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第五章、三维构型图的创建-WebLabViewer使用1.软件简介WeblabViewer软件是美国MSI(MicrocalSoftwareInc.)公司开发的用于物质构型图形化(构型建模)软件，主要用于化学三维结构显示与构造。该软件为商业化软件，主要功能如下：化学结构的绘制：包括原子、化学键等基本绘制功能；构型测量功能：包括计算键长、键角、二面角、分子体积以及表面面积等；晶体结构构造：通过定义晶格参数和对称性(空间群编号)后，可构造晶体结构，也可直接读取实验晶体结构测量所得到的cif文件；黄铁矿PbI2较强的3D显示功能：构型显示方式包括线、棒、球—棒、多面体堆积，以及多个构型文件的动画显示等;提供蛋白质结构工具：包括蛋白质的线状、棒状、扁平带、实心带等多种显示方式。HIV蛋白酶2.软件主要使用方法(1)操作界面菜单栏快捷方式工具条编辑区提示信息栏菜单栏说明文件菜单：用于文件操作和打印等所支持的文件类型：默认文件(msv)晶体结构文件(cif)x,y,z坐标文件(xyz)ISIS/draw文件(skc)其中xyz文件较为常用，skc文件也可由Chemdraw产生编辑菜单：用于构型的复制和粘贴等可将构型复制到word文档中(为避免所创建的文档过大，通常较少采用直接复制的方法)察看原子、化学键或分子性质原子性质包括：•原子标识•编号•颜色•x,y,z坐标•元素名称•杂化方式•电荷•表观电荷(不可改动)•手性中心(不可改动)修改生效按钮灰色填充框内容不可修改化学键性质包括：•键的标识•编号•颜色•所属分子•键级•类型(单键、双键、共轭键等)•键长(以埃为单位)灰色填充框内容不可修改分子整体性质包括：•名称(用户定义)•编号•颜色•所属关系•原子数目•分子式•分子组成•分子量•精确分子量•分子体积•净能量显示菜单：用于控制显示方式、定位以及设置默认选项等•构型的显示方式•原子或分子(碎片)的颜色•旋转重置•调整体系最佳大小•将体系定位于屏幕中心•动画显示(对多个构型)•开始或停止旋转•全屏显示(F2键进行切换)•产生两个显示窗口(内容相同)•设定截面来控制显示范围控制分子局部的显示或隐藏定制工具条设定程序默认选项构型的显示方式设置：支持6种显示方式颜色控制，包括按元素、电荷、分子方式设定以及用户自定义球、棒以及CPK堆积尺寸设置Line显示方式：用细线来连接各原子Stick显示方式：用具有一定粗细(可调整stick参数)的棒来连接各原子BallandStick显示方式：原子和化学键分别用球和棒显示，其中球和棒的大小可以调整ScaledBallandStick显示方式：(较常用)与BallandStick显示方式类似，但球和棒的比例更为协调，球和棒参数可调CPK显示方式：根据原子的范得华半径来显示原子大小，可以调整比例(同等放大或缩小)Polyhedron显示方式：用于原子配位环境的多面体显示(一般用于无机材料，原子配位数目大于3时)程序默认选项设定：图像投影方法背景色图像质量(低、中等、高、很高)，影响图像保存清晰度深度显示图像投影方法：正射投影图远景投影图正射投影图远景投影图(80degree)深度显示：便于反映原子的前后位置设置显示时的光线入射角度：设置缺省显示方式：原子蛋白质DNA/RNA构型导入选项设置：允许构型转变(控制构型导入时是否进行调整)是否自动加氢从多个输入分子构型创建动画工具菜单：用于添加氢、标识以及参数测量等添加/删除、显示/隐藏氢原子控制原子/化学键/分子标识测量键长/键角/二面角、显示氢键等显示分子表面有关晶体结构的参数设置元素性质设置(修改颜色及范得华半径)自动加氢原子：修改菜单：用于调整原子/化学键等性质修改原子类型/键的类型(单、双、叁键等)/电荷/杂化方式等往一根键中插入原子消除一根键构型检查(对有机分子较为可靠)窗口菜单：用于创建新窗口以及设定窗口排列方式创建分级显示窗口分级显示窗口体系较大时，便于某个原子或化学键的选择快捷方式说明调整为最佳尺寸调整构型的显示方式构型参数测量按钮显示H原子取消H原子单/双/叁键显示周期表构型检查基本工具条说明(内容可自己定义)目标(原子/键/分子)选择，可用于分子局部的移动2D/3D旋转整体或局部平移放大/缩小(选择后按住鼠标左键进行控制，也可用鼠标中间滚轮控制)绘制分子骨架绘制环状(ring)分子骨架(环的数目从3开始)绘制链状(chain)分子骨架文本输入工具对某根键进行扭转(2)基本操作方法选择操作放大、缩小操作旋转操作平移操作构型重新定位操作对象属性(原子/键/标识)编辑操作构型的导入与导出选择操作：利用工具条上的选择按钮通过点击左键操作可选择单个原子/化学键，也可按住左键，选择分子的部分或整体。此外，可结合Shift键，选择多个原子或化学键。选择后的对象用黄色标记。注：选择好对象之后，可用delete键删除原子或化学键.选择单个原子/化学键选择分子的局部用Shift键选择多根化学键选择整个分子选择后的对象用黄色标记选择某个或多个原子后，将鼠标移到所选原子按住左键不放，可对分子的部分构型进行调整(键长以及相对位置等)放大、缩小操作或用鼠标中间滚轮进行操作旋转操作3D2D结合shift键，可实现在某一平面内的旋转(2D)选择分子局部后，结合ctrl键，可对分子局部进行旋转，从而实现分子构型的调整ctrl键可对某根化学键进行旋转操作：平移操作•选择分子局部后，利用平移功能和ctrl键，可对分子局部进行平移，从而实现分子构型的调整构型重新定位操作可复原至默认位置/视角，或定位至屏幕中心位置对象属性编辑操作选择对象后，点击鼠标右键来修改对象属性原子属性改变元素类型改变电荷大小显示方式标识原子原子性质当修改元素类型时，程序会调整相应的键长并自动加氢原子注：当选择好某个原子后，右下角会显示该原子的符号和编号利用Label选项来控制显示信息显示原子名称和编号显示原子的坐标注：这些显示信息可用左键点击后用delete键删除利用properties选项来显示某个原子的具体信息其中某些性质可进行修改(如坐标)化学键属性修改键的类型往键里插入原子删除所选键标识所选键显示所选键信息当修改键的类型，程序会自动调整相应的键长以及H原子的数目利用键的原子插入功能，可实现碳链的增长利用Label功能，标出所关注化学键的长度利用properties选项，可对键的长短进行精确调整涉及原子/化学键标识(Label)属性标识名称标识颜色标识大小和字体设定标识位置能否移动标识太小且被遮住调整标识属性(字体和位置)ctrl键课堂习题：将反式1,2-二甲基乙烯转化为顺式构型的导入与导出有三种主要导入方式：a.从坐标文件(扩展名为xyz)读入原子坐标(常用)•体系原子数目•体系名称•各原子元素符号以及坐标坐标文件格式说明：•输入数据为自由格式，数据可不用对齐，数据之间用空格(不能用逗号)分隔开；•文件末尾最多只能有一个空行；•元素符号必须严格大小写，否则认为是未知元素；CaCA=X(未知元素)同一个坐标文件中可以包含多个构型(它们之间不能有空行分隔)，此时可对构型的变化过程进行动画演示：构型1构型2构型3构型变化过程动态演示说明：需将view菜单下的option选项中的动画功能激活从view菜单中的Toolbars选项激活动画工具条，便于构型动态演示过程的控制回到第一个构型后退至上一个构型开始动画终止动画暂停前进至下一个构型到最后一个构型动画工具条说明：加快速度放慢速度b.从ISIS/draw或Chemdraw编辑窗口中直接复制粘贴到Weblabviewer中，程序将自动将2D构型变为3D构型ISIS/drawWeblabviewerChemdrawWeblabviewer注：默认情况下，氢原子未显示c.直接读取ISIS/draw或Chemdraw所保存的skc文档构型导出方式：a.保存为图像文件(支持jpg,bmp,gif格式)，缺点是图像不可再编辑，因此，通常需要附加保存msv文件，以便将来修改之需；b.保存为坐标文件，该文件可用于其它用途(例如可利用理论化学方法进行构型优化以及电子结构计算等)；(3)分子构型的创建•链状分子(如丁烷分子)首先利用分子骨架绘制工具建立链结构：先确定第一个原子(默认情况为C原子)，在移动鼠标绘制第二、三、四个C原子其次选择整个分子，然后加氢原子：最后进行构型调整(cleanthemolecule)，使构型合理化：注：有机分子可能存在多种异构体，因此，不同的初始构型，经检查后得到的最终构型可能不同二面角为180度二面角~90度二面角~60度二面角~0度二面角~60度课堂习题：构造BF3构型图•环状分子(如苯酚分子)按住左键，扩大环的范围，自动增加环的数目首先创建六元环结构(为C—C单键)：其次选择整个分子将环结构改为芳香结构：增加H原子，并将其中一个H改为O原子：最后再进行构型调整•复杂分子(如丹参醌分子)首先用环绘制工具构造框架：调整各环中C—C键的类型：共轭键双键显示H原子，并修改相关H原子得到侧链取代基：修改环上原子类型，并进行构型调整•构造立方烷模型•特殊分子(如碳纳米管)手性型锯齿型椅型(6,0)碳纳米管(锯齿型)绘制6个六元环：建立两根新的C—C键：将所有C—C键定义为共轭键：同时消去新加的两根C—C键，形成闭合环结构：重新将6个环定义为芳香环结构：构型调整：俯视图侧视图增加新的C-C键构型复制后，增长纳米管长度：(6,6)碳纳米管(椅型)绘制12个六元环：建立两根新的C—C键：将所有C—C键定义为共轭键：消去新加的两根C—C键，形成闭合环结构：重新将12个环定义为芳香环结构，并进行构型调整：构型复制后，增长纳米管长度：WeblabViewerPro练习11、构造4－甲基－2－戊醇的模型并标出键长、键角和二面角。2、构造(5,0)BN纳米管的构型。保存为图片格式文件(4)晶体结构的创建晶格结构三维结构•晶体结构的察看单胞参数长度:a,b,c角度:,,保持分数坐标不变晶体结构显示方式控制单胞外形轮廓显示a,b,c轴颜色和粗细控制显示单胞外形轮廓显示所属空间群信息空间群编号和符号空间群原点选取对称操作(等效点)原子之间键连沿三个方向的重复平移数目2x2x21x1x1•金属单质晶体结构的构造金属单质中原子的堆积方式有：体心立方(BodyCenteredCubic,bcc)立方密堆积(CubicClosedPacked,ccp)六方密堆积(HexagonalClosePacked,hcp)bcc(No.229Im3m)ccp(No.225Fm3m)hcp(No.194P63/mmc)金属单质晶体结构例：构造Fe金属单质的构型(bcc)用Sketch工具绘制一个C原子，然后将其改为Fe：鼠标右键修改将Fe原子坐标改为(0,0,0)：利用Tools菜单下的Crystalcell选项定义晶体外形以及所属空间群：a=b=c=2.8664A第229号空间群1x1x12x2x2例：构造Mg金属单质的结构构型说明：空间群—No.194P63/mmc单胞参数—a=b=3.2094A,c=5.2105A原子位置—(1/3,2/3,1/4)，(2/3,1/3,3/4)用Sketch工具绘制两个C原子，然后将其改为Mg：修改两个Mg原子的坐标为(3.3333,6.6667,2.5)和(6.6667,3.3333,7.5)：选择Tools菜单下的Crystalcell选项产生初始立方单胞：对立方单胞进行修改，产生hcp单胞：保持分数坐标不变(2x2x2)俯视图(2x2x2)侧视图课堂习题：构造Ti金属单质的构型(hcp,a=b=2.506A,c=4.6788A)习题1：构造Cu金属单质的构型(ccp,a=3.6147A)WeblabViewerPro练习2习题2：构造LiCl晶体构型构型说明：空间群—No.225,Fm3m单胞参数—a=b=c=5.08A原子位置—Li(0,0,0)