分子3D绘图
化学分子结构的三维模型
化学分子结构的三维模型化学分子结构的研究对于理解分子性质和化学反应机制具有重要意义。
传统的平面图只能提供分子的二维结构信息，而无法准确描述分子的空间排列。
为了更好地展示分子结构，化学家们发展出了各种三维模型。
本文将介绍几种常见的化学分子结构的三维模型以及它们的使用方法。
一、简化球棍模型简化球棍模型是最基本的三维模型形式。
它由球形表示原子，棍状连接表示化学键。
这种模型简单直观，可以清楚地展示分子的空间构型。
在构建简化球棍模型时，我们需要确定原子种类、原子间的键类型和键的长度。
一种常见的简化球棍模型软件是Jmol，通过输入化学式和键的信息，它可以生成相应的三维模型。
二、空间填充模型空间填充模型通过在球棍模型的基础上添加了原子半径，使得分子更加真实地呈现出来。
空间填充模型中，原子球的大小根据原子半径确定，分子中原子之间的重叠可以很直观地观察到。
由于空间填充模型较为复杂，常用的软件有PyMOL和VMD等专业分子模拟软件，它们可以通过输入分子坐标和半径的信息生成具体的空间填充模型。
三、球棍加颜色模型球棍加颜色模型是在球棍模型的基础上，为原子和棍状连接添加不同的颜色，用来表示原子的种类和性质。
根据元素周期表，不同的原子可以被赋予不同的颜色，例如氢原子可以用白色表示，氧原子可以用红色表示。
通过这种模型，可以更好地理解分子中各个原子的相互作用及元素组成。
同样地，软件Jmol和PyMOL都支持生成球棍加颜色模型。
四、立体投影模型立体投影模型是通过将分子投影到平面上来描述分子的结构。
在立体投影模型中，分子的平面结构和空间构型都可以展现出来，更有利于观察分子的立体性质。
根据投影的不同方式，立体投影模型可以分为Newman投影、Fischer投影和锥形投影等。
在有机化学中，Fischer 投影是一个常用的表示手性分子的方法。
这种模型可以手绘，也可以通过分子模拟软件进行绘制和展示。
总结：化学分子结构的三维模型对于理解分子性质和化学反应机制具有重要意义。
可视化分子结构 利用Blender进行3D分子建模
可视化分子结构：利用Blender进行3D分子建模Blender是一款功能强大的开源3D建模和渲染软件，不仅可以用于电影制作和游戏开发，还可以应用于科学研究中的分子建模。
本文将介绍如何利用Blender软件进行3D分子建模的技巧。
第一步是准备工作。
首先，确保你已经安装了最新版本的Blender软件。
然后，准备好你要建模的分子结构的相关数据，比如原子坐标和键的信息。
这些数据可以来自于实验结果、计算模拟或者已有的文献。
一般来说，这些数据可以保存为标准的分子文件格式，比如PDB、XYZ或者CIF。
接下来，打开Blender软件并创建一个新的文件。
进入默认的Layout布局，我们可以开始建模了。
首先，删除初始场景中的默认物体，如立方体或灯光。
要导入分子结构的数据，选择“文件”菜单中的“导入”选项，然后选择相应的文件格式。
根据不同的文件格式，Blender可能会询问一些导入选项，如原子半径、键的类型等。
根据你的需要进行设置，并点击“导入”按钮。
导入完成后，分子结构将以一系列球体（代表原子）和连接这些原子的棍状物体（代表键）的形式呈现。
通过对物体的选择和编辑，我们可以对分子结构进行进一步的修改和美化。
为了更好地显示分子结构，我们可以进行一些视觉优化。
首先，可以调整分子结构的整体大小和位置，以适应场景。
可以通过在3D视图中选择相关的物体并使用移动、旋转和缩放工具来完成。
其次，对于单个原子或键，我们可以调整它们的颜色和大小，以突出显示不同的元素和键的特性。
可以通过在属性面板中选择相应的原子或键，并调整其颜色、半径等参数来实现。
此外，我们还可以为分子结构添加表面和体积表示，以获得更加逼真的效果。
通过选择相应的物体，并在物体属性面板中选择“添加材质”选项，然后选择材质类型和相关参数来完成。
除了视觉上的调整，Blender还提供了一些高级的功能来进一步处理分子结构。
例如，可以使用Blender的动画功能来模拟分子的运动和变形。
分子绘图软件——Chemwindow的使用
格式栏(Style Bar)：提供分子结构的样式、字体、字号、颜色 以及其它格式按钮。
图形格式条(Graphics Style Bar)：提供图形样式按钮
缩放工具条(Zoom Bar)：提供缩放工具按
1、化学键绘制：打开键工具栏，通过鼠标点击相应图标完成 选用，在文档空白处，点标鼠标则得到相应化学键
一、软件安装：
二、工具： 常用工具(standard tools):提供常用绘图工具按钮
自定义工具栏(Custom Paletteee)：提供可选择工具按钮
命令工具栏(Commands)：保存、打印、编辑、图形关系操作按钮
键工具栏(Bond tools)：提供化学键按钮
图形工具栏(Graphic Tools)：提供文字、表格、箭头和自由绘 图工具等按钮
5、编辑工具的使用：通过常用工具栏、命令工具栏、格式 栏等工具的配合使用，完成对结构式的绘制和编辑功能。 6、组合与层次工具
应用实例：l
Br
H 3C O
C H 3C H 2O H
+
H
+
C H 3C H 2O H 2 酸催化
+
7、绘制实验装置：具体操作为：先打开相应的文件：安装 目录下的：/Chemwin／libraryes／LabGlass.cwl，可看 到实验仪器图，通过点击选用，拖至在文档空白处，即可
8、三维绘图:绘制出相应结构式，点击菜单栏中“其他” （Other）菜单，通过下拉菜单，选择“SymApps”功能， 可启动三维绘图插件。
2、环的绘制：在其他工具栏，常用工具栏，模板工具栏中， 通过鼠标点击相应图标完成选用，在文档空白处，点标鼠标 则得到相应环形结构。
3、与箭头相关的工具使用：在反应工具栏中，通过鼠标点击相 应图标完成选用，在文档空白处，点标鼠标则得到相应箭头。
用什么软件可以画分子结构图？
用什么软件可以画分子结构图？导语：分子结构图属于物理课程中常用的一种示意图。
分子模型建造是分子模型用来描述分子中原子的三维排列方式。
分子结构在很大程度上影响了化学物质的反应性、极性、相态、颜色、磁性和生物活性。
我们可以使用专业的绘图软件来绘制这类示意图。
免费获取科学插画设计软件：/science/化学分子结构用什么软件画比较好？亿图图示专家可以绘制专业的化学分子结构。
手写的化学分子结构较为简单，若是电子版绘制的话，使用word软件绘制将费事费力。
因为亿图软件提供相应的模板符号，可供用户快速添加，能大大节省用户的操作时间。
其次，亿图软件有对齐、吸附等功能，带来良好的用户体验。
系统要求Windows 2000, Windows XP, Windows 2003, Windows Vista, Windows 7,Windows 8, Windows 10Mac OS X 10.10 +Linux Debian, Ubuntu, Fedora, CentOS, OpenSUSE, Mint, Knoppix, RedHat, Gentoo及更多亿图软件绘制“分子模型图”的特点●轻松编辑示意图：软件支持一键增减分子，让绘图更加简便。
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ChemWindow 6.0在3D分子模型绘制中的应用
ChemWindow 6.0在3D分子模型绘制中的应用
孙昌梅;陈厚;曲荣君;纪春暖;王春华;马松梅
【期刊名称】《化学教育》
【年(卷),期】2008(29)6
【摘要】主要介绍了如何使用ChemWindow 6.0中SymApps 6.0程序绘制三维分子模型,并结合具体实例,对SymApps 6.0的特点和功能进行了探讨.
【总页数】2页(P53-54)
【作者】孙昌梅;陈厚;曲荣君;纪春暖;王春华;马松梅
【作者单位】鲁东大学化学与材料科学学院,山东烟台,264025;鲁东大学化学与材
料科学学院,山东烟台,264025;鲁东大学化学与材料科学学院,山东烟台,264025;鲁东大学化学与材料科学学院,山东烟台,264025;鲁东大学化学与材料科学学院,山东烟台,264025;鲁东大学化学与材料科学学院,山东烟台,264025
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
1.浅谈ACD/Chemsketch 5.0和ChemWindow 6.0在中学化学教学中的应用(上) [J], 刘银;孟海燕
2.浅谈ACD/Chemsketch 5.0和ChemWindow 6.0在中学化学教学中的应用(下) [J], 刘银;孟海燕
3.利用ChemWindow 6.0绘制流程图 [J], 孙永辉
4.ChemWindow 6.0 在化学化工及教学中的应用 [J], 杨刚;杨高文
5.利用ChemWindow
6.0化学软件绘制常见实验装置 [J], 陈玉霞
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分子图形软件——结构可视
化学结构可采用多种表示方法。
分子的二维平面结构、三维空间结构和分子表面结构等表示法都属于化学结构的可视化表示方法，它们使用计算机图形技术直观、形象地表示分子结构。
化学结构的可视化表示采用了大量计算机图形学的技术，现已发展成为一门新兴的边缘学科——分子图形学。
分子图形学采用计算机图形技术处理分子结构的显示和操作。
分子建模技术是分子图形学的一个重要的分支，它包括三维分子结构的构建、操作及其物理化学性质的表示，任何一个分子建模软件都需要以分子图形作为交互界面。
分子图形学为化学工作者的研究工作提供了很大的方便，也对深入认识化合物的结构和化学反应的本质带来了可能，尤其对于复杂的生物大分子更是如此。
分子图形学是物理化学、有机化学、生物化学和医药化学等基础研究及技术开发的常用研究工具。
现今许多公司开发了速度快、图形质量高、功能强、价格低且具有友好用户界面的分子图形软件。
化学结构的表示任何一门科学都具有自己的表述语言，化学学科也不例外。
原子和分子是化学研究的主要对象，而原子和分子又是不可见的微观物体，目前人类发现的化学物质已经超过2300万种以上，科学和有效的化学结构表示是化学家面临的重要的问题。
化学结构的表示有：命名法、线型编码法、二维结构、三维结构、表面结构等方法。
化合物结构的可视化表示具有表示简单、直观和容易记忆的优点，因此化学物质结构图（结构式）常作为化学家的共同表述语言。
随着化学研究的深入，大多数化学物质的结构已经清楚，描述分子最好、最准确的方法就是绘制分子结构式。
分子结构的绘制即是化学教育的重要内容，也是化学研究的重要工具。
化学结构的表示要具体说明组成分子的原子数目、原子种类、各原子间的相对位置和连接性，这些化学结构信息可以使用图形方式表示，也可使用结构代码的命名法表示。
化学结构的表示应该是准确、简洁和单义的，并且可以方便地进行计算机的存储、检索和显示。
由于化合物有很多同分异构体，使用分子式无法准确地表示其结构。
利用ChemOffice 2004绘制有机分子的2D和3D结构
利用ChemOffice 2004绘制有机分子的2D和3D结构赖寒;陈宣;侯礼
【期刊名称】《重庆第二师范学院学报》
【年(卷),期】2004(017)006
【摘要】本文介绍了Cambridge Soft公司的最新化学专业基础软件ChemOffice2004,应用ChemDraw、Chen3D软件对有机分子的2D、3D图形的绘制,提供了几种有机分子3D的动画制作方法.
【总页数】4页(P23-26)
【作者】赖寒;陈宣;侯礼
【作者单位】重庆教育学院生命科学与化学系,重庆,400067;重庆教育学院生命科学与化学系,重庆,400067;重庆巴南区公平中学,重庆,401346
【正文语种】中文
【中图分类】TP319
【相关文献】
1.含尖灭地层的地质剖面图自动生成与2D/3D绘制 [J], 王家伟;郭甲腾;张荣兵
2.基于ChemOffice的有机分子模型素材库的建设与实践 [J], 李琳;杨宝华;张爱华;张学东
3.“有机分子结构”专题复习微型设计——利用3D动画解决有机分子中原子“共线面”问题初探 [J], 陈锡刚
4.利用2D射影变换求解空间复杂结构的3D不变量 [J], 刘方;王润生
5.衣领纸型设计3D-2D转换的原理与方法——衣领结构数学模型和3D-2D转换的原理研究 [J], 张文斌;吴宇
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Chem Window6.0在3D分子模型绘制中的应用
在绘制稍微复杂分子结构 （ 如桥环化合物 ） 的时候 ， 产生错 会
误 的结构 图。
分子结 构图ｎ 。 ］ （ ） ｓｌｃｉ ” 头 或 者执 行 “ ｄｔ Ｓ ｌ ｔＡｌ 命 ２ 用“ ｅｅｔ ｎ 箭 ｏ Ｅ ｉ— ｅ ｃ ｌ ｅ ”
令， 将所绘制 的 ２ Ｄ分子结 构 图选 中。需要 注意 的是这 一步 是 绘制 ３ Ｄ分子 模 型所 必须 的 ， 否则 无 法打 开 Ｓ ｍＡｐ ｓ ｙ ｐ 程 序窗 口。
， 舣术 扳且 。依 钮 协≯ｑ 行各种光源下 的效果设 置。
（） ８ 模型 的复 制 。模 型设 置 好之 后， 以执 行 “ ｄｔ 可 Ｅ ｉ一
确 是 显 原 标 、原 、和 ｕ 右 之 后 ｌ 的 子 型 相 移 或 放调 好 定 否 示 子 记Ｈ 子 坐 轴啪 可 原 键 键” 。 子 还示 时 曼 分 模 也 应 动 缩 ， 整 一
・
５ ・ ４
化
学
教
育
２０ ０ ８年第 ６ 期
２ ２ 分子对称性 的判 断 ．
一一■
图 ３ 分子模型的旋转 、 平移和缩放工具
有机 化学“ 映异构 ” 对 一章 中讲到 了分子 的对 称性 ， 分子
的对 称元 素包括对称轴 （ ｎ 、 ｃ ） 旋转反射轴 （ ｎ 、 Ｓ ）对称面 （ ） ｄ 和 对称 中心 （ ， ｉ 这部 分 内容若 结合 分 子三 维立 体模 型进 行讲 ） 解， 会非 常直 观 、 象 ， 利于学生更好地 掌握 。以反式烯烃 形 有
藿 … 认 、 兰 半 （） 型大小 、 置 的调 整 。在 Ｓ ｍＡｐ ｓ窗 口的左侧 ， ６模 位 ｙ ｐ 是调整 ３ Ｄ分子 的大小 、 位置 的工具按钮 ， 图 ３所示 。运用 如
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教程：使用ChemDraw 15绘制立体分子结构
教程：使用ChemDraw 15绘制立体分子结构ChemDraw是当前最常用的的化学结构绘图软件，软件功能包括化学作图、分子模型生成、化学数据库信息管理等，现在已经更新至最新版本——ChemDraw 15，可以说是化学家和生物学家所需要最终极的化学结构绘图工具。
本教程主要介绍使用ChemDraw 15绘制立体分子结构的具体方法。
具体操作步骤如下：
1.用楔形表示法来反映原子或基团的相对空间位置（如下图所示）。
用楔键来反映原子或基团的相对空间位置
2.选择键后，点击右键，选择Object Settings命令（如下图所示）。
选中结构右键选择Object Settings命令
3.点击Object Settings弹出如下图所示对话框，修改键的长短和粗细、以及切割楔键的间隙。
在Object Settings 对话框中修改相应值
例如下图所示：
加粗加大间隙效果示例
4.楔键的取向通过再次点击楔键按钮进行改变（如下图所示）。
通过再次点击楔键按钮改变楔键的取向
5.也可利用3D旋转来实现以实际观察角度来构建的直观立体结构（如下图所示）。
利用3D旋转来构建的直观立体结构。
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2 Tianhe-2
NUDT China
3 Titan
Cray Inc. United States
4 Sequoia
IBM
United States
5 Cori
Cray Inc. United States
6 Oakforest-PACS Fujitsu Japan
7 K Computer Fujitsu Japan
Tianhe-1A 2010.10~2011.5
K computer 2011.6~2012.5
曾 经 的 Top 1
Sequoia - BlueGene/Q 2012.6-2012.10
Titan 2012.11~2013.5
Nankai University
Tianhe-2 2013.6~2016.6
分子3D绘图
Nankai University
“魅力计算演绎分子”—南开大学化学学院计算化学知识技能大赛 2017.3.21
一、计算化学背景
1.1 计算机的发展—硬件背景 计算机的硬件和其他技术高速发展
CPU能力 多核技术
GPU技术 并行技术
Knights Landing Xeon Phi >3TFlops
QSAR). • Computational approaches to help in the efficient synthesis of compounds. • Computational approaches to design molecules that interact in specific ways
Nankai University
8 Piz Daint
Cray Inc. Switzerland
9 Mira
IBM
United States
10 Trinity
Cray Inc. United States
10649600 3120000 560640 1572864 622336 556104 705024 206720 786432 301056
CONECT 2 1 3 9
CONECT 3 2 4 10
CONECT 4 3 5 11
CONECT 5 4 12 6
CONECT 6 1 7 5
CONECT 7 6
CONECT 8 1
CONECT 9 2
CONECT 10 3
CONECT 11 4
CONECT 12 5
END
Nankai University
蒙特卡罗，分子力学，图形用户界面，分子，溶剂
VASP (VAMP) 密度泛函，分子动力学，赝势，平面波，材料 Discovery Studio QSAR，图形用户界面
Nankai University
“魅力计算演绎分子”—南开大学化学学院计算化学知识技能大赛 2017.3.21
二、分子3D结构数据
数据类型(最常见、纯文本格式)
ENT/PDB Brookhaven Protein Data Bank
MOL
Molecular Design, Ltd. [MDL]
HIN
Hyperchem
GJF
Gaussian
MOL2
Tripos
CIF
Crystallographic Information file
B1 1.40 B2 1.08 A 120. D1 0. D2 180.
Gaussian
Nankai University
“魅力计算演绎分子”—南开大学化学学院计算化学知识技能大赛 2017.3.21
BEN.GJF
Gaussian
%chk=H:\ben2.chk #b3lyp/6-31g(d) opt=vtight
Sunway TaihuLight 2016.6~
“魅力计算演绎分子”—南开大学化学学院计算化学知识技能大赛 2017.3.21
48th TOP10 November 2016
Rank
Name
Man. Country
Total Cores
Rmax (TFlop/s)
Power
1 Sunway
NRCPC China
HETATM 9 H UNK 1 2.151 -1.242 0.000
HETATM 10 H UNK 1 0.000 -2.484 0.000
HETATM 11 H UNK 1 -2.151 -1.242 0.000
HETATM 12 H UNK 1 -2.151 1.242 0.000
CONECT 1 6 2 8
HETATM 4 C UNK 1 -1.209 -0.698 0.000
HETATM 5 C UNK 1 -1.209 0.698 0.000
HETATM 6 C UNK 1 0.000 1.397 0.000
HETATM 7 H UNK 1 0.000 2.484 0.000
HETATM 8 H UNK 1 2.151 1.242 0.000
93014.6 33862.7 17590.0 17173.2 14014.7 13554.6 10510.0
9779.0 8586.6 8100.9
15371 17808
8209 7890 3939 2719 12660 1312 3945 4232
中国有171台超级计算机入围TOP 500
Nankai University
1E9
1E8 1E7 1000000
No.500 No.1 Sum
Performance(GFlop/s)
100000
10000
1000
100
10
1
0.1 1995
Nankai University
2000
2005
2010
2015
“魅力计算演绎分子”—南开大学化学学院计算化学知识技能大赛 2017.3.21
GROMACS 5.1.4 Free
/
TINKER 7.1 Free
/tinker/
AMBER 16
/
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NAMD 2.12 Free
/Research/namd/
/
Nankai University
“魅力计算演绎分子”—南开大学化学学院计算化学知识技能大赛 2017.3.21
• HyperChem Professional 8.010
/
• ChemBioOffice Ultra 14.0 Suit • GAMESS ver. Aug 8, 2016 Free
• Materials Studio 图形计算平台，密度泛函，分子，溶剂， 材料
• Insight II 图形计算平台，生物分子
• Schrödinger Suite 图形计算平台
• SYBYL 图形计算平台
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“魅力计算演绎分子”—南开大学化学学院计算化学知识技能大赛 2017.3.21
Ben
01 C 0.00000000 C 0.00000000 C 1.20949937 C 2.41900048 C 2.41900048 C 1.20950111 H -0.94138405 H -0.94138538 H 1.20949890 H 3.36038453 H 3.36038586 H 1.20950158
“魅力计算演绎分子”—南开大学化学学院计算化学知识技能大赛 2017.3.21
BEN.GJF
%chk=H:\ben.chk # B3LYP/6-31G* opt
Ben
01 C C 1 B1 C 2 B1 1 A C 3 B1 2 A 1 D1 C 4 B1 3 A 2 D1 C 1 B1 2 A 3 D1 H 1 B2 6 A 5 D2 H 2 B2 1 A 6 D2 H 3 B2 2 A 1 D2 H 4 B2 3 A 2 D2 H 5 B2 4 A 3 D2 H 6 B2 1 A 2 D2
0.00000000 0.00000000 0.00000000 1.39661073 0.00000000 2.09491637 0.00000000 1.39661228 0.00000000 0.00000155 0.00000000 -0.69830409 0.00000000 -0.54350900 0.00000000 1.94011906 0.00000000 3.18193419 0.00000000 1.94010678 0.00000000 -1.78532191
/GAMESS/
• PC GAMESS/Firefly version 8.2.0
http://classic.chem.msu.su/gran/gamess/index.html
• NWChem 6.6 Free
with other molecules (e.g. drug design and catalysis).
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“魅力计算演绎分子”—南开大学化学学院计算化学知识技能大赛 2017.3.21
1.4 常用分子模拟软件
• Gaussian 98 GaussView 2.x • Gaussian 03 GaussView 3.x, 4.x • Gaussian 09 Gauss View 5.x
E7-8890V4 24核
计算速度高速增长
Tesla K80 8.74TFlops v.s. Blue Gene/L 135.58.74TFlops
大量原来无法想象的计算可以轻易完成
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“魅力计算演绎分子”—南开大学化学学院计算化学知识技能大赛 2017.3.21