桌面化学

作者: Joey Bernard

在本文中,我想介绍另一款化学应用程序——具体来说是 BKChem,一个免费的化学绘图程序。 与许多其他化学应用程序不同,BKChem 既提供了用于构建分子的友好图形用户界面,又提供了一套化学分析工具来查看新构建分子的性质。

大多数发行版都应该有可用的软件包,以简化安装过程——例如,基于 Debian 的发行版可以使用以下命令安装 BKChem


sudo apt-get install bkchem

一旦安装了 BKChem,您可以从菜单项启动它,或者从终端窗口执行命令 bkchem 来启动它。

首次打开时,您将看到一个空白屏幕,您可以在其中开始化学结构构建。

图 1. 首次启动 BKChem 时,您会得到一个空白画布来开始构建分子。

如果您有先前创建的分子,您可以通过单击“文件→加载”菜单项来加载它,这会将数据加载到新标签页中;或者您可以单击“文件→加载到同一标签页”菜单选项将其加载到当前活动的标签页中。

BKChem 还可以从其他文件格式导入数据。 如果您单击“文件→导入”,您将看到可以导入 CML、CML2 或 Molfile 格式的文件。

如果您想从构建自己的分子开始,可以使用几个构建模块菜单。 它们以成对的行排列,位于窗口顶部的菜单列表下方。 顶行图标选择第二行中可用的图标列表。 第一行中的第一个图标只是一个箭头,允许您选择分子中的对象,以便您可以编辑其属性。 下一个图标拉出绘图元素行,您可以在其中开始绘制新分子。

在线条粗细、样式和键角方面有多种选择,您只需单击现有线段的末端即可创建元素链。

一旦您布置了结构的基本框架,接下来您将需要编辑细节。 为此,再次单击第一个图标(标题为“编辑”),然后单击您要编辑的结构元素。 在这里,拥有一个合适的鼠标是必须的,因为您需要用鼠标中键单击才能弹出编辑面板。

图 2. 您可以通过单击鼠标中键来编辑元素。 您获得的菜单取决于您正在编辑的元素类型。

如果您使用的是笔记本电脑触摸板,则需要同时单击左右按钮,然后使用触摸板本身滚动。 例如,如果您单击一个原子,您可以在此位置更改原子,甚至用某种原子团(如醇基)替换它。

您还可以编辑各种显示选项,例如使用的颜色、文本字体、文本放置和线条宽度。

顶部图标行上的第三个图标拉出一个可用模板列表,用于较大的常用原子结构,例如苯环。

图 3. 您可以使用模板添加更大的常用结构。

顶行上的第四个图标让您拉出一个您先前创建的模板列表,允许您为您最常用的那些子结构添加模板。

您可能需要调整显示,以便在工作时能够清楚地看到所有内容。 相应的说明位于“对象”菜单项下。 该菜单上的第一个选项是“缩放”。 选择结构的某一部分或整个结构,您基本上可以放大或缩小以更好地查看结构。

图 4. 您可以缩放分子结构的各个部分,以便更轻松地进行操作。

您还可以更改显示,例如更改堆叠层或水平或垂直镜像。

最后一个可用的选项是“对象→配置”菜单项。 这将弹出一个新窗口,您可以在其中轻松更改原子、键、字体或显示的常用详细信息。 这也是当您单击“编辑”菜单上的“属性”项时出现的同一个窗口(当您单击鼠标中键时会显示“编辑”菜单)。

图 5. 配置窗口允许您轻松编辑结构元素的属性。

到目前为止,我只是在描述构建分子的过程。 在这里的其余截图中,我使用一个简单的苯环来讨论您可以使用 BKChem 完成的化学操作。

您可以通过单击“化学→信息”来获取有关结构的基本信息,这将弹出一个新窗口,其中包含化学式、分子量和组成等项目。

图 6. 您可以获得关于结构的基本化学信息列表。

如果您想检查您构建的结构是否合理,您可以选择它并单击“化学→检查化学性质”菜单项。 如果一切都合理,您将看到一个新窗口告诉您一切正常。 否则,您将收到一条错误消息,突出显示从化学角度来看不太合理的地方。 在这里,您可能需要深入研究“编辑”菜单中提供的更细致的项目,当您用鼠标中键单击元素时会显示“编辑”菜单。 您可能需要更改原子类型或更改其化合价。 作为您可能遇到的错误类型的一个例子,请参阅当我将苯环中的一个碳原子更改为氧原子时会发生什么(图 7)。

图 7. 有时,化学反应不尽如人意。

在菜单栏的最右侧,有一个可用插件的条目。 其中一个插件允许您计算键角。 您可以通过按住 Shift 键并依次单击两个相连的键来选择它们。 然后您可以单击“插件→键之间的角度”菜单项来计算角度。

图 8. 您可以计算分子的键角。

当您完成创建新分子结构的所有工作后,您需要保存它以进行进一步分析或与其它研究人员分享。 结构保存的默认文件格式是 SVG(可缩放矢量图形)文件。 如果您想使用不同的文件格式保存您的工作,请单击“文件→导出”以获取所有受支持文件格式的列表。 它们中的大多数只是其它图形文件格式,但也有一些专门用于存储化学信息。

您可以选择 CML 或 CML2(化学标记语言)来保存更多关于结构的化学信息。 您还可以将结构保存在 molfile 文件格式中,该格式由 MDL 信息系统创建,用于存储关于化学结构的更详细信息。 如果您只是想要一个易于共享的分子结构图像,您可以将其导出为 PDF 或 PNG 文件。

正如您在此处所看到的,您可以使用 BKChem 以类似于许多其他化学应用程序的方式构建分子结构。 BKChem 略有不同之处在于,您可以直接从 BKChem 对新创建的结构进行一些基本的化学操作。 这种附加功能可能足以使 BKChem 成为您想要添加到工具库中的工具。

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