第四章计算机图形化技术在化学中的应用

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第四章：计算机图形化技术在化学中的应用,化学化工领域内涉及图形化技术的领域,分子构造包括平面构造和三维构造的绘制,反响机理示意图包括反响式绘制,实验流程装置图绘制,生产和工艺流程图绘制,原子和分子微观状态图绘制及显示,化学过程包括各种别离分析过程图形化显示,实验数据的图形化制作和显示,Q:计算机如何绘制图形？,屏幕的构成？图形的描述方法？图形化语言？,Q：计算机图形的根本要素有哪些？,位置描述坐标系？灰度描述？色度描述？,Q:分子构造也是一种图形，有什么特点？利用计算机技术完成分子构造绘制都可以使用哪些方法？,Q:根据资源占用、使用方便、功能全面等角度考虑，分析不同方法的优劣。,如何用占用资源最少，记录信息量最大，失真最小的方式描述一个分子构造？,计算机图形格式：,计算机平面静态图形文件分为两大类：,一类是位图，在编辑位图时针对的是像素点而不是形状，位图放大会产生失真，存储时占较大空间；,一类是由函数集描述图像，占有少量空间及内存，因为是用数学函数描绘的，放大不会失真，但比较复杂的图像运算量非常大。,常见计算机图形格式及其特点,.BMP(bitmap)点位图格式, 支持24bit色彩，保存的图像质量不变，要保存每个像素，文件比较大。,.JPEG (Joint photographic exptrs group) 是一种有损压缩方案(压缩比达20倍，属于位图格式，常用于质量要求不高场合,.GIF (Graphics Interchange Format)-是一种图像交换格式，可提供压缩功能，但只支持256色，适合网上传输。,. PNG是网景公司开发的新型格式，综合JPG和GIF格式的优点，支持24bit色彩，压缩不失真适合网络使用。,(5) .rle(Run Length Compressed)：是一种压缩位图文件格式。特点是无损失压缩，既节省了磁盘空间，又不损失任何图像数据。但是翻开这种压缩文件时，要花费更多的时间。,TIF Tag Image File Format 是一种跨平台的位图格式, 采用的LZW压缩算法是一种无损失的压缩方案，常用来存储大幅图片。,.PCX是一种跨平台格式, 是Windows与DOS之间进展图形文件交换的桥梁。,.TGA是Windows与3DS进展图形交换的格式。在实用中可以将动画通过视频软件转入电视。,.WMF (Metafile) 是一种清晰简洁的矢量图形格式, 无论放大还是缩小，图形的清晰度不变， 用于Word中。,.EPSAdobe公司绘图软件Illustrator的矢量图格式，EPS格式常用于位图与矢量图之间交换文件。,几种常见化学构造文件格式,Molecule files: Each molfile describes a single molecular structure which can contain disjoint fragments.,Rgroup files: An RGfile describes 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 rxnfiles: 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 SDfiles 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 RDfiles 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 fragments, substructures, substituent groups, polymers, alloys, formulations, mixtures, and unconnected atoms. The connection table is fundamental to all of MDLs file formats.,分子构造描述语言连接表,常用化学图形化软件种类,分子构造绘制软件分子模型绘制软件化工装置和流程绘制软件(CAD)化学实验装置绘制软件实验数据处理与显示软件除了第三条之外，一般把上述软件与化学数据库和电子报表等软件集成为化学办公软件,第一节 化学办公软件,化学办公软件的种类：图形绘制和化学文件制作软件，化学数据库应用软件，分子模型制作与显示软件，图谱分析软件等。,化学办公软件的功能和应用：辅助完成实验报告、课题总结、学术论文、学术著作，学术交流演示材料的制作过程；科学管理和分析处理实验结果和数据。,常见化学办公软件的种类：ISISDraw, ChemOffice, Chemsketch, Chemwindows, DSViewerpro, Alchemy等,分子构造式绘制软件ISISDraw的功能与应用,生产厂家：美国MDL信息系统公司。,流行版本：ISISDraw 1.0, 1.5*, 2.0, 2.2, 2.3，2.4,主要功能：绘制二维和三维分子式、绘制化学反响式、绘制反响机理示意图、简单化学反响装置、简单的曲线图和其他示意图。,软件的大小：1.5版2.1Mb, 2.0版4.8Mb, 2.4版7.4Mb(压缩.,操作环境：Windows或Mac环境，采用windows资源。,ISISDraw软件的使用,软件的安装：,软件的菜单：,软件绘制工具：,分子模板：,软件参数的设定：,分子构造和图形的绘制：,ISISDraw软件与其他化学软件的配合。,ISISDraw软件与常见通用办公软件的配合。,需要说明的一些问题。,ChemSketch 软件的功能与应用,ChemSketch 的生产厂家:Advanced Chemistry Development Inc. (ACD). 最新版本为5.0,软件的功能:,绘制分子构造式和化学反响式,绘制几何、化学示意图、电子云图,化学实验装置,显示分子的三维构造图,计算分子的构造参数和其他简单性质,分子构造自动命名和其他功能,软件的大小：8.5Mb(压缩), 需要12.5Mb硬盘空间.,软件的使用环境：windows 9x, 2000, me, NT,ChemSketch 软件的使用性能,软件的菜单,窗口构造和操作指令,调整窗口构造和设定参数,绘制分子构造和反响式,绘制电子云图和其他化学示意图,绘制实验装置图,三维分子模型的自动生成和演示,根据分子构造自动进展命名,根据绘制的构造测定分子性质,测定分子的空间参数(角度长度两面角),Chemsketch软件的实际应用,绘制分子式和反响式,绘制电子云图和分子轨道示意图,绘制曲线图和其他简单图形,绘制化学实验装置图,将绘制的分子构造进展标准化命名,将绘制的分子构造转换成三维分子模型,进展简单的各种三维分子演示,测定绘制的分子相关性质,Chemsketch,软件演示与联系,采用多媒体英语演示软件做动画演示分子构造、分子模型、实验装置、分子构造命名等操作。,学生自主软件练习。,Chemoffice软件简介,生产厂商：CambridgeSoft Corporation美国,公司 camsoft,软件的主要组成完整版Ultra：,Chemdraw(分子构造绘制软件,Chem3d(分子模型软件,Chemfinder分子构造数据库软件,Cheminfo分子字典软件,软件的主要版本：流行的有4.0，4.5，5.0，以及2005，2006，2021版等,软件的主要功能,能够绘制各种分子构造与示意图,能够转换并显示分子模型图,能够建立并使用分子构造数据库带检索功能,能够根据绘制的分子构造估计其NMR的化学位移数据,进展简单的量子化学计算并给出分子的根本数据,绘制化学装置图,软件的主要界面,Chemdraw,界面窗口,Chem3d,界面窗口,Chemfinder,界面窗口,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 MestReCStd,Chemoffice软件功能与操作演示,软件根本构造与功能演示,Chemdraw功能与操作演示,Chem3D功能与操作演示,Chemfinder功能与操作演示,软件公司产品介绍,第二节 计算机辅助分子模型建立与构造分析软件,采用计算机辅助建立预定构造的分子模型，并进展多种方式演示，为进展构效关系研究提供根底,对建立的分子模型进展构造调整和优化，使之反响分子实际状况,对得到的具有理想构造的分子模型进展构造参数分析和测量提供手段。,提供相应分子构造的详细构造参数，以及由这些构造衍生出的物理化学性质。,为进一步构效关系研究提供构造信息,建立分子模型的理论和实际意义,解决分子微观构造的可视化问题,为测定分子构造参数提供方便条件,为研究分子反响机理，研究分子相关物理化学性质提供构造参数,为研究材料的多层次构造，以及构效关系提供依据,分子模型的表示显示方法,线状显示：线段标识化学键，交点标识原子位置，特点：构造简洁清晰，不易搭建实际模型。,棒状显示：用一定直径圆棒代替线段，特点是可以搭建实际模型,球棒状显示：用一定直径和颜色的小球代表原子，小球之间用圆棒连接构成分子模型，特点是更加容易搭建实际模型,电子云填充显示：根据量子力学计算的电子云密度构建分子模型，更切合分子实际状态，但是难于搭建分子模型,分子外外表显示：反响电子显微镜下的分子轮廓,其他显示方法。,需要解决的技术问题,提供建立和修改分子构造模型的工具和方法,提供化学和物理规那么检验手段，保证建立的分子模型符合规定,使建立的分子模型具有三维演示功能,可以采用多种显示方式显示以供不同场合应用,提供必要的构造信息分析与测定手段,提供分子构造的优化能力，保证得到正确的分子构造,对于分子构造提供多层次、多角度进展参数分析的能力和工具,常见的分子模型演示软件,Chemsketch 附带的3D Viewer,ISIS Draw 附加 3D插件,ChemOffice附带的Chem3D,WeblabViewer *DS Viewer pro),Alchemy II软件兼有构造化学计算功能,DS Viewer Pro 分子分析演示软件,软件的根本特点：Molecular Simulations Inc (MSI)产品，目前版本为5.0版，压缩后体积为7.4Mb，需要硬盘空间13.5Mb， 另外有一个4Mb左右的分子模型库，包括200余种各种常见分子模型。 accelrys 。,ftp:/download.accelrys /downloads/d3c95db0aede6cee39c909089629d5ba/setupdsvax17.exe,软件的功能：建立准确的分子构造模型，多种分子模型显示方式，分子构造参数测定功能，分子构造分析功能，图形格式转换功能，多种输出输入方式。,软件的操作界面和根本操作指令:分子模型窗口，分子组成窗口，分子数据窗口。分子模型构建工具，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，,显示分子模型：棒状、球棒状、空间填充状，生物大分子显示方法，矿物晶体显示方法，模拟电子显微镜下状态。,分子构造分析：分子晶胞、蛋白质等，链段肽链，核酸链等，链组成氨基酸、核酸等，原子组成，化学键组成。,构造参数测定：键长、键角、两面角、分子组成等。,常见各类分子模型库：DNA片断，与环境相关的物质，无机化合物，材料类物质，天然产物类，石油产品类，药物类，蛋白质类，小分子类，一般化合物类。,分子模型的输出如输入方法：输出格式：.msv,PDB格式，MDL格式，XYZ坐标格式，VRML格式，GIF格式，JPEG格式，BMP格式等13种。输入格式共18种。,DS Viewer Pro软件的安装与使用,软件的安装：zip软件解压，setup安装,软件窗口：3D Window, hierarchy Window, data table.,3D Window: 菜单view, tools, modify, window),操作工具分子模型建立工具，分子模型操作工具，分子模型测量工具等,hierarchy Window：分子树，,data table：数据表，卡片标识,软件的根本使用方法。,DS Viewer Pro 软件的使用方法介绍,分子模型的建立和修改方法,分子模型的演示方法,分子构造参数的测定方法,分子构造组成的分析方法,分子模型数据的输出与输入方法,第四章思考题,1化学工作者需要分子构造绘制软件做哪些工作？与手工绘制和绘图工具绘制相比，分子构造绘制软件具有哪些特点？,2当前“桌面出版系统已经成为现实，分子构造绘制软件在新的出版行业，特别是出版化学类图书中将起哪些作用？,3与分子构造式相似，中文也是一种图形化语言，是否可以参照中文编码输入的方法，解决分子构造式的输入问题？,4与当前流行的各种CAD软件相比，如电子电路CAD，分子构造绘制软件有哪些一样和不同点？,5分子模型软件在化学教学中主要起哪些作用？用计算机化的分子模型代替常规分子模型必须解决哪些问题？,6所有的蛋白质都是由肽链构成的，肽链是由有限的氨基酸构成的，氨基酸那么是由各种原子构成的，如何描述每个层次的构造参数？,7最常见的分子模型有棒状、球棒状和空间填充CPK三种形式，你能说出这三种构造的特点和主要用途吗？,第四章练习题,1完成ISIS/Draw软件的安装过程，学习根本使用技术。,2用ISIS/Draw软件绘制小分子构造二氧六环、苯甲酸、偶氮苯、异戊二烯等。,3用ISIS/Draw软件绘制叶绿素分子构造具体构造自行查阅。,4用一个分子构造绘制软件完成甲苯的硝基化反响：,5用WORD和ISIS/Draw软件共同完成上述硝基化反响，并加以文字描述。,6用ISIS/Draw软件完成以下取代反响能量变化示意图。,7用DS ViewerPro软件绘制环己烷的椅式构象和船式构象模型球棒构造，并从不同角度观察。,8建立蔗糖分子模型，并用三种显示方式表示，分子模型分别用存盘、输入到文本文件和打印机打印输出。,