ChemOffice在分子结构绘制与多媒体制作中的应用研究与实践

前言ChemOffice在分子结构绘制与多媒体制作中的应用研究与实践1 前言美国剑桥公司的ChemOffice软件是一款优秀的化学软件，它集强大的应用功能于一身，目前正被无数的科学工作者使用。

ChemOffice软件是针对专业化学绘图所设计，可以绘制各种各样的化学键、环、轨道等，并可以与软件中的数据库链接；对于不明的结构组织，可以通过输入适当的搜寻条件，查出可用的结构式；可以将化合物名称直接转换为结构图，省去绘图的繁琐；也可以对已知结构的化合物命名，给出正确的化合物名称。

ChemOffice完整的应用系统涉及各个研究领域，从合成路线、化合物库设计、药物合成、细胞试验到结果和报告分析。

另外，也可以利用此软件所提供的样板功能，大幅缩短制作文件所需花费的时间。

ChemOffice作为一款优秀的化学软件，将使化学研究人员的研究工作达到一个新的高度。

对于各领域的化学化工工作者来讲，ChemOffice的实用性和多功能性是毋庸置疑的。

ChemOffice化学办公系统将成为化学工作者成功的起点。

化学工作者可以使用ChemOffice完成自己的想法，与同事用自然的语言交流化学结构、模型和相关信息。

在实验室，可以用E-Notebook整理化学信息、文件和数据，并从中取得所需的结果。

ChemNMR可预示分子化学结构的13C和1H-NMR化学位移。

ChemFinder/Word 通过用户的计算机或互联网，可以在Word、Excel、PowerPoint、ChemDraw和ISIS/Draw 等文件中搜索化学结构，以便浏览或修改，并输出到自己的目标文件中。

ChenmOffice 支持每一位化学工作者的日常工作和企业方案制定；建立在ChenmOffice服务器的数据库，有助于各个研究部门的合作和信息的共享，将促进科学研究的迅猛发展。

此外，ChenOffice适用学科广泛，覆盖了化学、化工、材料、生物、医药、环境等领域。

第 1 页共44 页ChemOffice在分子结构绘制与多媒体制作中的应用研究与实践2 选题背景2.1 课题的来源、目的和意义本课题来源于毕业论文。

利用ChemDraw 可以方便的读取和构造各种格式的化学结构式，使文章编辑图文一体，同时利用内置的分子性质预测模板计算所绘制的化合物的核磁共振图谱，各种物理化学性质如：BP、MP、logP、反应生成热、临界温度、临界压力、Gibbs、自由能、折射指数等。

Chem3D将二维平面图形转化为三维的空间结构，在分子和原子水平上利用分子力学、分子动力学和量子化学计算手段模拟和分析分子的立体构象，从而使化学家从本质的分子作用机制出发，理解和搞清化学反应的机理和难易程度以及分子间的立体结构和电性、疏水性的相似性，探讨分子发生反应的可能性和体现生物活性的大小和其结构之间的必然本质的联系。

得到的实验数据和分析结果都可以从容的输入到ChemFinder 这个化学信息数据库中，以供以后的随时检索和管理。

ChemFinder 数据管理系统具有很强的模糊识别和纠错能力，可将多种标准加入查询提问式，全面检索化合物结构、亚结构、立体化学特性、分子式、物化性质、生物活性等特征文本，反应物、生成物、转移的功能基团均可作为提问式检索化学反应信息数据库，并以原子映射的方式搜寻出相关反应数据。

下拉式菜单容许同时浏览多个检出记录。

高性能的数据搜索算法可迅速准确的从成千上万的编码条目中检索出有关资料，并可对检索出来的条目根据一定规则进行排序、分类和存储。

2.2 应解决的主要问题及应达到的技术要求解决的主要问题：①用ChemDraw模块绘制核酸碱基对或其他物质的结构图和立体构象；②用ChemDraw模块绘制合成某有机物（包括分离）的实验装置图；③用ChemDraw模块预测若干化合物的1H-NMR和13C-NMR图谱；④用ChemDraw模块绘制复杂体系的反应历程；⑤用Chem3D绘制ATP的3D图并作MM2计算后预测其NMR谱；⑥用ChemOffice绘制某些具有α螺旋，β折叠的化合物，要测定其键长，键角和二面角等参数。

过程论述第 3 页 共 44 页2.3 国内外现状、发展趋势及存在的主要问题从1985年美国剑桥公司发布第一个ChemDraw1.0以来，该公司几乎每年都会推出包括Windows 和Macintosh 的新版本。

但是除了ChemDraw 外，ChemOffice 的其他组件只适合在Windows 操作平台下使用。

Macintosh 用户可以购买ChemDraw 软件，其中包含最新、最有特点的ChemDraw 版本。

从1994年开始，ChemOffice 的功能更加完善，所包含的组件基本涵盖了桌面化学软件的各个方面。

迄今为止，ChemOffice 已经发布了11个版本。

目前，ChemOffice 的最新版本为ChemOffice2008，主要包括ChemDraw （化学结构绘图）、Chem3D （分子模型及仿真）和ChemFinder （化学信息搜索整合系统）。

此外还加入了E-Notebook 、BioAssay Pro 、量化软件MOPAC 、Gaussian 和GAMESS 的界面、ChemSAR 、Server Excel 、ClogP 、CombiChem/Excel 等。

ChemOffice Pro 还包括全套ChemInfo 数据库，包括ChemACX 、ChemACX-SC 、Merck 搜索和ChemMSDX 等一系列完整软件。

3 过程论述3.1 应用ChemDraw 绘制化合物的结构图以及命名ChemDraw 中存贮了大量的分子结构图形，有些化合物可以直接输入化合物的俗名即可获得其相应的结构。

而有些化合物, 系统没有收录相应的俗名, 则必须绘制出相应的结构或是给出系统命名后方能显示出相应的化学结构。

对于已经绘制出的化合物, 只要选定化合物的结构，在Structure 菜单中选择Convert Structure to Name(根据结构创建命名)，即得该化合物的系统命名。

下面绘制β-麦芽糖酶。

图3-1ChemOffice在分子结构绘制与多媒体制作中的应用研究与实践3.1.1 β-麦芽糖酶的绘制及命名1 选择图形工具栏中的（环己烷）工具，在绘图区绘制出一个环己烷，旋转至适当角度，改变其形状。

2 利用工具栏中的键工具补充各种键结构，然后利用（文本）工具标记原子。

图3-23 利用套取工具选择绘制好的α-D-Glucopyranose，复制结构，并拖动至适当的位置，修改结构。

图3-34 命名绘制好的β-麦芽糖酶，选定化合物的结构, 在Structure 菜单中选择Convert Structure to Name(根据结构创建命名)，即得该化合物的系统命名。

过程论述图3-45 利用ChemOffice测定物质的物理化学属性性质，选定化合物，在View中选择Show Chemical Properties Window，即得到β-麦芽糖酶的理化性质。

图3-56 利用ChemOffice测定物质的精确分子量、相对分子量、m/e值等，选定物质，右击，在弹出的快捷菜单中选择“Analysis（分析）”→“All（所有）”，即得到相关数第 5 页共44 页ChemOffice在分子结构绘制与多媒体制作中的应用研究与实践据。

图3-67 我们还可以利用ChemDraw得到3D图，选定化合物，在Edit中选择Get 3D Model。

图3-73.1.2 应用ChemDraw提供的模板绘制β-麦芽糖酶1 我们也可以利用模板工具来进行绘制，由于模板工具中并没有提供α-D-Glucopyranose（α-D-葡萄糖）的模板，但我们可以在其他类似模板的基础上进行适当的修改得到其结构，如图3-8。

过程论述第 7 页 共 44 页图3-82 复制模板，连接需要连接的结构，并标记原子。

图3-93.2 用ChemDraw 模块绘制实验装置图在研究论文的撰写过程中，常常需要绘制实验研究所采用的实验手段，ChemDraw 提供了相应的绘制模板。

绘制时，首先选择模板工具, 然后单击 Clipware part1或是Clipware part2，在弹出的工具面板中选择相应的器皿, 在绘图区单击, 再根据实验流程要求组装即得所需的图形。

下面绘制合成苯乙醚（包括分离）的实验装置图相关物质的物理性质如下：通过Williamson合成法由溴乙烷和苯酚钠作用制备苯乙醚。

其基本反应式为：该合成反应的装置分为反应装置与分离装置3.2.1 绘制反应装置选择（模板）工具，然后单击“Clipware，part1”菜单，在弹出的工具版中选择铁架台，然后在绘图区单击，得到铁架台，用同样的方法绘出加热台，后置铁架台。

选择（模板）工具，然后单击“Clipware，part1”或者“Clipware，part2”菜单，选择需要的模板，绘制反应发生装置，如下图：图3-10过程论述第 9 页 共 44 页3.2.2 绘制蒸馏装置选择（模板）工具，然后单击“Clipware ，part1”或者“Clipware ，part2”菜单，在弹出的工具版中选择需要的模板，依次连接。

仔细调节各个装置的位置，最后完成装置的搭建，如下图：图3-113.3 预测若干化合物的1H-NMR 和13C-NMR 图谱对于一个新的化合物，ChemDraw 可以直接利用内部集成的ChemNMR 组件预测该化合物的1H-NMR 和13C-NMR 核磁共振谱图。

ChemNMR 预测原理是先定义一个化学结构的基本结构，然后以此基本结构为基础，利用加和性原则来计算氢原子和碳原子的化学位移。

例如，以甲苯的1H-NMR 为例，甲苯的基本结构是苯环，在计算甲苯环上氢原子的化学位移时，先以苯环上氢原子的化学位移作为基本位移，再在此基础上加上相邻碳原子上的氢原子对化学位移的影响值，则得到该氢原子的化学位移值。

于ChemNMR 在预测1H 和13C 的化学位移时，并没有考虑溶剂极性、溶液浓度、杂质、空间位阻效应和氢键等对化学位移的影响，因此其预测结果并不精确，特别是预测结构比较复杂的分子（含有多种功能团的分子）的核磁谱图，但通常情况下，预测的位移变化趋势与实际值变化趋势一致，因此，ChemDraw 可在一定程度上帮助我ChemOffice在分子结构绘制与多媒体制作中的应用研究与实践们解析核磁图谱。

3.3.1 预测3-甲基噻吩的1H-NMR图谱选取3-甲基噻吩的整个结构式，然后单击菜单栏中的“Structure(结构)”，→“Predict1H-NMR Shifts（预测1H-NMR位移）”命令，此时，在一个新的窗口中显示ChemNMR预测的该化合物的核磁共振谱图，并在图下方列出预测不同位置的1H的化学位移，如图3-12所示。