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常用化学软件综述
Donar_F1 发表于 2009-08-17 09:23:30
目前，化学工作者在教案和试卷的编写、课件的制作、网络信息的发布、教学科研论文的写作和发表都对软件提出更高的要求。幸运的是随着计算机软件技术的发展，许多针对化学领域的专业软件被开发出来，包括化学工作者日常在PC机上使用的化学绘图工具软件。常用的化学软件包括美国Bio-Rad Laboratori -es公司开发的ChemWindow，美国Cambridge soft 公司出品的ChemDraw，加拿大ACD（Advanced Chemistry Development）公司提供的ACD\ChemSketch，以及由MDL Information Systems 公司开发的ISIS/Draw。这些软件基本上都可以绘制各种化学分子结构式、化学反应方程式以及化工流程图等化学化工所需的绘制功能，给化学学习者、工作者带来了极大的方便。本文试图对这些常用的化学绘图软件做简单的介绍并对这些常用的化学绘图软件进行对比分析，让软件使用者了解常用软件的功能，方便软件使用者根据自己工作和学习的需要最快速的选择相应的软件完成学习、工作及教学科研、论文写作任务。
一、常用化学绘图软件介绍
1．Chem3D
Chem3D同ChemDraw一样，是ChemOffice的组成部分，它能很好地同ChemDraw一起协同工作，ChemDraw上画出的二维结构式可以正确地自动转换为三维结构。它的ultra版本还包括了一个很好的半经验量子化学计算程序MOPAC 97，并能与著名的从头计算程序Gaussian98连接，作为它的输入、输出界面。能够以三维的方式显示量子化学计算结果，如：分子轨道、电荷密度分布等。其提供工作站级的3D分子轮廓图及分子轨道特性分析，并和数种量子化学软件结合在一起。由于Chem3D提供完整的界面及功能，已成为分子仿真分析最佳的前端开发环境。
2．ChemWindow
ChemWindow 由Softshell Intern.Ltd.1989 年推出首版，到1993 年发行了3.0 版。该软件主要功能是能绘出各种结构和形状的化学分子结构式及化学图形，具有比较强大的化学分子图形编辑功能。ChemWindow 在Windows 环境下具有的友好用户界面和便利的切换功能，使得其资料可共享于各软件之间。ChemWindow 现在最新的版本有ChemWindow6.0 ，ChemWindow6.0 在功能上以及工具栏设计上都有不少的改动，在国内很多网站都能下载获得ChemWindow6.0 免费版本。在化学绘图方面，对于一般的化学输入，和其他很多软件相似，ChemWindow6.0 是制作有机分子三维动画的最佳软件。制作简单易学，熟练操作后，制作一个3D 动画只用1 min 左右的时间。此外ChemWindow6.0 提供了用于立体化学的Newman 投影和Angled 反应工具，可以帮助绘制反应路径和绘制三维结构，然而这些强大的功能在免费软件中是不能使用的，需要注册付费才能使用。由于ChemWindow6.0 在常用化学绘图软件中相对简单易学，界面友好，很多化学工作者选择这一化学绘图软件。
3．ChemDraw
ChemDraw 是美国Cambridge soft 公司出品的重要产品ChemOffice 的又一组件。ChemDraw 是一个化学结构绘图软件，能够绘制和编辑高质量的化学结构图，包括立体结构的识别和显示，能够对结构和名（IUPAC Name）进行转换；能够与Excel 集成。其最新版本为ChemDraw8.0，ChemDraw8.0 具有强大的绘图功能，结合Chem3D，可以绘制各种化学结构、化学方程式、化学反应图表等，并且自身具有分子优化功能ChemDraw8.0 具有多种输入输出功能，可以直接将绘制的图片等以常见的格式输出，而不需要经过图片制作软件的帮助。
4．ACD/ChemSketch
ACD/ChemSketch 是加拿大高级化学发展有限公司(Advanced Chemistry Development，ACD)设计的用于化学画图用软件包，该软件包可单独使用或与其他软件共同使用。其最新版本为ACD/ChemSketch8.0，ACD /ChemSketch8.0 已经成为可以独立使用的绘制化学分子结构式和图形图像的软件包，是目前运行于PC 机用来绘制化学结构的功能强大的化学软件。其运行速度快、使用方便，可用来绘制二维、三维化学结构式、原子轨道、化学反应图解、实验装置和图形等。
5．ISIS/Draw 2.5
ISIS/Draw 2.5 由MDL Information Systems Inc.公司开发。以其强大的功能及与Office 套件极佳的兼容性而在国内化学界广泛流行。其早期版本为1.0 版，最新版本为2.5 版。该软件为自由软件，无注册自由软件，无注册费无使用期限。ISIS/Draw2.5 主要用于绘制各种化学分子结构式、化学反应方程式以及化工流程图等化学专业图形的绘图软件。ISIS/Draw 2.5 遵循以用户为主导的设计思想，具有十分友好的操作界面、丰富完备的模板及画图工具，大大提高了绘制化学专业图形的效率和清晰度，给化学工作者带来了极大方便，具有很好的应用前景。
二、常用化学绘图软件对比分析
目前最常用的化学绘图软件主要是Chem3D、ChemWindow、ChemDraw、ChemSketch、ISIS/Draw，当然还有国产的一些化学绘图软件，但鉴于其功能没有上述五种化学绘图软件强大，同时都是汉语版，简单易学，所以在此不赘述。以上五种化学绘图软件的主要功能都是用于绘制二维和三维化学结构及化学专业图形的绘制化学方程式的书写及相关文本的编辑处理，免去了人工绘化学分子图形的繁琐工作，而且能与office 等文档联用兼容。这五个常用化学绘图软件在功能和特点上有很多相似的地方，但是又各有特点。下面对这五个常用化学软件进行对比分析。
1．界面比较
Chem3D、ChemWindow、ChemDraw、ChemSketch、ISIS/Draw 都为绘图和编辑操作提供了非常直观的图标，通过鼠标就能完成几乎所有的操作，使用户操作起来非常方便。Chem3D、ChemWindow、ChemDraw、ISIS/Draw 都具有方便的快捷菜单，只要点击右键就可以了，而ChemSketch 没有快捷菜单功能，它是将快捷菜单显示在工具栏上的，这样使界面显得有些复杂。它们都有cleanstructure 优化键，可以将所画的结构优化形成标准键长和键角。此外，Chem3D的ultra版本还包括了一个很好的半经验量子化学计算程序MOPAC 97，并能与著名的从头计算程序Gaussian98连接，作为它的输入、输出界面，如它的ChemProp可预测BP、MP、临界温度、临界气压、吉布斯自由能、logP、折射率、热结构等性质；Excel Add-on可与微软的Excel完全整合，并可连结ChemFinder；Gaussian Client的量子化学计算软件Gaussian 98W的客户端界面，直接在Chem3D运行Gaussian，并提供数种坐标格式（需要安装Gaussian 98W）；CS GAMESS的量子化学计算软件GAMESS的客户端界面，可直接在Chem3D运行GAMESS的计算。（需要另外获得GAMESS）；MOPAC Pro下Fujitsu的量子化学计算软件MOPAC已内含在Chem3DUltra内，搭配Chem3D的图形界面； 分子计算的方法有AM1、PM3、MNDO、MINDO/3和新的MINDO/d，可以计算瞬时的几何形状及物理特性。
2．模板比较
能够以三维的方式显示量子化学计算结果，如：分子轨道、电荷密度分布等。其提供工作站级的3D分子轮廓图及分子轨道特性分析，并和数种量子化学软件结合在一起。由于Chem3D提供完整的界面及功能，已成为分子仿真分析最佳的前端开发环境。 ChemProp：预测BP、MP、临界温度、临界气压、吉布斯自由能、logP、折射率、热结构等性质。
Chem3D是在ChemDraw所提供模板的基础上增加了数种坐标格式及具有Excel功能的模板。ChemSke -tch 提供了元素周期表、化学基团表和模板窗口。ChemSkech 中的这三个模板非常重要，对很多化合物都有现成的图库，使用者可以便捷的从模板中寻找所需要的图，然后点击鼠标就完成了绘制工作，非常便捷。ChemWindows 提供了元素周期表、分子结构模板和“散装元件”。选择菜单Analytical/Periodic Table 即可利用元素周期表。点击任一元素，即显示该元素的原子序数、可能存在的价态和原子量。分子结构模板提供了大量常用的分子结构式，包括多（稠）环类、构象和构型类、环烷烃类、双环烷烃类和芳香烃类，每一类都包括了30～35 个分子结构，使用起来非常方便。该软件还提供了大量画分子式或分子图形所需的各种“散装元件”，如各类型的化学键，分子母环（从三元到八元环，包括六元环的船式和椅式构型）、化学分子轨道、圆电荷、球（椭球）等，点击鼠标右键就可选择使用。ISIS/Draw 菜单Templates下附带有23 张模板页，283 个模板结构，包括各种官能团、分子组件、电荷符号，复杂的杂环、糖类、冠醚及轨道图形，以及各种化学反应式所需箭头及反应条件标注等。在菜单Templates \Custo-mize Menu andTools \ Templates Tools中可以根据需要设置快捷按钮。ChemDraw提供了元素周期表和分子结构模板。在周期表中点击任一元素，将显示该元素的英文名、原子量、同位素、通常价态、熔沸点、密度、电离能、原子半径及元素发现者。分子结构模板中提供了大量的模型结构，包括氨基酸、芳环、双环、DNA/RNA 模板、立构中心、高分子结构、己糖、多面体、官能团、化学仪器等。
Excel Add-on：与微软的Excel完全整合，并可连结ChemFinder。
Gaussian Client：量子化学计算软件Gaussian 98W的客户端界面，直接在Chem3D运行Gaussian，并提供数种坐标格式。（需要安装Gaussian 98W）
CS GAMESS：量子化学计算软件GAMESS的客户端界面，直接在Chem3D运行GAMESS的计算。（需要另外获得GAMESS）
MOPAC Pro：Fujitsu的量子化学计算软件MOPAC已内含在Chem3D Ultra内，搭配Chem3D的图形界面。 分子计算的方法有AM1、PM3、MNDO、MINDO/3和新的MINDO/d。 可以计算瞬时的几何形状及物理特性。
3．化学结构绘制比较
这五个常用化学绘图软件都能很好地处理绘图过程，都能随意绘制各种键、环、元素等，也能随意调整图形大小。这些软件默认设置和用户自定义设置都可随意保存和回复。都可以插入文字说明，添加注释，并能够根据需要定义文字和图形的大小、字体、颜色等属性，能够对结构、图形进行缩小、放大、旋转、移动等操作，还能进行剪切、粘贴、删除、复制等操作。
4．分子结构的检查功能比较
在Chem3D右键快捷菜单中选中DisplayWarnings 后，就能在绘制的过程中及时指出错误。ISIS\Draw 的化学检测器能够自动检测绘制分子结构式及化学反应式过程中可能产生的错误，并给出警告和修改建议。对于用其他软件绘制并输入的分子结构和化学反应式，页可以利用化学检测器对其整体结构或者部分结构进行分析、核对，以确保所画图形的正确性。ChemWindow 利用菜单other\checkChemistry 可以对所绘制的分子结构式进行检测，但对化学反应式没有检测功能。同样在ChemDraw 右键快捷菜单中选中Dis -play Warnings 后，就能在绘制的过程中及时指出错误。ChemSketch虽然没有专门的分子结构检测器，但是一旦所绘制的分子结构式不满足价键规则时将给出错误提示。
5．绘图操作比较
五个软件都能绘制一些复杂的线、多边形、圆周和弧、箭头等图形。但ISIS\Draw 和ChemSketch 比其他程序清楚：它们比其他程序多一些制图工具，且可以填色及式样。ChemSketch在贝塞尔曲线的编辑方面最优秀；在各种形状的简单或有倾斜的颜色或者样式填充方面也是最出色的，所以可用ChemSketch在很短的时间里绘制出DNA 双螺旋结构。但是ISIS\Draw 不支持文字和文本的旋转，而Chem3D和ChemDraw 可以轻松实现。
三、结语
通过对常用化学绘图软件的介绍以及分析对比可知，Chem3D、ChemWindow、ChemDraw、ChemSketch、ISIS/Draw 这五个常用化学绘图软件都能完成化学结构式、化学分子式、化学反应方程式、化学轨道以及化学反应装置图等的绘制。每种软件都有自己的优缺点，最好的方式是结合起来使用，充分利用每个软件的优点，克服其缺点，为专业学习、课件制作、教案编排、试卷编辑、论文写作提高工作效率。ChemDraw 和ChemSketch 是最强大的化学绘图软件，如果是绘制简单的化学结构，五个软件都能满足要求；如果绘制较复杂的图形时，推荐使用ChemDraw 和ChemSketch；如果处理3D 模型时，推荐使用ChemDraw＋Chem 3D；如果是大学、中学的化学师生，推荐使用ChemSketch。