chembiodraw使用

1、CambridgeSChemBioNChemBioFSciSChemBioDraw和ChemBio3D中的NMR、IR光谱预测功能ChemBioDraw和ChemBio3D软件均包含NMR、IR光谱预测工具作者：JesseGordon公司：CambridgeSoft版本：19.2CHEMBIODRAW、CHEMBIO3D软件中均包含NMR（核磁共振图谱）和IR（红外）光谱预测工具。文本将介绍NMR和IR预测工具的主要功能和预测方法。与本文相对应的还有一个录制好的视频文件，以实例演示使用技巧，实例中的样本均可下载供用户亲自实践。本文中涉及的主题：ChemNMR:在ChemBioDraw中预测1H

2、-NMR和13C-NMR在ChemBioDraw中设置NMR参数ChemBio3D中光谱预测的设置GAMESS（从头计算量子化学程序）：在ChemBio3D中预测NMR、IR图谱CambridgeSoft的ChemBio3D软件在程序编写时整合了多个计算化学包,NMR和IR预测模块就是已整合的计算化学包的一部分。这两个模块加上GAMESS和MOPAC均已整合到ChemBio3D软件中，无需另外付费。此外，ChemBio3D还为其他计算化学软件编写了接口，如Gaussian,Jaugar等。ChemBio3D还能够整合其它的计算化学包-如果有其他版本的NMR或IR光谱预测，CambridgeSo

3、ft会在未来的版本中将其囊括。在本文的结尾，附上对应的视频文件和ChemBio3D支持的计算化学包的介绍文章链接。ChemNMR:在ChemBioDraw中预测1H-NMR和13C-NMRChemNMR模块已整合在ChemBioDraw软件里一在绘制分子时候只需点击一个按键就能看到它的NMR图谱。要预测iH-NMR和13C-NMR图谱，首先需要选定目标化学结构式，然后在Structure菜单选择Predict1H-NMRShifts或者Predict13C-NMRShifts。ChemBioDraw根据预计的位移重绘一遍分子结构，显示出相关数据信息并在新的窗口中绘制出图谱。图1:(ChemBi

4、oDraw)选择要预测NMR图谱的结构式在新窗口中执行NMR预测（原来的分子式仍旧保留在初始窗口中），新窗口中将标记以下内容：标记出每个氢原子的位移值（PPM）。显示带有耦合分裂（如果有的话）的NMR光谱。在图谱的下面列出相关的数字描述,有节点信息，位移值和用来帮助用户识别各个氢原子的注解。将鼠标移至分子中任意氢原子（内含氢）上，其在光谱中对应的峰以绿色高亮显示。ChernNMR1HE&tirnationcholKtffoll.M156;1-31,1.5?：1打皿|I热中IS5；1211恥135ycoaor：good,:Iiufh.ruuc.-iPrutj:-：iLjfJiMkjiedlLil

5、u*r反之，鼠标移至光谱中任意峰，对应的氢原子（内含氢）也会在分子结构式中以绿色高亮显示。（如果是密集峰，则会有不止一个氢原子被高亮显示）。*丘lE*Dalcc-iigwz:a.Lm疗q(V1!_1IFTT內*1和“rYH旣2tl-nYfZDHIT.Ij!3to忙MC-Ml-EBjl.JNL!Le1Mba-rfran宅总产占訳息CH2l.e&ji.31000氛昭|heihk-*,*f3jb图2.ChemNMR显示出每个氢原子的位移值当ChemNMR的预测质量比较一般时，位移值以粉红色显示,红色代表质量较低，蓝色则是质量较高的意思。如下例所示,阿司匹林,酸式氢的预测质量不高，因此以红色显示。Ch

6、emNMR以相对于TMS的PPM值评估位移,不能分配溶剂，因此属于无溶剂预测。一般，出现质量偏低或中等的结果是因为ChemNMR对特定氢的预测是依赖于溶剂造成的。图3.预测质量比较粗糙时位移值以粉红色或红色显示Carbon-13NMR预测方式类似于Proton-NMR。先选择分子，在Strcture菜单选择Predict1工-NMRShifts，然后ChemNMR预测位移，重绘分子，显示相关数据信息，并在新窗口显示光谱。Carbon-13NMR光谱是以与四甲硅烷（TMS）的相对迁移值（PPM）来表示。013(.3Thecarbon-13N丽艮isproducediol/ieproionNMR,

7、ChemNIVER13CEstimationaspirin)024.斗/；1舖11-Jo!伽飞%曲rmlor:good,iTediLjmh图4.Carbon-13NMR工作方法与Proton-NMR相似在ChemBioDraw中设置NMR参数ChemBioDraw的用户常常会问如何用不同的试剂做NMR预测-ChemNMR不支持试剂选择，但在ChemBio3D中的NMR预测是可以通过调节参数来实现试剂选择。在ChemBioDraw中，分子的形状与ChemNMR预测也是无关的也就是说,如果您画了一个过渡态或扭歪形状的分子，ChemNMR使用分子版的cleanedup功能。ChemNMR的输出仍保留

8、您绘制的分子样式（或变形的），样式上的改变并不影响NMR的预测。ChemBioDraw中的ChemNMR只有一个参数可以设置，并只在ProtonNMR生效即磁场强度。默认值是300MHz.上述的光谱预测使用的都是这个磁场强度。如需重新设置，遵循以下步骤:选择要进行Predict1H-NMRShifts预测的分子。按下Alt键，同时选择下一个菜单项。在Structure菜单选择Predict1H-NMRShifts。出现一个对话框，指导用户录入分光仪频率。图5.分光仪频率输入窗口注意，图谱的输出信息里不会指出磁场强度的改变，并且在退出ChemBioDraw时改变依然生效。换句话说，为了避免混乱，

9、在执行下一次NMR预测前最好将磁场强度设回默认的300MHz。改变磁场强度后选择Predict1H-NMRShifts释放Alt键）NMR图谱即会出现。以下是900MHz下胆固醇的ChemNMR图谱预测，与300MHz下的做个比较。ChoJestero/NMRprediction戲9QQMHzfieldstrengthLiAii*lidaPPM图6.900MHz磁场强度的WMR图谱预测换成60MHz磁场强度做出的NMR图谱，见下图。注意，PPM位移值一点都没有变化，峰更加分散。也就是说，峰形的变化导致光谱图像变了，但其数据是不变的。Choesfero/N陋Rpredfctionar60MHzf

10、ieldstrengthy16PPM图760MHz下胆固醇的WMR图谱预测ChemBio3D中NMR的设定MOPAC计算化学包里包含NMR图谱预测功能。在此之前要先做结构优化，为图谱预测准备精确的构象结构。在ChemBio3D中绘制好阿司匹林分子后，最初的构象结构仅是基于几何学计算出来的（适当的键角,但不考虑3D约束）。如下图的3D渲染所示，两个氧原子间的位阻（现象）是可见的。为了强调初始的3D构象是扁平的，分子被旋转了（除了甲基上的氢原子）。liInitial3Dconformationofasp/nn沱占乃日$/iowssrer/chindrance.图8.阿司匹林最初的3D构象是扁平的能

11、看到位阻（现象）用MOPAC进行结构优化,首先在ChemBio3D选择阿司匹林分子，然后执行以下步骤：在Calculations菜单，选择MOPACInterface。选择Minimizeenergy/geometry”。3点击Run（使用默认参数）。如下图所见，结构优化后位阻（现象）和扁平的构象都没了。Minmvzed3DconfbrmatfQnofaspirinisnotflatsterZ-cfi/ndrance.图9.能量最小化后的阿司匹郴D构象不是扁平的，也没有位阻（现象）一执行完能量最小化就可以做IR光谱预测了。以下是MOPAC-2002认可的参数。为了强调一下能量最小化的必要，现将

12、同一分子的MOPAC结构优化和GAMESS结构优化后的结果做个比较。除了GAMESS用的时间比MOPAC长一些以外，操作基本类似。与MOPAC相比，GAMESS使用了一套完全不同的算法进行内部运算，自然得到的结果是一个不同的3D构象-您可以用下面链接的文件做个比较Aspirin_by_GAMESS.c3xmlcomparedtoAspirin_by_MOPAC.c3xml。我们把这两个不同算法得出的结构覆盖在一起比较一下它们的不同绿色的是GAMESS的，MOPAC的是紫罗兰色。图10.MOPAC最小能量化结构覆盖在GAMESS的上面增加内存容量是为光谱预测所做的另一项准备。使用GAMESS,需

13、要10MB内存；但做光谱预测一般是不够用的（有时候运行能量最小化也捉襟见肘）。IR和NMR光谱预测需要的内存增加到30MB。要想改变内存参数，请在Caculations菜单选择GAMESSInterface。图11.GAMESS内存设定窗口以下分子用于举例比较MOPACChemNMR和GAMESSNMR基于同一分子的IR光谱比较.GAMESSIR预测的步骤如下：用GAMESS执行能量最小化。选择CalculationsGAMESSInterfaceComputeProperties，将内存设置成30MB。选择CalculationsGAMESSInterfacePredictIR/RamanS

14、pectrum。计算过程大概会持续几分钟,如ChemBio3D图标工具条上的进度指示。一旦完成，IR光谱将出现在光谱浏览器中，同时显示的还有内坐标和3D分子图形。通常ChemBio3DView选项是可用的。为了方便参照，我们将氢原子隐藏起来，只显示碳原子的序列号。用户可参阅内坐标窗口查看IR光谱预测的键长和原子角度。lntefrLiCcfi*i30-l、Aloni；BoitilAtMimIEonlLcmjiri|AlAnylrArantiAiiIe4ij匸晒HCOC(1)I3T电jiK)rbOrr*iWX?m憎1丘叵TTIFcpjC(4Jcm喻c呻H(11)HgH(1?cy)阳)讯)c诃CC2

15、)!I513&i汕I55191*157li1百於EI.O3G)I妙)HH齢c(i)IlOBdIirM115.ET2D11訂昆*107.31711股劉弓994743W350E113W69115D2361M.3W6iW.3fu5印“jmWe昭LHIW!阪J融帀丽石LSpctnjiriGJjssiscwn图12.通过ChemBio3D的GAMESS预测出冰片烯的瓯光谱GAMESS:ChemBio3D中的NMR和IR预测功能GAMESS计算化学工具包括NMR和IR预测功能。以下举例说明GAMESS的NMR能够处理ChemBioDraw的NMR处理不了的案例一用7,7-dimethylnorbornen

16、e分子举例。这个分子有两个ChemBioDraw视为相同结构的甲基，但ChemBio3D则把它们当做不同化学结构区别对待。如下面的ChemBioDraw图形所示，默认情况下ChemBioDraw以同一的化学结构方法绘制将这两个甲基。左面的ChemBioDraw结构式是为了突出化学机构的不同而用手工编辑的分子图形-但ChemBioDraw和NMR仍把它们视为同一化学结构。而ChemBio3D显示的结构则很清楚的将这两个甲基的不同区分出来-一个接近环上的双键，一个靠近单键。下面的是最初的ChemBio3D结构一未经结构优化的一因此只是基于避免位阻和遵循其他标准规则的几何学计算结果。显而易见，与2D

17、相比，在3D模式下观察分子结构具有其固有的优势。TheHromethylgroipsinaremtchemicallyequivalent:oneisnearadoublebondandtheotherisnearasinglebond7,7-dimethylnorbomeneasdnnvnbydefaultinChemDraw7,7-dimethylnorbomeneiniimoreaccurate3DrepresentationThesamemoleculesn&rgyinChsm3DfsGAMESS.The8-carbonisn&arthedoublebondandthe9-Qarbon

18、isnearthe皆讯越ebond.HencetheyshoulddiffsrQntNMRshifts.图13.冰片稀中的两个甲基的化学结构是不同的首先，让我们用ChemBioDraw执行一个ChemNMR图谱预测来做个基本的对比。ChemNMR给这两个甲基分配相同的位移值(0.99PPM)，这是因为ChemBioDraw的NMR将它们视为同一化学结构：ChemNMR1HEstimationNo甩thathMn刚创百m輕haveeonsidersthemcheiruclfv呷小破阿.i1PPM图14.ChemNMR图谱预测看一下通过GAMESS的NMR对同一分子做出的预测结果，在位移预测中有许

19、多显著的不同。比如，把焦点放在两个甲基的氢原子上。在ChemBioDraw的ChemNMR中位移值均是0.99PPM。在GAMESS的NMR中，接近双键的甲基位移值是10.21PPM，单键旁的是10.56PPM。下图中高亮显示的是两个甲基中各自的一个氢原子一靠近双键的第20号氢原子和单键旁的21号氢原子。注意：GAMESS1H-NMR光谱不显示ChemBioDrawNMR中带有的耦合分裂。気Urrtltl创-屮Cling9ANESSIriTrfnc:电ettXirTi妬r弊k11H刖H0碍壮H(12)H00.9G13HHD10.9814H(14jHa12.96帖呦HD12-K16H闯Ha12.

20、8817H血Htz.aa16HHQ10.?1旳呷勿H&10.21IEI1H的H0J1I.;旳1HnW.5g|22H凹HQ1Q.SH囲H010.5SlKlW細NESSaUHhi憎:II1NMRSpvcEHi唯ibi14JiPPM图15.GAMESSNMR区分冰片稀中的两个甲基看一下13C-NMR预测一处理方式是一样的。ChemBioDraw的13C-NMR预测模块也将两个甲基上的两个碳原子视为相同化学结构，位移值均是21.0PPM。图16.ChemNMR13C预测将两个甲基上的两个碳原子视为相同化学结构相比之下，GAMESS的13C-NMR将两个甲基上的两个碳原子视为不同的化学结构,预测的位移值分别是8号碳原子34.7PPM,9号碳原子31.8。双键旁的是8号碳原子，单键旁的是9号。为了使图像更清晰些，氢原子被隐藏起来了。AtomPr