5 quants / Лабораторный практикум Квантово-химическое моделирование соединений в пакете HyperChem Учебно-методическое пособие
.pdf
Рис. 1.4. Пример открытого образца - молекулы фуллерена С60
2.4.1. Использование подписей атомов и молекул
Если, например, молекула отображается с подписями атомных зарядов или другими характеристиками, то удалить их можно следующим образом:
1.L-Нажатием кнопки мыши открыть в меню Display > Labels
(Этикетки) (рис. 1.5).
2.В списке подписей атомов, связей и остатков автоматически помечено None (Ничто).
3.L-Нажатие на OK отменяет подписи атомов.
Рис 2.5. Выбор подписи атомов и пример молекулы нитробензола с отображением зарядов атомов
Чтобы использовать другие подписи атомов (символы элементов, заряды, номера, массы и т.п.) необходимо в диалоговом окне пометить интересующий вас вариант. Диалог закрывается, и атомы мо-
11
лекулы помечаются выбранными химическими символами элементов, зарядами и пр.
Используя пункт меню Display > Colors Atom… можно изменять цвета атомов со стандартных (по умолчанию) цветов на собственные варианты.
2.4.2. Использование различных молекулярных отображений
Чтобы изменить изображения молекулярной системы:
1.Выбрать Renderings (Отображение) в меню Display.
2.В диалоговом окне выбрать вкладку Rendering method и пометить, например, Balls (Шары) (рис. 1.6).
3.Затем можно на вкладке Balls изменить размер радиуса шаров
(рис. 1.6).
Рис. 1.6. Выбор метода отображения – Balls (шары)
Если нажать ОК, будет получено приближенное объемное изображение молекулы (рис. 1.7).
Однако вы уже не увидите подписи отдельных атомов. Нажатие клавиши [F2] позволяет восстановить параметры изображения молекулы, выбранные ранее (рис. 1.8). Это - эквивалент выбора Last
Rendering (Последнее отображение).
Если в диалоговом окне Rendering method выбрать Balls & Cylinders (Шары и цилиндры) и подобрать радиус шаров и цилиндров, вы получите изображение как на рис. 1.9. Такое представление, по мнению автора, лучше всего демонстрирует форму молекулы.
12
Рис. 1.7. Способы отображения молекул: Sticks («черточки»)
и Balls («шары»)
Рис. 1.8. Способы отображения мо- |
Рис. 1.9. Способ отображения моле- |
лекул: Sticks с обозначением символов |
кул Balls & Cylinders |
атомов |
|
С остальными способами отображения молекулярной структуры Вы познакомитесь самостоятельно.
2.5. Выход из HyperChem
Выберите Exit в меню File. Программа может предупредить Вас относительно сохранения изменений в файле. Щелкните на кнопке «No», если Вы не желаете сохранить последнюю геометрию молекулы, или на кнопке «Yes» в обратном случае. При этом в файле Hin не сохраняются результаты расчета, такие как электронная структура и свойства, колебательный спектр и другие молекуляр-
13
ные свойства. Так что, в любом случае после открытия сохраненного файла придется выполнить расчет заново.
3. Техника построения и редактирования объектов
После старта HyperChem желательно расширить окно программы на полный экран. В большой рабочей области гораздо удобнее строить молекулы.
3.1. Очистка рабочей области HyperChem
Если у Вас в данный момент открыта предыдущая молекулярная структура, то очистить рабочее поле можно следующим образом. Выберите в меню File (Файл) пункт New (Новый). Появляется диалоговое окно (рис. 1.10), в котором содержится вопрос: «Хотите ли вы сохранить текущие изменения в данном файле?» Нужно выбрать вариант «Нет», если Вам не нужно сохранить текущие изменения. HyperChem очистит рабочую область.
Рис. 1.10. Диалог сохранения изменений в файле
3.2. Рисование отдельных атомов
До сих пор Вы учились отображать отдельные молекулы, читая их координаты из файла HIN. Покажем методы рисования и редактирования, которые используются для создания 2-D эскиза молекул.
1. Выберите в меню Build пункт Default element (Элемент по умолчанию) или выполните двойной щелчок на кнопке инструмен-
та Draw 
(Рисовать). При этом запустится диалоговое окно Element Table – своего рода периодическая таблица элементов Менделеева (рис. 1.11).
2. Для выбора элемента курсор мыши наведите на желаемый элемент и щелкните левой клавишей.
14
Рис. 1.11. Диалог выбора элементов (Element Table)
3. Если нажать на кнопку Properties..., откроется окно, содержащее информацию о свойствах выбранного элемента (рис. 1.12).
Рис. 1.12. Информация об элементе N (азот)
4.Для установления произвольной валентности атома в определенных связях нужно отметить Allow Arbitrary Valence (Допустить произвольную валентность). Опция Explicit hydrogens (Добавить водороды) служит для автоматического рисования атомов водорода. Мы ее не будем использовать.
5.После выбора первого элемента не закрывайте Element Table.
6.Переместите курсор в рабочую область. При этом он приобре-
тает форму прицела . Если форма курсора другая, то выберите инструмент создания атомов Draw 
.
15
7.Разместите в поле построения выбранный атом, нажав однократно на левую кнопку мыши. Так можно разместить на любом расстоянии друг от друга неограниченное число атомов одного элемента, как, например, показано на рис. 1.13.
8.Для смены элемента необходимо в окне Default Element щелкнуть по нему левой кнопкой мыши и т.д.
3.3.Рисование связей
1.Для соединения двух атомов между собой "прицел" мыши наведите на центр атом и, не отпуская левой клавиши (L-протяжка), проведите линию до центра другого атома. После этого обозначение атомов в виде кружков исчезнет, а вместо них появиться линия, соединяющая атомы, т.е. связь. Таким образом, все размещенные в пространстве атомы можно соединить в одну молекулу посредством химических связей (рис. 1.14).
Рис. 1.13 . Отдельные атомы углерода на рабочем поле (заготовка для создания бензольного кольцо и алифатической цепочки)
2.Существует альтернативный способ построения молекулы. После того, как Вы разместили один атом в поле построения, не отпуская левой клавиши (L-протяжка) проведите от него линию до места, где должен находиться второй такой же атом и, не отпуская кнопки мыши. Это будет позиция второго атома этого же элемента.
3.При построении молекул необходимо учитывать, что не все из них имеют плоскую структуру, поэтому для размещения отдельных атомов в пространстве под определенным углом относительно друг
16
друга молекулу можно разворачивать, выбрав мышью инструмент
Rotate out of plane.
4. Чтобы химическую связь сделать кратной (двойной (рис. 1.14), тройной, полуторной), прицел необходимо разместить рядом с линией, изображающей одинарную связь и однократно (двукратно для ароматической) нажать на левую клавишу мыши. При этом в нижней строке появится соответствующая надпись (single, double, triple, aromatic, см. таблицу 1.1).
Рис. 1.14. Связанные атомы углерода
5. Для понижения порядка связи, удаления неверных связей или лишних атомов используют R-щелчок клавишей мыши по атомам или связям. При удалении связи будут удалены оба атома, участвующих в связи.
Таблица 1.1. Примеры графического обозначения типов связей
Ординарная |
_____________________ |
|
|
|
|
Двойная |
=================== |
|
|
|
|
Тройная |
≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡ |
|
|
|
|
Переменная (ароматическая) |
-------------------------------- |
|
|
|
|
Если необходимо заменить один атом на другой (например, атом углерода на кислород), то после выбора в таблице нужного элемента, наведите курсор на место старого атома и щелкните по нему левой кнопкой мыши.
17
3.4. Работа с выделенными атомами (молекулами)
Теперь перейдем к изучению методик выделения (выбора) отдельных объектов или всей вашей химической структуры. Удалить или копировать сразу несколько атомов или всю молекулу можно после их выделения. Для этой цели служит инструментальная
кнопка Select (Выбор) 
(вложенные друг в друга пара кружочков).
1.Вначале необходимо выбрать параметры (режимы) выделения
вменю Select. Можно выделять как отдельные Atoms (Атомы),
Residues (Остатки), так и целые молекулы (Moleculs), по отдель-
ности или вместе.
2.После того, как Вы настроили параметры выделения (например, выбрали ٧ Atoms), нужно навести курсор на выделяемый объект в рабочем поле и сделать L-щелчок кнопкой мыши. Выделенный атом помечается зеленным цветом (рис. 1.18). Обратите внимание: в окне диалога Preferences в меню File Вы также можете устанавливать цвет выделенных атомов, который Вы пожелаете.
Рис. 1.18. Выделенный атом |
Рис. 1.19. Выделенная связь между |
|
атомами углерода 7 и 8 |
3. Таким же образом можно выделить связь между двумя атомами. В этом случае в параметрах выделения в меню Select должны быть обязательно отмечены Atoms и Multiple Selections. Для выделения связи просто щелкните подряд по двум соседним атомам или по центру связи (рис. 1.19).
18
Выделенные фрагменты можно удалить или запомнить в буфер с последующим извлечением из него (соответствующие кнопки на меню или разделы в меню Edit).
Режим Select Sphere в меню Select позволяет при выделении добавлять все последующие выделенные объекты к уже выделенным. Выделенные фрагменты можно также отдельно перемещать или вращать на рабочем поле, выбрав соответствующие инструменты и “захватив” их правой кнопкой мыши (только для этого необходимо в меню Fail > Preferences > Tool отменить ( ) whole molecular translation).
Быстро выделить всю молекулу можно однократным щелчком левой кнопкой по свободному пространству на рабочем поле или двойным щелчком по любому атому молекулы.
Для отмены любого выделения поместите курсор в пустой области экрана и щелкните правой кнопкой мыши. Чтобы отменить выделение отдельного атома, фрагмента или связи, курсор в форме наводят на выделенный объект и однократно щелкают правой клавишей мыши.
Важное замечание: Никогда не забывайте отменять выделения, если это специально не требуется для дальнейшей работы, т.к. все дальнейшие действия и операции, включая расчет, будут применяться только к выделенному фрагменту.
3.5. Выбор группы атомов
При выборе произвольной группы атомов они должны быть заключены в нарисованный мышью воображаемый прямоугольник.
1.В меню Select не должно быть помечено Select Sphere.
2.Выберите точку в пустой части рабочей области, проведите от нее линию, одновременно удерживая левую и правую клавиши мыши (LR -протяжка) к выделяемым атомам. При этом будет рисоваться прямоугольник, отображающий границу области выбора. Продолжайте LR-перемещение, пока несколько атомов не будут находиться в прямоугольнике (как на рис. 1.20).
3.Отпустите кнопки мыши, и все атомы области выбора окажутся выделенными (рис. 1.21).
2.В этом же окне можно выделить вторую группу атомов. Для этого в меню Select необходимо отметить ( ) Multiple Selections. После чего таким же образом в прямоугольник заключить другую
19
группу атомов. При этом новые выделенные атомы добавятся к предыдущим.
Рис. 1.20. Выбор группы атомов |
Рис. 1.21. Выбранная группа атомов |
Напоминаем, чтобы выделить все атомы нужно в пустом пространстве рабочей области поместить курсор и однократно щелкнуть левой кнопкой мыши. Для отмены всех выделений нужно однократно нажать на правую кнопку мыши, когда курсор находится в пустом пространстве рабочей области.
3.6. Удаление атомов или связей
Для удаления одного атома или связи:
1. Произведите однократный щелчок на инструментальном изо-
бражении 
(Draw) на панели инструментов.
2. Наведите курсор на удаляемый объект и произведите R- щелчок. Атом или связь исчезнут.
Для удаления нескольких атомов или связей:
Посредством LR-протяжки заключите в пространство внутри прямоугольника атомы и связи, которые подлежат удалению
В меню Edit (Редактирования) выберите Clear (Очистить).
Появится диалоговый блок, где будет задан вопрос: "Вы действи-
тельно хотите удалить выбор?". Нужно нажать "Да".
3.7.Копирование объектов через буфер обмена
1.В меню Select отметьте Atoms.
2.Щелчком мыши в рабочем поле выделите атом или связь.
20