Компьютерные программы для химиков.

Современное изучение химии, не обходиться без использования мощных программных пакетов при моделировании химических процессов, изображения химических формул и диаграмм, химических расчетов.

Краткий обзор основных программ.

Maple - это полноценная компьютерная программа для продвинутых математиков, разработанная в Канаде компанией Maplesoft. Как известно, плох тот химик, у кого проблемы с математикой.

SigmaPlot - удобная программа для построения графиков. Особенно пригодится физхимикам, имеющим дело с обработкой большого количество экспериментальных данных, и всем, кто хочет сэкономить свое время и не строить графики вручную.

Данная программа позволяет без лишних усилий с вашей стороны моделировать сложные молекулы. Наглядно показывает пространственное расположение атомов. Рассчитывает расстояния и углы между атомами

Chemical Equation Expert

Если вы сталкивались с органической химией или биохимией , то, наверное, знаете, какие огромные и громоздкие формулы там встречаются. Для изображения таких формул существует специальная программка, называемая ISIS DRAW.

Теперь рассмотрим эти программы более подробно.

Maple - это полноценная компьютерная программа для продвинутых математиков, разработанная в Канаде компанией Maplesoft. Как известно, плох тот химик, у кого проблемы с математикой. А с математикой химику приходится иметь дело, хочет он того или нет. Если Вы испытываете трудности при расчете логарифмов, интегралов и т. п., то Maple поможет Вам решить некоторые Ваши проблемы. Также построит за Вас графики. Кроме того, Maple имеет встроенные функции и операции. Мощные программные пакеты Maplesoft позволяют производить сложные математические расчеты, моделировать процессы и многое другое.

Принцип работы в данной программе схож с Mathematica. Всегда можно посмотреть инструкцию по работе, вызвав справку (клавиши ctrl+F1).

Вообще, компания Maplesoft является ведущим поставщиком высокопроизводительного программного обеспечения для технических и естественных наук. Линейка программных продуктов достаточно широкая: программное обеспечение для инженерных расчетов, для образовательных целей, для прикладных исследований, для автоматизации, для авиационно-космической промышленности, для энергетической промышленности, для электроники. Цены на продукты данной компании разные в зависимости от Вашей принадлежности к той или иной категории покупателей (студент, коммерческая организация , университет, Государственное управление). Также есть возможность приобретения индивидуальной и коллективной лицензии на использование данного программного обеспечения.

За более подробной информацией Вы можете посетить их сайт www. . Сайт не имеет русскоязычную версию - лишний повод начать изучать английский язык , если еще не начали.

SigmaPlot - удобная программа для построения графиков. Особенно пригодится физхимикам, имеющим дело с обработкой большого количества экспериментальных данных, и всем, кто хочет сэкономить свое время и не строить графики вручную.

Вы можете задать вопрос: "Зачем мне разбираться в этой программе, когда я могу быстро и просто построить график в Excel?" Здесь, как говорят - на вкус и цвет товарища нет. SigmaPlot в данном случае приводится в качестве альтернативной программы для построения достаточно точных графиков.

Эта программа будет полезна в первую очередь химикам, занимающимся органической химией. Если вы плохо разбираетесь в таких программах, как "MOPAC", "HyperChem" и т. п., или вообще первый раз о них слышите, то "ChemBio3D" разработана компанией Cambridgesoft для вас. Для работы с этим программным обеспечением не нужно уметь вводить z-матрицы стартовой геометрии молекул, иметь развитое пространственное мышление. Она позволяет пространственно представить сложные молекулы. Рассчитывает длины связей, углы между атомами и многое другое, что позволяют вышеупомянутые программы, но в данном случае без каких-либо усилий с вашей стороны.

Молекулу можно вводить 2 способами: непосредственно в рабочем окне с простанственной молекулой или в окне "ChemDraw", которое находится справа от рабочего окна. Посмотреть информацию по длинам связей и углам между атомами можно следующим образом: в верхней панели инструментов Structure-> Measurements->Generate All Bond Lengths/Angles

Chemical Equation Expert

Если вы испытываете определенные трудности с расстановкой коэффициентов в химических уравнениях (особенно в ОВР), то эта программка создана для вас. Здесь не нужно знать ни метод электронного баланса, ни метод полуреакций. Все, что вам нужно знать, - реагенты и продукты реакций.

Как с этой программой работать? В левом столбце, где написано "Reactants", вводите все реагенты друг под другом. Для каждого реагента выделяется отдельная строка. Не нужно писать все реагенты в одну строчку. Во втором столбце записываете все продукты реакции. Затем нажимаете кнопку "Balance". Если все введено правильно, появится надпись "Balanced it successfully!". Чтобы посмотреть результат, в верхнем меню выбираете "Results". Находите свое уравнение с расставленными коэффициентами. Если хотите очистить все результаты, нажимаете "Clear all". Если возникают вопросы, то в "Examples" приведены уже готовые уравнения реакций. По аналогии с ними вводите свои. Здесь приведены примеры ввода молекул: Ca(OH)2, (CO3) (знак заряда пишется послезначения, а сам заряд записывается в квадратных скобках), H[+] (значение "1" не записывается), CuSO4*5H2O (двойные соли, гидратированные молекулы записываются подобным образом).

Эта программка удобна для расставления коэффициентов, если известны продукты реакции. А если продукты неизвестны, то она вам не поможет.

Какие еще возможности существуют? Существует возможность добавления уравнений в библиотеку уравнений, что позволяет быстро находить необходимое уравнение с помощью "Search". Есть калькулятор, рассчитывающий массы и количества веществ. Выбираете в верхнем меню "Calculate". Выбираете нужное уравнение реакции с помощью кнопок "Back" и "Next". Выбранное уравнение появится в окошке. И рассчитываете либо количество, либо массу вещества. Также можно выбрать точность вычисления.

Если вы сталкивались с органической химией или биохимией, то, наверное, знаете, какие огромные и громоздкие формулы там встречаются. Для изображения таких формул существует специальная программка, называемая ISIS DRAW.

Как ею пользоваться? Если вам нужно нарисовать цикл, то выбираете необходимый элемент в панели управления, расположенной вверху:

Если вам нужно, например, нарисовать одинарную, двойную и тройную связь, выбрать химический элемент, поставить знак + или нарисовать стрелочку, то выбираете необходимый инструмент в панели инструментов, расположенной слева.

Разберем каждый инструмент в этой панели управления.

Если навести курсор на первый инструмент и, удерживая нажатой левую клавишу мыши, провести курсор вправо, появится набор инструментов. Все они используются для выделения необходимой области, ее перемещения и изменения размеров, как пропорционального, так и в одном конкретном направлении. Первый называется лассо (lasso tool). Можно выделять любые объекты, любой формы. Второй - инструмент для прямоуголного выделения (select tool). Третий - для выделения всей молекулы (molecule select tool).

Второй инструмент (rotate tool) используется для поворота молекулы. Здесь также два инструмента. Один предназначен для поворота в плоскости (2D), а другой - для поворота в пространстве (3D).

Третий - это ластик. По щелчку стирает ненужные связи.

Четвертый - выбор необходимого химического элемента. Выбираете атом в молекуле, который хотите переименовать (по умолчанию везде стоит углерод), и в появившемся окошечке выбираете нужный вам химический элемент или вводите его вручную.

Пятый инструмент используется для рисования одинарных, двойных и тройных связей.

Шестой - для пространственного изображения связей, находящихся в разных плоскостях.

Седьмой - для изображения цепочек атомов разной длины.

Восьмой - знак "плюс" в уравнении реакции.

Девятый - разнообразные стрелки (для обратимых, необратимых реакций...).

Десятый - "атом-атом" карта. Несовсем понятно, зачем он нужен. Никогда им не пользуюсь.

Одиннадцатый - инструмент последовательностей. Вводите нужный химический элемент и на экране появляется целая молекула. Ее можно редактирвать с помощью уже известных вам инструментов.

Двенадцатый - скобки. Используется для изображения полимеров. Заключаете в данные скобки повторяющийся элемент полимерной цепочки, где n показывает количество раз, которое данный элемент повторяется. Также можно задавать значение n.

Тринадцатый - текстовое поле. Из самого названия понятно, зачем оно нужно.

Четырнадцатый - инструмент для рисования линий (прямых, ломанных, закругленной, эллиптической формы).

Пятнадцатый - для изображения геометрических фигур: прямоугольников с острыми и закругленными углами, полигональных фигур, эллипсов.

Еще необходимо сказать, что в данной программе есть уже готовые молекулы (цепочки атомов, циклы, аминокислоты, углеводы и т. д.). В главном меню выбираете пункт "Templates", затем выбираете необходимый объект. Открывается окошко, в котором будут уже готовые структуры. Выбираете нужную, щелкнув по ней левой кнопкой мыши, после чего вставляете в рабочее окно, также щелкнув левой кнопкой мыши. И вот, молекула готова!

И еще один момент. Как экспортировать молекулу в Word. Чтобы вставить полученную молекулу в Word, нужно в ISIS DRAW выделить ее и скопировать. Другой способ - в главном меню выбрать "Файл", затем "Экспортировать". Выбираете нужный формат и сохраняете.

Мы рассмотрели лишь некоторые программы, но уже их знание и умение их использовать в своей профессии, очень облегчит жизнь современному химику.

Существует множество программ для расчетов и моделирования в области химии. Например:

ChemOffice (Пакет химических приложений ChemOffice поможет избежать ученым, связанным с химией многих рутинных процессов и сосредоточиться на работе. Входящие в состав пакета модули превращают компьютер в рабочую станцию для проектирования и работы с базами данных и химической документацией. Новая версия ChemOffice Ultra ориентирована на платформу Windows. Пакет ChemOffice Ultra 2008 содержит ChemDraw Ultra, Chem3D Ultra, E-Notebook Ultra, ChemFinder, CombiChem, Inventory, BioAssay и справочник The Merck Index в виде единого набора. Для интеграции с Microsoft Office используются модули ChemDraw/Excel и ChemFinder/Word.);

ACD ChemSketch 12.01(Одна из последних версий химического редактора, которая позволяет рисовать химические формулы,в том числе и объемные, уравнения реакций. Содержит базу рисунков лабораторной посуды, позволяет рассчитать основные химические параметры);

Avogadro (FreeWare) - 3D визуализация (расширенный молекулярный редактор, разработанный для использования на нескольких платформах (в частности на ОС Windows), по вычислительной химии, молекулярному моделированию, биоинформатике, науке о материалах и др.);

Balancer - программа для расстановки коэффициентов в уравнениях химических реакций (программа, которая позволяет расставлять и уравнивать коэффициенты в уравнениях химических реакций. Ее достоинства в том, что она: - уравнивает любые типы реакций; - вычисляет моль, массовые и газовые объемы для сбалансированного уравнения. Пользователь может выбрать из базы данных множество химических веществ);

Base Acid Titration and Equilibria (BATE) (pH calculator разработан, чтобы помочь при расчётах, которые могут возникнуть в повседневной практике. Можно использовать рН калькулятор для определения рН смеси в любой пропорции сильной/ слабой кислоты и основания. Такие смеси включают решения для большинства солей и буферов);

CalcSam. Калькулятор для расчета водно-спиртовых растворов (Программа пересчитывает показания ареометра, полученные при одной температуре в показания ареометра, которые будут при другой температуре раствора. По известной концентрации раствора рассчитывает объемную, массовую и молярную концентрации, а также плотность. По известной концентрации рассчитывает температуру кипения, массовый и молярный состав пара);

CambrigeSoftChemDrawPro (Версия профессиональной системы компьютерного моделирования химических соединений любой сложности. Рисует механизмы реакций для публикаций и представляет трехмерные молекулярные поверхности, орбитами и молекулярные свойства);

Chemissian v1.70 Portable (является важным инструментом анализа электронной структуры молекул и спектров. Он может манипулировать молекулярными орбиталями энергетических уровней диаграммы (Hartree-Fock and Kohn-Sham orbitals), расчетные и экспериментальные UV-VIS электронные спектры, карты электронной и спиновой плотности и подготовки их к публикации);

CHEMIX School 3.5 Portable (Что можно сказать. Программа далеко ушла от российских аналогов. CHEMIX School - набор химических утилит, включает в себя периодическую систему элементов, молекулярный калькулятор, модули по электрохимии, спектроскопии, словари, справочники и многое другое. CHEMIX School является образовательным инструментом для обучения химии);

ChemMaths v11 (Программное обеспечение, подходящее для студентов-химиков, инженеров, а также для профессионального использования. ChemMaths содержит информацию о 3000 химических составах, периодической таблице химических элементов, критических константах, термодинамических свойствах, поверхностном натяжении, вычислении вязкости и т. д. Решает около 500 задач по химии, электричеству, физике, а также математические уравнения. Содержит 200 единиц преобразования. Программа имеет возможность создавать двух/трехмерные графики, строить чертежи, модели процесса. Находить решения матричных задач, финансовых, геометрических, статистических и многих других математических уравнений. И тд);

ChemSite (FreeWare) - 3D визуализация молекул (Программа для создания 3D-моделей молекул. В этой программе легко построить структуру любого органического соединения, поскольку она содержит множество инструментов: функциональные группы, аминокислоты, нуклеиновые кислоты, углеводы и др. Каждый структурный фрагмент можно добавить на экран или присоединить к любому атому);

CrystalMaker.v2.3.0 (CrystalMaker - программа для визуального наблюдения и анализа кристаллических и молекулярных структур. Программа обеспечивает высокое разрешение фото-реалистичной графики, грандиозный 3D стерео экран, инструментальные средства анимации, процифровое видео и выход QTVR);

HyperChem 7.0 (HyperChem - комплексный программный продукт, предназначенный для задач квантово-механического моделирования атомных структур. Он включает в себя программы, реализующие методы молекулярной механики, квантовой химии и молекулярной динамики. Силовые поля, которые могут использоваться в HyperChem - это ММ+ (на базе ММ2), Amber, OPLS и BIO+ (на базе CHARMM));

PL Table (PL Table - это многофункциональная периодическая система элементов, реализация периодической системы на PC, позволяющая получать информацию об элементах (более 20 типов данных о каждом химическом элементе), и встроенный химический калькулятор, позволяющий мгновенно уравнивать химические реакции любой сложности, решать химические задачи);

Portable Virtual Chemistry Lab 2.0 (Программа представляет из себя виртуальную химическую лабораторию со множеством возможностей. Virtual Chemistry Lab является полезны м инструментом для преподавателей, студентов и всех тех, кто просто интересуется химией. Программа интуитивно понятна: имеется так называемый рабочий стол и две "полки" - для инструментов и химикатов);

REKT v. 4 - Программа для расчета ректификационной колонны (Программа производит технологический расчет процесса ректификации, включая потарелочный расчет расходов и концентраций компонентов);

Кинетика v1.2 (Компактная программа, устанавливающая прядок реакции и константу её скорости по экспериментальным данным, которые вы ей предоставите. Поддерживает любые порядки, в том числе дробные и отрицательные. Бесплатна и не требует инсталляции);

Программа Химический калькулятор служит для получения быстрого решения уравнений реакций из неорганической химии. В несколько нажатий вы получите полностью готовое химическое уравнение с расставленными коэффициентами. Работа программы схожа с работой математического калькулятора. То есть вы нашли, нажали и получили. Существенное преимущество программы, которое отличает её от других подобных программ-калькуляторов - библиотека готовых формул веществ, которая сильно экономит ваше время. Но особенность вовсе не мешает привычному решению уравнений.

Изначально может показаться, что готовые формулы лишь отнимают время, но это вовсе не так. К расположению всех формул нужно привыкнуть. Но на это не потребуется много времени. Все формулы, которые есть в программе, отсортированы по активности и классам реагирования. Но если вы не можете найти вещество, то просто воспользуйтесь функцией поиска. В том случае, если калькулятор пишет, что «с этим веществом не реагирует», а вам известны уравнения данных веществ и продукты реакции, то возможно внесение уравнения в базу данных приложения. В последних версиях программы были исправлены найденные ранее недоработки в базе данных. Количество химических реакций возросло более чем в три раза. Было добавлено около 360 новых веществ. При просмотре уравнения теперь доступна информация об условиях, в которых протекает химическая реакция. Так же появилась функция поиска, о которой уже упоминалось ранее.

ЯМР

Обработка и интерпретация одномерных и двумерных ЯМР данных, подвластная экспертам, теперь доступна менее опытным пользователям ЯМР благодаря программному обеспечению для соотнесения и расшифровки ЯМР спектров. Создавайте базы данных экспериментальных спектров и предсказывайте ЯМР спектры любых одномерных и двумерных экспериментов для ваших химических структур.

Масс-спектрометрия

Обрабатывайте и интерпретируйте масс-спектральные и комплексные данные и удобно управляйте ими. Предсказывайте масс-фрагментацию. Используйте комплексные наборы данных (LC/MS, LC/MS/MS, LC/DAD, CE/MS, GC/MS) для выделения хроматографических компонентов из сложных образцов.

УФ-ИК спектроскопия

Обрабатывайте, интерпретируйте и удобно управляйте оптическими спектрами измеренными в широком диапазоне, включающем весь оптический диапазон спектроскопии от 1 см-1 до 100,000 см-1 (от 100 до 10,000,000 нм) с использованием методов УФ, ИК, видимой и Рамановской спектроскопии.

Хроматография

Разрабатывайте, выбирайте и оптимизируйте методы разделения, обрабатывайте экспериментальные хроматограммы и управляйте ими, моделируйте LC и GC хроматограммы, используя предсказания на основе химической структуры.

Химические базы данных

Объедините химические знания вашей компании, ускорьте процесс принятия решений и увеличьте оборачиваемость проектов с помощью мощного, но простого в использовании программного пакета. Хранение и управление всей информацией для каждой структуры, реакции, синтетической последовательности, добавление связанных данных, таких как биологическая и токсикологическая информация, описательные текстовые поля, идентификаторы проекта, ссылки на связанные документы и аналитические данные – все с полноценными возможностями поиска по структурным или текстовым запросам.

Предсказание физико-химических свойств и токсичности (ADME/Tox)

PhysChem Suite

Полный набор инструментов для предсказания молекулярных физических свойств на основе химической структуры, включающий pKa, logP, logD, и растворимость в зависимости от pH

ADME/Tox Prediction (Pharma Algorithms)

Объединение предсказательной программы ADME/Tox компании Pharma Algorithms с результатами расчетов физикохимических свойств ACD/Labs позволяет точно прогнозировать ADME и токсичность для широкого ряда соединений. Моделируйте эффекты от изменения структуры и используйте ваши собственные данные для увеличения точности предсказаний.

Химическая Номенклатура

Генерируйте систематические номенклатурные имена (или конвертируйте имена в структуры) согласно правилам IUPAC и CAS Index используя программное обеспечение признанное отраслевым стандартом и уже используемое множеством ученых и компаний в химической и фармацевтической отраслях.