等，更可以讀入標(biāo)準(zhǔn)格式的NMR、IR、Raman、UV及色譜圖。3.數(shù)據(jù)處理軟件化學(xué)中的數(shù)據(jù)處理多種多樣，對不同的數(shù)據(jù)處理要求宜采用不同的軟件完成。通用型的軟件如：Origin,SigmaPlot等可以根據(jù)需要對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理、統(tǒng)計(jì)分析、付立葉變換、t-試驗(yàn)、線性及非線性擬合；繪制二維及三維圖形如：散點(diǎn)圖、條形圖、折線圖、餅圖、面積圖、曲面圖、等高線圖等-Origin的最新版本為6.0,其演示版可以從/下載，SigmaPlot的最新版本為2000,其評估版可以從/下載。由Origin生成的二維及三維圖形核磁數(shù)據(jù)處理軟件有：NUTS、MestRe-C、Gifa等，NUTS可以處理一維及二維核磁數(shù)據(jù)，其功能包括付立葉變換、相位校正、差譜、模擬譜、勻場練習(xí)等幾乎所有核磁儀器操作軟件的功能，安裝程序不大(3M),價(jià)格為一千美元，其演示版可以在/下載；MestRe-C為處理一維核磁數(shù)據(jù)的免費(fèi)軟件，功能完善。其最新版本為2.3,有興趣者可以在http://qobrue.usc.es/jsgroup/MestRe-C/MestRe-C.html處查看有關(guān)信息即下載；Gifa可以處理一至三維核磁數(shù)據(jù)，為運(yùn)行在LINUX操作系統(tǒng)中X-Window上的免費(fèi)軟件，有關(guān)信息可查看http://www.cbs.univ-montp1.fr/GIFA/4有機(jī)反應(yīng)軟件這部分軟件包括:反應(yīng)產(chǎn)物預(yù)測和分析、合成反應(yīng)路線設(shè)計(jì)等內(nèi)容。這類軟件可以幫助我們設(shè)計(jì)分析化合物合成路線，發(fā)現(xiàn)新的化合物和新的功能團(tuán),是計(jì)算輔助藥物設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。4.1反應(yīng)數(shù)據(jù)庫(reactiondatabase)覆蓋了從1975年?1992年間國際化學(xué)文獻(xiàn)中所報(bào)道的所有化學(xué)反應(yīng)類型(400,000種),對反應(yīng)機(jī)理研究、合成路線設(shè)計(jì)具有十分重要的參考意義。4.2分子設(shè)計(jì)系統(tǒng)(moleculardesignsystem)CAMD是一個適用范圍廣泛的通用型計(jì)算機(jī)輔助分子設(shè)計(jì)軟件。SAR/QSAR是目前CAMD系統(tǒng)中最重要的組成部分,它由數(shù)據(jù)分析、物性預(yù)測、模型驗(yàn)證等功能模塊組成。4.3同類反應(yīng)知識庫(genericreactionknowledgebase)為了能借助于計(jì)算機(jī)解決合成路線設(shè)計(jì)中反應(yīng)預(yù)料、反應(yīng)籌劃和未知化合物的合成等復(fù)雜問題，我們應(yīng)用最新的DataMining技術(shù)把隱含在大量化學(xué)反應(yīng)中的反應(yīng)知識挖掘出來，用框架系統(tǒng)組成了同類反應(yīng)知識庫。4.4Afferent公司出品的軟件AfferentAnalytical反應(yīng)提供預(yù)示，對試劑、產(chǎn)物、副產(chǎn)物、反應(yīng)物在反應(yīng)中的變化提供詳細(xì)的分析;它提供詳細(xì)列表，評價(jià)化合物的質(zhì)量及診斷在制造中存在的問題。AfferentSynthesis查詢有機(jī)反應(yīng)中的反應(yīng)物及生成物的軟件。5化合物命名軟件有機(jī)化合物的命名是非常重要的工作，對于復(fù)雜的有機(jī)化合物的命名具有一定的難度，正確地命名有機(jī)化合物是有機(jī)化學(xué)的基礎(chǔ)。目前的化學(xué)命名軟件，給出化合物的結(jié)構(gòu)式就可以給出化合物IUPAC名稱，或輸入英文名稱給出結(jié)構(gòu)。對撰寫科研論文查閱化學(xué)文獻(xiàn)幫助很大。5.1AutoNom為ISIS/Draw軟件的插件，根據(jù)ISIS/Draw中繪制的化學(xué)結(jié)構(gòu)自動產(chǎn)生符合IUPAC命名規(guī)則的化合物名稱,Beilstein中即采用這套自動命名軟件oChemdraw的Ultrau版本包括了有機(jī)物的IUPAC命名功能，那是因?yàn)槠渲邪艘粋€Beilstein公司的AutoNom2.0命名軟件;該公司推出了AutoNom4.0版,其功能更強(qiáng)大，除了給出IUPAC名稱外，還給出CAS名稱，更增加了對立體化學(xué)的支持。5.2ACD/TautomersIUPAC&CASNaming:ACD的IUPAC命名，免費(fèi)軟件。5.3AutomaticGenerationofCAindexName輸入化合物結(jié)構(gòu)自動命名。6量子化學(xué)計(jì)算軟件量子化學(xué)對分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的解釋與預(yù)測是任何其它工具所不能替代的。但對大部分的化學(xué)工作者來說，不可能、也沒有必要去弄清楚量子化學(xué)計(jì)算的每一個細(xì)節(jié)，我們關(guān)心的只是其結(jié)果。與分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的計(jì)算有關(guān)的程序逐漸成為化學(xué)研究中一個必不可少的工具：WinMOPAC為著名的半經(jīng)驗(yàn)分子軌道(AM1,PM3,MINDO,MNDO/3等)計(jì)算程序MOPAC的商業(yè)版本，同共享版相比，界面更友好，方法更多。計(jì)算出的分子軌道及電荷密度等可以用三維圖形表示出來。最新版本的2000。有關(guān)信息可查閱/站點(diǎn)。PCSpartan為WaveFunction公司的產(chǎn)品，分為標(biāo)準(zhǔn)版、Plus版及Pro版，功能依次增加，其計(jì)算方法包括：MM2,AM1,AM1withSolvent,PM3,從頭計(jì)算等，亦可將分子軌道及電荷密度等用三維圖形表示。有關(guān)信息請查閱/站點(diǎn)；此外，該公司還有一個Titan程序，在本文的后面有所介紹。HyperChem等功能比PCSpartan更強(qiáng)，包括常用的幾乎所有分子力學(xué)及半經(jīng)驗(yàn)分子軌道方法及多種基集的從頭計(jì)算等，并能計(jì)算振動光譜、電子光譜、分子動態(tài)學(xué)等，所得結(jié)果可以非常漂亮的三維圖形表示出來。其網(wǎng)站在/,可以下載測試版。Gamess為一免費(fèi)的從頭計(jì)算程序，其速度快，并提供源程序。但其界面為DOS界面，必須用手工輸入分子結(jié)構(gòu)及計(jì)算相關(guān)的命令，比較繁瑣。有關(guān)信息可查閱/GAMESS/GAMESS.htmlo另外卜，有一個專門為Gamess設(shè)計(jì)的用戶界面Visualize，使得結(jié)構(gòu)與命令的輸入更簡單，計(jì)算的結(jié)果可以三維圖形方式表現(xiàn)出來。該軟件亦為免費(fèi)程序，可以在/上下載。Gaussian在量子化學(xué)界非常有名，支持常用半經(jīng)驗(yàn)方法、從頭計(jì)算法及密度泛函理論，其用戶界面不夠友好。但可以在Chem3D加入CSGaussianClient插件后簡化用戶的操作。其站點(diǎn)在/。Jaguar為Schrodinger公司給使用工作站(如SGI,HP,DEC)及LINUX操作系統(tǒng)的PC所設(shè)計(jì)的從頭計(jì)算及密度泛函計(jì)算程序，其速度特快，用戶界面一般。其站點(diǎn)為/用PCSpartan計(jì)算的丙烷的電子密度圖上在 用HyperChem計(jì)算的繪上HOMO甲醛的HOMO有機(jī)化學(xué)軟件很多,本文只簡單介紹了一些常用的軟件，因篇幅所限對很多其他軟件不能做逐一介紹。主要化學(xué)軟件公司及軟件地址

軟件名稱公司網(wǎng)址或下載地址gNMR/IRMentorPro/pub