剑桥结构数据库简介

剑桥结构数据库简介剑桥结构数据库是集合了晶体数据的收集、整理与计算机化工作的数据库，收录了全世界范围内所有已认可的有机及金属有机化合物的晶体结构；其提供的分子晶体结构涵盖精准的分子结构信息（如键长、键角、两面角等），及分子间相互作用的信息（如氢键、极性作用、范德华作用、芳香性作用等）。分子晶体结构信息是现代科学的重要基础，它已为现代化学、生物学、物理学、材料等学科的发展做出了极大的贡献（如帮助发现化学键、氢键、蛋白质、DNA、核酸、催化剂、光电学材料等），是多种学科的一个极其重要的工具。多年来，CSD一直保持不间断更新（每年增加超过50,000个结构信息），同时完善已有的结构信息。随着网页的定期更新和访问最新出版的结构信息，订户可以掌握最新的研究信息（如图1所示）。目前，剑桥结构数据库含有875,000多有机及金属有机化合物的X射线和中子射线衍射的分析数据；其独特的3D结构已经成为世界上众多科学家必不可少的资源。Year图1显示自1972年以来，CSD的增长情况。红色柱状表示每年增加的结构量。剑桥结构数据库中的每一条信息都包括：三维结构数据：原子坐标、晶胞参数、空间群、结构精密度指标、温度与压力条件、无序分布细节二维结构图：原子和键的性质与关联化学式和化合物名称，多肽化合物的氨基酸序列完整的文献资料，其中部分直接与电子版文献连接交叉引用立体异构体及有关重新解释和确认的详情其它已发表的与该分子有关的信息：化合物来源、结晶条件、结对构型的确定实验、多晶型现象（同质多像）及生物活性应用范围：搜索、显示晶体结构分析分子参数研究构象取向搜索药效团模型检测分子内和分子间相互作用快捷地提取与分析分子的几何结构预测分子间相互作用确认特定官能团间相互作用的模式检索相似的晶胞堆积特性计算晶胞堆积相似度等CSD产品包CSD-SystemCSD系统ConQuest,Mercury,PreQuest,Mogul,IsoStar,WebCSD,enCIFer和CSDPythonAPI。CSD-MaterialsCSD材料版所有CSD系统中的内容，以及：.Mercury和CSDPythonAPI的其他功能；.构像异构体生成器和DASH*|Draw(1)-(^jery2丘J«CCDCConQpest(1):ieareh2[Search]ReEdi:AtomsBeresOxionsH«bEditOptionsyewDatabasesBesotsbetaADDDRr^akerTemplate:...[THMNm同Any|Groups」\~C~8说*|Draw(1)-(^jery2丘J«CCDCConQpest(1):ieareh2[Search]ReEdi:AtomsBeresOxionsH«bEditOptionsyewDatabasesBesotsbetaADDDRr^akerTemplate:...[THMNm同Any|Groups」\~C~8说图2:ConQuest绘图窗口3DParameterI，1▲ContactBuildOtMrfwCombineQutrittManageHirfiftgViewResults\Author/JournalRelcode:ABUSARCSDyeruon533INovemtw20”)(ABUSARChemicalCr/mlExperinwitalDiagram3DVisualiseSearcOverviewVShowtibtltucMenwtehet(S3304)HoObjects，ABADOX^ABADUDII^ABEBIS.ABE80YI/-ABEMOJ“A8UKEN✓ABUPOC—ABURUK,ABUSAR.ABUSO)t^ABZIlPS•/ABZSLM^ABZTCX/ACANEY,ACANIC^ACANOIt/ACAPAW"MAPEAl/ACENEB,AOFAI✓AOROT1910hits图3:浏览热点结构的同时进行搜索功能CSD-DiscoveryCSD探索版所有CSD系统中的内容，以及：Mercury和CSDPythonAPI的其他功能；Hermes,GOLD,SuperStar,Relibase和构像异构体生成器CSD-EnterpriseCSD企业版包含所有以上内容。功能模块：剑桥数据库系统由以下八部分构成：ConQuest：是从剑桥结构数据库搜索和提取结构信息的基础软件，该程序提供在数据库中全方位的文字、数字查询及高级搜索功能。★ClassroomConquest：为帮助群体教学活动所设计的，拥有ConQuest所有功能，用户可以根据需要无限量安装ClassroomConquest。（参见图2和图3）用户使用ConQuest还可以做到：.绘制化学子结构的直观线框图，定义几何参数；.导出系统结构，直接进入Mercury链接；.管理热点结构，整合搜索结果.进行CSD批量搜索Mercury：提供了一整套丰富的软件工具，能够显示及比较3D晶体与分子结构，从而探索分子网络与晶胞堆积。利用该模块，可以完成计算显示几何参数，显示晶体切面，显示立体视图及空间群对称元素，模拟多晶衍射图等项任务（参见图4）。图4：Ethyl2-amino-oxazole-5-carboxylate的BFDH理论晶体结构展示B。QR。。八PreQuest：可以方便用户构建自己专用的晶体结构数据库，之后可以使用ConQuest单独搜索或者与CSD结合进行搜索。该模块可以识别众多的数据输入格式，同时可根据三位晶体结构自动显示二维化学结构图、进行二维化学结构图的编辑功能以及显示、验证和编辑三维结构数据。Mogul:只需点击一下，即可迅速从CSD中几百万个各类化学键长、键角和非环扭转角数据中提取信息，以便快捷地显示分子的几何结构。应用范围包括验证新的晶体结构，发现非同寻常的几何特性，查证通过计算而得到的构象（如，过滤筛选蛋白质-配体嵌合模拟的结果，以便去除不可能的配体构象），以及建立配体库用于蛋白质晶体结构的精确调整（图5）。图5:转氨酶结构中应变配体几何的识别a灼。IsoStar：可提供对收集在CSD和PDB实验数据中的非键相互作用的几何参数信息的快速访问。对于一个中央基团（A）和一个接触基团（B）之间的相互作用，IsoStar可通过叠加基团A的单体，以三维散点分布图的形式显示出B在A周围的分布。通过3D散点图可以查看收集在CSD中数万种，和在PDB中近万种种化学功能基团对。散点图的等值线可表征结合热点，以及任意指定的某种接触出现的可能性（参见图6）。

图6:苯基官能团周围羰基官能团波形相互作用-密度分布图，红色部分地区是羰埴原子最喜欢的区域。WebCSD：是剑桥结构数据库的在线门户网站。WebCSD使用户能够方便快捷地访问剑桥晶体数据库的结构知识宝库。WebCSD用户还能尽快访图7:图7:WebCSD界面显示的咖啡因物D结构及其相关的化学信息（参考编知FWE）。-X+1/2,y+l/2r-Z+1/2x+l/2z-y+l/2f-X+1/2,y+l/2r-Z+1/2x+l/2z-y+l/2fz+1/27.677(3)23|5.7731(8)12.159(3)enCIFer安全检查和编辑晶体学信息文件（CIFs）（参见图8和图9）。用户使用enCIFer可做到：.识别和改正语法/格式错误；.安全编辑晶体学文件信息（单数据或者数组）；.通过两个数据录入导向补充晶体学信息文件，一个导向用于出版细节，另一个导向用于化学、物理和晶体学性能。.从CIF字典里面选择一项内容并通过用户版强制性数据列表核对；.实现CIF结构视图，包括位移椭球。'C7H7N102・•C7H7N102,Monoclinic•P121/n1',-P2yn'图9：视图图8：图9：视图CSDPythonAPI构建和整合详细的搜索和分析功能，生成量身定制的工作流。CSDPythonAPI（应用软件程序界面）允许用户以编程的方式使用多种CSD系统功能。用户可以随时创建或从CSDPythonAPI用户论坛下载CSD生成的分析和工作流，按需剪裁并发表在Mercury个人菜单上，实现专业效果视图和通信。用户可以使用CSDPythonAPI控制复杂的分析过程，包括自动工作流，并整合日常工作流；还可以和全球的用户公社中分享信息并从CSDPythonAPI分享信息中受益（参见图10）。

CSDPythonAPI-ExampleIn[10]:fromaod.cimportio,diagraoOut|[27]:CSDPythonAPI-ExampleIn[10]:fromaod.cimportio,diagraoOut|[27]:u'AABHTZIn[30]:#GenerateadzagxajziforthatCSDsntzydiagraiii_generator=diagram.-DiagraiaGenerator()diagzamii_generator.settings.font_size=12img=diagrami_generatQr.image{csd_entry)[26]:ijnportIPython.core・displayimiportStrlnglO#SetupCSDentry-readera.ndfind,thsfirstentryinthedatabasecsd=1q.EntryReader(1csd1)csd_entry=csd|[0]csd_entry.identifierMeCOCl图10：应用软件程序界面In[31]:#Displayths2Ddiagranoutput;=StringlO.StringlO()img-save(output,nPNG")contents=output・getvalue()IPython,core.display.display_j>ng(contentsrzaw=True)已知问题.自动安装如果将CSDS软件通过自动命令模式安装到本地，且本地已经包含了一个版本的CSDS软件，那么CSDPythonAPI的安装将会失败。在安装软件时，请确保目录里不忍SD_2017,GoldSuite_2017或Python_API_2017子目录里。.通过ConQuest注册MacOS10.12注册MacOS10.12可能导致ConQuest异常错误，但是这并不影响注册过程，可以完全地将其忽略掉。通过其他方式注册并不会引起这种问题。.使用“本地许可文件”选项确定许可文件此功能仅在用户在非标准位置使用CSD软件时有效。若要获得一个永久性的许可，请按照“CSD软件许可”的规定操作。.在CSDPythonAPIminiconda中使用Matplotlib和Pillow软件与miniconda捆绑的产品matplotlib(1.4.3)和Pillow(2.8.2)软件如果在互动模式下使用，可能会引起软件崩溃。要解决此问题，可以将〃matplotlib.show()〃替换为“matplotlib.show(block=False)”。.PreQuest与Ubuntu14和16不兼容。PreQuest不能在Ubuntu14和16上安装，建议使用其他支持平台来使用PreQuest。.IsoGen:如果订户要使用IsoGen生成IsoStar散点图，请在进行初步ConQuest搜索时，在官能团之间使用ConQuest3D约束，而不是用原子。除非订户无法生成图形的外形。详情请参见IsoStar文件中的IsoGen指南。.在视网膜显示屏上使用ConQuest3D视图MacOSX系统是含有视网膜显示屏，众所周知的问题是ConQuest3D视图无法选择原子，我们建议将您进行的命中结构导出到Mercury上进行深度分析。使用步骤如下：CCDC的使用链接如下https:〃services.ccdc.cam.ac.uk/userportal/请先注册账号注册后，账号需与单位关联起来登录后找到协议管理在CSD系统下点击"Linkyourorganisation’sCSDL