5 quants / Лабораторный практикум Квантово-химическое моделирование соединений в пакете HyperChem Учебно-методическое пособие
.pdf
3.В меню Edit (Редактирования) выберите Copy (Копирование).
Копия атома или связи сохраняется в буфере обмена.
4.Для вставки объектов из буфера в рабочую область можно выбрать в меню редактирования команду Past (Вставить).
4.Создание молекул
4.1.Создание 2-D эскиза
Теперь, когда Вы научились строить атомы и связи между ними можно приступать к построению реальной молекулы. Хотя HyperChem позволяет Вам делать молекулы любого размера, по практическим соображениям мы на начальном этапе ограничимся построением небольших и средних молекул. В этом параграфе мы будем строить молекулу 1-гидрокси-3-фенил-2 пропена.
1.Откройте в меню Build > Default element периодическую таблицу элементов
2.Отметьте галочкой Allow Arbitrary Valence (Допустить про-
извольную валентность). Если Explicit hydrogens (Добавить во-
дороды) не выключить, то атомы водорода в процессе рисования не будут автоматически добавляться к углеродному остову.
3.Выберите углерод (С) в окне периодической таблицы. Углерод устанавливается как элемент для построения.
4.Теперь нарисуйте следующую структуру как на рис. 1.22 (рисование связей и изменение их порядка мы уже обсуждали ранее).
Рис. 1.22. 2D эскиз для молекулы 1-гидрокси-3-фенил-2 пропена
Напомним, что для того чтобы сделать в центре структуры двойную связь, просто сделайте L-щелчок на простой связи. Полутор-
21
ные связи ароматического бензольного кольца обозначаются пунктирной линией. Их можно нарисовать при помощи двойного L- щелчка вблизи одной из внутренних сторон кольца циклогексана.
У Вас при построении могла получиться неровная геометрия – это не страшно, но прежде чем модифицировать эту структуру, сохраним нашу работу. Это позволит Вам не рисовать все заново, а лишь вносить необходимые исправления в первоначальный вариант построенной молекулы.
4.2. Сохранение файла с молекулой
Чтобы сохраните промежуточное или текущее состояние геометрии молекулы:
1.Выберите в меню File > Save … (Сохранить).
2.Появляется диалоговое окно сохранения файла (рис. 1.23). Убедитесь, что файл будет сохранен в нужную папку. В File name (Имя файла) введите желаемое имя файла (лучше, чтобы оно наиболее полно отражало содержание файла и параметры расчета). Например, пропен_ab_initio или пропен_mndo).
3.Убедитесь, что Save as type (Тип файла) - HIN.
4.L-щелчком выберите OK. Диалоговое окно закрывается и в заголовке окна появляется название файла.
Рис. 1.23. Диалог сохранения файла
22
После окончания расчетов также можно сохранить результаты. HyperChem может сохранять файлы в различных форматах, из которых нам понадобятся только два: формат hin и так называемый protein data bank с расширением ent. Hin обладает тем преимуществом, что в нем сохраняется вся информация по молекулярной геометрии, которой располагает HyperСhem, в частности периодические условия, зато ent удобно редактировать текстовым редактором.
Теперь Вы можете модифицировать структуру, и все изменения будут сохранены уже в этом файле (для повторного сохранения можно выбрать Save в меню File или использовать соответствующий значок на панели инструментов). Вы всегда сможете вернуться к последнему сохраненному варианту, открыв файл с диска.
4.3. Редактирование молекулярной структуры. Создание 3-D модели
Предыдущая структура нашей молекулы построена пока из атомов углерода, но чтобы структура была верной, необходимо заменить один из углеродов на атом кислорода. Для этого:
1.Откройте таблицу элементов и одним L-щелчком выберите кислород (Oxygen).
2.Наведите курсор на атом углерода в конце алифатической цепи и щелкните по нему однократно левой кнопкой мыши. Углерод C (атом голубого цвета) заменится на кислород O (атом красного цвета). Теперь основная углеродная цепь выстроена.
3.Для того чтобы автоматически добавить необходимое количество атомов водорода необходимо в меню Build выбрать пункт Add
Hydrogens (Добавить водороды).
4.Для того чтобы построенная схема приобрела правильную геометрию, в меню Build выберите Add H & Model Build (Добавить водороды и Построить модель). Схема 2D (двумерная) преобразу-
ется в трехмерную структуру 3D (рис. 1.24) с правильными начальными длинами связи валентными углами.
Алгоритмы автоматического построения моделей используют подходы, основанные на молекулярной механике. Обычно результаты их работы согласуются с химической интуицией.
5.Если в процессе преобразования геометрии молекула была повернута или смещена на периферию экрана, то ее можно вернуть в
23
первоначальное положение, используя соответствующие кнопки панели инструментов 
Вращение (Rotate out-of plane), 
Пере-
местить (Translate).
Рис. 1.24. 1-hydroxy-3-phenyl-2-propene
6.Если водороды не отображаются, то в меню Display отметьте Show Hydrogens (Показать водороды) и повторите команду Add Hydrogens.
7.Построенную таким образом структуру сохраните повторно.
4.4. Маркировка атомов
Чтобы использовать подписи атомов:
1. В меню Display нужно выбрать Labels (Этикетки).
Рис 1.25. Выбор подписи |
Рис. 1.26. Альтернативные подписи |
атомов |
атомов (номера) для молекулы |
24
2.В окне (рис. 1.25) в блоке опции Atoms (Атомы) может быть автоматически отмечено None или какой-то другой пункт. Можно выбрать различные атомные подписи Symbol (как на рис. 1.24), Name, Number (как на рис. 1.26) и прочее и нажать на OK.
3.Все атомы помечаются выбранным способом. Можно вывести подписи не для всех, а только для выделенных атомов. Но каждое новое свойство необходимо задавать заново.
5.Перемещение, вращение и масштабирование молекул
Если HIN-файл с молекулой, созданной в предыдущем упражне-
нии, был закрыт и не показывается в рабочем пространстве, то откройте его для отработки на его основе дальнейших навыков.
5.1. XY-перемещение
Инструмент XY-перемещения (Translate) 
позволяет перемещать молекулы или отобранные атомы в плоскости компьютерного экрана. Вы можете управлять этим инструментом различными способами, также как большинством инструментов на панели инструментов. Сначала, мы сделаем произвольное XY-перемещение L- протяжкой в рабочем пространстве, а затем, определяя значение смещения в диалоговом окне перемещения Translate.
Использование инструмента XY-перемещения:
1.Выберите L-щелчком инструмент XY-перемещения (Translate).
2.Переместить курсор в рабочее пространство.
Курсор принимает форму инструмента в виде пресекающихся двунаправленных стрелок.
3. Сделайте L-протяжку в сторону, как показано на рис. 1.27.
Использование диалога Translate:
1.Двойным щелчком на инструменте XY-перемещения, или, выбрав Translate… в меню Edit, откройте диалог Translate (рис. 1.28).
2.В текстовой ячейке dx и напишите 5.0.
3.Сделайте L-щелчок на OK.
Молекула перемещается в правую сторону экрана 5.0 Ангстрем.
25
Рис. 1.27. Изображение молекулы, перемещенное влево за края экрана
Рис. 1.28. Диалог XY-перемещения
5.2. Z-перемещение
Если в предыдущем упражнении мы перемещали молекулу вдоль плоскости компьютерного экрана, то сейчас переместим ее к нам и вдаль от нас (т.е. по оси Z) используя инструмент Z-перемещения
(Z-translate).
Использование инструмента Z-перемещения:
1.На меню Display, выберите Rendering, и удостоверитесь, что опция Perspective включена (рис. 1.29) на вкладке Vector and Line Options. С опцией Perspective все молекулы рассматривают как бы
вперспективе. Более близкие атомы кажутся большими.
2.Сделайте L-щелчок на инструменте Z-перемещения.
3.Переместите указатель в рабочее пространство. Указатель мыши примет форму инструмента Z-перемещения.
26
4.Сделайте L-протяжку в рабочем пространстве сверху вниз. Молекула перемещается ближе к Вам.
5.Если продолжать перемещать молекулу, то она может полностью исчезнуть, потому что Вы переместили её из плоскости Z отрезания.
Рис. 1.29. Установка опции Perspective
Использование диалога Translate:
1.Открыть ячейку диалога Translate (рис. 1.28) любым способом (Двойным щелчком на инструменте Z-перемещения, или выбирая
Translate на меню Edit).
2.В dx и dy текстовых ячейках оставьте значение 0.
3.В текстовой ячейке dz, напишите -5, и нажмите OK. HyperChem перемещает молекулу на 5Å вдаль от Вас.
Совет: Если нажать Пробел (Spacebar), то можно оптимально
сосредоточить молекулу в центре рабочего пространства, если перед этим она была неудачно смещена или увеличен масштаб просмотра. Это же действие выполняет команда Scale to Fit в меню
Display.
5.3. Масштабирование
Чтобы увеличивать или уменьшать структуру молекулы, очень
удобно использовать инструмент масштабирования 
Maghify/Shrink. Он полезен, например, когда Вы хотите исследовать детали структуры большой молекулы.
27
Использование инструмента масштабирования:
1.Сделайте L-щелчок на инструменте масштабирования 
Maghify/Shrink.
2.Переместите указатель в рабочее пространство. Указатель мыши примет форму инструмента масштабирования.
3.Сделайте L-протяжку в рабочем пространстве сверху вниз. Молекула перемещается ближе к Вам.
Молекула увеличивается и может напоминать рис. 1.30.
Как и с предыдущими инструментами можно управлять масштабированием иначе, а именно, вызвав диалог Zoom (рис. 1.31):
•используя команду Zoom… в меню Edit;
•или сделав двойной щелчок по кнопке инструмента масшта-
бирования.
Рис. 1.30. Фрагмент молекулы при сильном увеличении
Рис. 1.31. Диалог изменения масштаба просмотра
5.4. XY-вращение
Чтобы вращать одну или большее количество молекул вокруг x или y оси или обеих осей, используется инструмент XY-вращения
(Rotate out of plane).
28
Использование инструмента XY-вращения:
1.Сделайте L-щелчок на инструменте XY вращения.
2.Переместите курсор в рабочее пространство.
3.Сделайте горизонтальное L-перемещение. Молекула вращается вокруг y оси.
4.Сделайте вертикальное L-перемещение. Молекула вращается вокруг x оси.
5.Сделайте L-перемещение по диагонали, чтобы вращать молекулу вокруг и x и y оси одновременно (рис. 1.32).
5.5.Z-вращение
Спомощи инструмента Z-вращения 
(Rotate in plane), Вы можете вращать молекулы вокруг z оси, т.е. вращать в плоскости
экрана.
Использование инструмента Z-вращения:
1.Сделайте L-щелчок на инструменте Z вращения.
2.Переместите курсор в рабочее пространство.
3.Сделайте L-перемещение горизонтально направо в рабочем пространстве. Молекула перемещается по направлению часовой стрелки (рис. 1.33).
4.Сделайте L-перемещение горизонтально налево. Молекула перемещается в направлении против часовой стрелки.
Использование диалога Rotate:
1.Открыть ячейку диалога Rotate (рис. 1.34) любым способом (Двойным щелчком на инструменте Z-вращения или XYвращения, или выбирая Translate на меню Edit).
2.Выберите ось для поворота (X, Y или Z).
3.В текстовой ячейке Angle (Угол) впишите значение угла поворота, например, 90 и нажмите OK.
29
Рис. 1.32. XY-вращение молекулы |
Рис. 1.33. Z-поворот молекулы |
Рис. 1.34. Диалог Rotate для задания углов вращения молекулы
Советы по использованию вращения
1.Если перед вращением или перемещением молекулы включить опцию Show Inertial Axes в меню Display, то Вы увидите ориентацию молекулы по отношению к 3-м главным осям координат.
2.Если Вы имеете несколько молекул на экране, Вы можете выбирать одну из них, выбирая Molecules в меню Select, и вращать её одну вокруг центра масс, используя R-перемещение вместо L- перемещения мыши.
6. Измерение параметров структур
Данный раздел описывает технику измерения структурных связей, способы измерения углов и таких характеристик атомов, как заряды и пространственные координаты.
30