Рылымды визуализациялау

№ 4Дәріс 
Тақырып: 
HYPERCHEM 
БАҒДАРЛАМАСЫН 
ҚОЛДАНУМЕН 
МОЛЕКУЛАЛЫҚ ҚҰРЫЛЫМДЫ ВИЗУАЛИЗАЦИЯЛАУ 
Жоспары:
1.
HyperChem бағдарламасының қолданбалы интерфейсін сипаттау.
2.
Молекулалық үлгіні жасау тәсілдері мен редакциялау.
3.
Молекулалық үлгінінің геометриялық параметрлерін анықтау.
4.
Атомдық сипаттамалары.
5.
Байланыс ұзындығын өлшеу.
6.
Валентті және екі қырлы бұрышын өлшеу.
1.
HyperChem бағдарламасының қолданбалы интерфейсін сипаттау.
HyperChem бағдарламасының қолданбалы интерфейсі көп жағынан
жоғарыда қарастырған 
ChemOffice 
бағдарламалық пакетіне ұқсас. 1 суретте 
HyperChem 
бағдарламасының негізгі терезесі көрсетілген. Экранның 
жоғарғы жағында, Windows-тың басқа қосымшаларындағыдай, негізгі мәзір 
орналасқан, сәл төменде басқару панелі. Ортадағы терезе-визуалдау өрісі. 
Мұнда сіздің салған барлық молекулалық құрылымдарыңыз көрсетіледі. 
Үнемдеу бойынша визуалдау өрісі қара түсте. Қалауыңыз бойынша фонның 
түсін өзгерте аласыз, мысалы, үйреншікті ақ түс негізгі мәзірде 
File
(Файл) 
Preferences 
пунктінде болады. Экранның төменгі жағында, бағдарламаның 
жұмыс істеу режиміне тәуелді көрсетілген үрдістердің жүру бағыттарына
сәйкес, статустық қатар және есептеу нәтижелері мен анықтамалар
белгіленген. Қатардың бірінші бұрышында, осы уақытта қолданылған, 
есептеуіш алгоритмнің қысқаша модульдік аты шығады. Бағдарламаның 
жұмыс принципі мынадай: визуализация терезесіне енгізілген нақты 
молекулалық үлгі үшін біртипті тапсырмаларды шешуге болады, мысалы 
әртүрлі компьютерлік химия әдістерін қолданып молекула энергиясын 
минимизациялау. Әдістерді таңдау негізгі мәзірде 
Setup 
пункінде іске асады. 
2 суретте берілген, экранның оң жақ төменгі бұрышындағы РМ3 әріпі осы 
сәтте жұмыстық есептеу әдісі РМ3 жартылай эмпирикалық квантты-
химиялық әдіс екендігін көрсетеді.
Chem3D
, бағдарламасымен салыстырғанда 
HyperChem
бағдарламасы бір 
терезелік режимде жұмыс жасайды. Бұл айтарлықтай кемшілік болып 
саналмайды, осы пакет бірінші кезекте компьютерлік химияның есептегіш 
тапсырмаларын шешуге арналған, себебі барлығы бір уақытта компьютерлік 
ресурстарды талап етеді, ал бірнеше үлгімен жұмыс жасау қиындық 
тудырады.

2.
Молекулалық үлгіні жасау тәсілдері мен редакциялау.
HyperChem
-де молекулалық үлгіні жасау тәсілдері мен редакциялау 
Chem3D
бағдарламасымен салысытрғанда өзгеше, сондықтан толығырақ 
тоқталайық.
Chem3D 
секілді, молекулалық құрылымды құрастырудың қарапайым 
әдісі-визуализация өрісінде осы формулаларды көшіру мен 
Windows 
алмастыру буфері арқылы 
HyperChem
интерфейсін көтеретін, екі өлшемді 
химиялық редакторлардың бірімен осы байланыстың екі өлшемді 
құрылымдық формуласын құру болып табылады. Жекеше айтқанда, 
осындай интерфейс 
ChemDraw
редакторымен жұмыс жасайды. Сол себепті,
егер сізге күрделі құрылымды түзу керек болса, онда бірінше 
ChemDraw-
ды
қолданыңыз, содан кейін қарапайым көшіру арқылы 
HyperChem 
құрылымына алып келіңіз. Мысалы, 
ChemDraw
редакторымен сызылған
2-метил-З-фенил-гексанның екі өлшемді молекуласы мынадай болуы 
мүмкін:
Windows алмасу буферіне көшіргеннен және визуализацяилау терезесіне 
қойғаннан кейін 
HyperChem
-
де автоматты түрде үш өлшемдіге ауысады.
Кейбір 
молекулалық 
дайындама 
(мысалы, 
аминқышқылдарды, 
кристаллдарды, полимерлерді негізгі мәзірдегі 
Databases 
мәліметтер 
базасынада қосуға болады). Сондай-ақ, 
Samples 
(мысалдар) каталогында 
дайын органикалық және бейорганикалық байланыстардың массалары бар.
ChemOffice
бағдарламасынан 
HyperChem 
бағдарламасының 
айырмашылығы өкінішке орай, атауы немесе брутто-формулалардың 
молекулалық құрылымдық формулаларын құрастыра алмайды. Сол себепті 
сізде басқа да химиялық бағдарламалар болмаған жағдайда, молекулалық 
құрылымды 
түзуде 
HyperChem 
бағдарламасы олардан қарапайым 

элементтердің суретін салу немесе визуализация терезесіндегі үздіксіз 
мәліметтердің дайындамаларын редакциялау болып табылады.
Жаңа үш өлшемді үлгіні түзу реті мынадай:
1.
Алдымен, 
молекулалардың 
қаңқасын 
құрайтын 
атомдардан 
визуализациялау өрісінде (көміртек, оттегі, азот және т.б.) екі өлшемді 
үлгі құрастырылады. Сонымен қатар, молекуланың геометриялық 
формасын түзу туралы көп алаңдаудың қажеті жоқ: байланыс ұзындығы 
және валенттілік бұрышы дегендей. Бастысы, дұрыс топографиялық 
құрылымын дұрыс құрастыру қажет.
2.
Содан кейін, негізгі мәзірдің 
Build
(құрастыру) пункіндегі 
Add Н & Model 
Build
пунктінің көмегімен (Н қосу және үлгіні сызу) осы үлгіні үш өлшемді 
үлгіге алмастыру жүзеге асырылады. Түрлену үрдісінде бағдарлама 
автоматты түрде қаңқаға қажетті мөлшерде сутегі атомының санын қосады 
және химияда толықтай қабылданған атомдар арасындағы байланыс 
ұзындығы мен бұрыш валентілігі орнатылады.
HyperChem
бағдарламасының басқару панелі үлгіні құрастыру мен 
редакциялауда қолданылатын бірнеше пернелерден тұрады.
Олардың тағайындалуларын толықтай қарастырайық. Әр пернені басқаннан 
кейін курсор міндетті түрде өзіне сәйкес келетін символды таңдайды, 
осылайша қай функцияның режимінде тұрғандығын көрсетеді.
Атомдар мен молекулалардың байланыстырын түзу үшін 
(
Draw
) пернесі 
қолданылады. Жаңа атомды түзі үшін пернені басыңыз және тышқанды 
визуализация өрісінің кез-келген жерінде басыңыз. Пайда болған дөңгелек нүкте 
жаңа атомның қалпын таңбалайды. Бағдарламадағы жұмыс атомы ретінде 
көміртек автоматты түрде таңдалынады. Атом түрін өзгерту үшін 
Draw
пернесін екі рет басыңыз, содан кейін элементтердің периодтық кестесі ашылады 
және сол жерден химиялық элементтерді таңдауға мүмкін болады.
Properties
(құрылым) пернесінің көмегімен таңдап алынған атом үшін осы 
элементке қатысты пайдалы мәліметтер жинақталған, анықтамалық терезе ашуға
болады.
Байланысты түзу үшін тышқанның сол жақ бөлігін басу арқылы сызық жүргізу 
керек. Тышқанның сол жақ пернесін түзілген байланыста басу, оның ретін 
арттырады (қос, үшіншілік байланыс жасайды); оң жақ пернесін басқанда байланыс 
реті азаяды.
Экрандағы көрсетілген молекуланың түрін мәзірдегі
Display\Rendering 
пунктінің опцияларын таңдау арқылы іске асыруға болады. Бұл жерде талдау 
тапсырмаларына жауап беретін, көрсетілген үлгінің формасын реттеуге 
арналған күйге келтірулердің көп түрі бар.
HyperChem
молекулалық 
құрылымдарының үш өлшемді үлгісі сапа жағынан 
Chem3D 
асып түседі. 
Молекулаларды көрсетуге арналған әдістер: 
Sticks
(Стержндер), 
Balls
(Шарлар), 
Balls&Cylinders
(Шарлар мен цилиндрлер), 
OverlappingSpheres
(жапсарласатын 
сфералар), 
Dots
(Нүкте) және 
Sticks&Dots
(Стержн және нүкте).

Үлгілерді көрсетуді POV-RAY бағдарламасы орнатылған жағдайда аса тиімді 
етуге болады. Бұл жағдайда сіз молекулаларды із тастайтын сәулелер (
Display
негізгі мәзіріндегі 
Raytrace
пунктінде) көмегімен визуализациялауға болады.
Үш өлшемді үлгіні толық талдау үшін айналдыру және ауыстыру пернелері 
қолданылады.
Rotate out-of-plane 
(Жазықтықтан тыс). Барлық молекулаларды, сонымен 
қатар, белгілеп алған аумаққа сәйкес жеке элементтерді де айналдыруға 
болады.
Rotate in-plane 
(Бір жазықтықта айналдыру). Егер, алдын-ала атомды 
немесе байланыстарды белгілеп алған жағдайда, айналдыру соларға сәйкес 
жүргізіледі.
• 
Translate
(Алмастыру). Молекулаларды экран жазықтығы бойына 
алмастыруға мүмкіндік береді.
•
\ 
Z-Translate
. Молекулаларды экран жазықтығына перпендикуляр 
орналасқан Z осі бойынша алмастыруға мүмкіндік береді.
Визуализация терезесіндегі суреттің масштабын өзгерту 
(
Zoom
) 
пернесінің көмегімен жүргізіледі. Сондай-ақ суреттің масштабын негізгі мәзірде 
Edit\Zoom
пунктінде өзгертуге болады.
Кей-кезде экранға молекуланы толықтай көрсету қажет болмайды, тек 
бірнеше аудандарын көрсету қажет болады, мысалы екі параллельді жазықтық 
арасын көрсету. HyperChem-де осы мақсатта Z Clipping (
Z осі бойынша кесу
). 
Осы пункті қолданғанда бізге тек 
Z 
осіне перпендикуляр, берілген екі 
жазықтықтың арасындағы молекулалық құрылымның бір бөлшегі ғана көрінеді.
Сәйкесінше кесілетін жазықтықтар молекулалық құрылымның алдына және 
артына орналасады, сондықтан экранда толықтай көрсетіледі.
(
Z-
clippingplanes
) пернесі молекулаларды Z осіне перпендикуляр екі қиюшы 
жазықтықтардың қиылысқан жерінде түзуге жағдай жасайды. Қиюшы 
жазықтықтардың орналасқан жерін анықтау үшін бір нүктені екі рет басыңыз.
Ашылған 
Zclip 
терезесінде қиятын жазықтықтардың орнын көрсететін, екі 
сызық арасындағы молекулалық құрылымның орны көрсетілген. Курсорды 
терезеден оңға және солға жылжыта отырып, олардың орындарын анықтауға 
болады, осы арқылы молекулаладан керекті жазықтықты қиып алуға болады.
Мысалы, этил спиртінің молекулаларының қиылысуы 56А және 70А ара 
қашықтықта, ХОУ жазықтығына сәйкес орналасқан және Z осіне 
перпендикулярлы жазықтықта көрсетілген.
Статустың қатардағы Z-Clipping planes режимінде (
) пернесі қосылған 
кезде) келесі қиылатын жазықтықтар көрсетіледі:

Тышқанның сол жақ пернесін басып, курсорды жылжытқанда алдыңғы қиюшы 
жазықтықтың жағдайын, ал оң пернесін басып –қиюшы жазықтықтың артқы 
бөлігінің жағдайын өзгертуге болады.
3.
Молекулалық үлгінің геометриялық параметрлерін анықтау. 
Молекулалық құрылымның физикалық сипатын өзгертуді бөліп алудың 
әртүрлі техникаларын қолдану арқылы іске асыруға болады. Молекуланың 
жеке бөліктерін белгілеп алу жолымен сіз байланыс ұзындығы мен бұрыш 
валентілігін анықтауыңызға болады, сонымен қатар атом сипатын көрсетеді, 
және зарядтарын, X,Y,Z координаттарын көрсетеді. Үлгілердің геометриялық 
параметрлерінің өзгерісін мысал арқылы түсіндіреміз.
HyperChem 
бағдарламасын ашыңыз және сурет салу құралын (
D
rawing tool
) 
таңдаңыз. Базалық элемент ретінде көміртегінің таңдалғанына көз жеткізіңіз. 
Ол үшін тышқанның сол пернесімен 
Drawing tool 
пернесіне екі рет басыңыз: 
элементтер таблицасының диалогты терезесі ашылады. Атомдарды номерлеу 
үшін 
Display 
мәзіріндегі 
Labels 
пунктін таңдау қажет. 
Labels
(Таңба) диалогты 
терезесі ашылады. Атомдардың номерлері ретінде 
Number
(Номер) таңдаңыз және 
Ок басыңыз. Осы қадам 2D-құрылымды салу үрдісін ықшамдайды.
(1 суретке сәйкес) молекулалық құрылымды сызыңыз.
1 сурет 
Ароматты сақинаны сызу үшін сақинаға екі рет басыңыз. Сақина үзік 
сызықтармен белгіленеді. 8 көміртек атомын азот атомына, ал 9 көміртек атомын 
оттегіне ауыстырамыз. Элементтер таблицасының диалогты терезесін ашыңыз
және базалық элементте азотты таңдаңыз. 8 атом номеріне басыңыз, сол кезде 
азотқа ауысады. Енді, базалы элемент ретінде оттегін таңдаңыз. 9 атом номеріне 
басыңыз және оны оттегіне алмастырыңыз. Атом символдардағы таңбаларды 

орындарына қою үшін Display мәзірінен Labels пунктін таңдаңыз: Labels (таңба) 
диалогты терезесі пайда болады.
Атомдың таңба ретінде 
Symbol
(
Символ)
таңдаңыз және Ок батырмасын басыңыз.
Суретті 3D –құрылымға ауыстырамыз. Бұл үрдісті бастамастан бұрын, 
Build 
мәзірінде 
Explict Hydrogens 
пункітінің таңдалмағанын көру керек. Екі рет 
Selection 
tool 
батырмасын басыңыз.
Build 
мәзірінде 
Add H & Model Build
пунктін таңдамай 
тұрып, 
Selectiontool
– қа екі рет басу арқылы молекулалық құрастырушыны шығаруға 
болады. Құрылым келесі түрде көрінеді.
Сіздің құрылымыңыз дәл осылай көрінуі мүмкін, және олар бастапқы 
жұмсалған заттарға тәуелді болады. Кейде, молекулалық құрастырушылар 
молекулалық құрылымды қайта бағдарлайды. Молекула, үнсіздік жағдайда 
бірнеше параметрлердің жинағымен тұрғызылады. Осы параметрлердің 
өзгерістерін қарастыратын боламыз.
4.
Атомдық сипаты 
Атомның сипаты туралы мәліметтер алу үшін, бәрінен бұрын 
Select
мәзірінен 
Atoms 
пунктінің таңдалғанын көру керек, ал 
Multiple Selections- 
таңдалмауы қажет.
Selection tool
(Бөліп алу жабдықтары) батырмасын басыңыз. Оттегі атомын 
таңдаңыз. Таңдалған атом көрінеді, және атом сипаттамасы жағдай қатарында 
шығады.
Жағдай қатарында атом номері, атом түрі, ММ+ күштік өрісі үшін заряды, 
молекулалық механикасы көрсетіледі. Сонымен қатар, атомның X,Y,Z 
координаттары да беріледі.
Build 
мәзірінің 
Set Atom Type, Set Charge, Constrain 
Geometry 
пунктері белсенді болады. Бұл молекулалық құраушылар үшін атом 

параметрлерін қолданудың мүмкіндіктерін анықтауға жағдай жасайды.
Белгіленген жерді кері қайтару үшін тышқанның оң жақ батырмасын жұмыс 
терезесінің бос аумағына басыңыз. Басқа атомды таңдаңыз және жағдай қатарында 
көрсетілген сипаттамаларын салыстырыңыз.
5.
Байланыс ұзындығын өлшеу 
Егер, сіз атомды емес, байланысты таңдайтын болсаңыз, осы байланыс 
бойынша жағдай қатарында мәліметтер пайда болады. 
HyperChem 
белгілі 
атомдар түрлері мен гибридизациясы арасындағы стандартты байланыс 
ұзындығының жинағына ие. Егер, байланыстың сәйкес ұзындығы жианақапта 
жоқ болса, онда молекулалық құрастыру бағдарламасы екі атомның ковалентті 
радиусының орташасын қолданады. Байланыс ұзындығын өлшеу үшін көміртек-
оттегінің байланысына екі рет батырманы басыңыз. Байланыс өзі көрінеді, ал 
оның ұзындығы жағдай қатарында көрсетіледі. 
Build 
мәзірін ашыңыз. Оны 
таңдағаннан кейін 
Constrain Bond Length 
пункті қол жетімді болады. Бұл, 
байланыс ұзындығын өзгертуге мүмкіндік тудырады, осылайша молекулалық 
құрастырғыш үшін тұтынылатын байланыс ұзындығын анықтауға болады.
Белгіленген атомдар арасындағы байланыстың арақашықтығын өзгерту үшін 
Edit 
мәзірінде пункті ашыңыз. Белгіленген байланыста 
Set Bond Length (
Байланыс 
ұзындығын орнату) 
пункті қол жетімді болады. Оны таңдаған кезде аралық 
байланыс ұзындығы көрсетілген еңгізу өрісі ашылады.
Оның мәнін өзгертіңіз және ОК батырмасын басыңыз. Сол кезде белгіленген 
байланыста атомдар арасындағы қашықтықтың жаңа ұзындығын аласыз.
6.
Валентті және екі қырлы бұрышты өлшеу.
Жапсарлас атомдар арасындағы валентті бұрышты өлшеу үшін тышқанның 
сол батырмасын басып тұрып, ортақ үш атоммен байланысқан екі атом арасына
курсорды апарып басыңыз. Мысалы, тышқанның сол жақ батырмасын баса 
отырып, байланысқан оттегі мен сутегі атомдарын байланыстырыңыздар.
Кіріктірме эффект «тартылыс» курсорын өзіне жақын атомдаға басыңыз.
Белгіленген бұрыш көрсетіледі, және оның шамасы жағдай қатарында пайда 
болады. Молекулалық құрастырудың қалыпты жағдайында орнатылған 
валенттілік бұрышы гибридизацияда базаланады және тетрагональды (109°), 
тригональды (120°) и сызықты (180°) болады. Назар аударыңыздар, сіз 

валенттілік бұрышын таңдағанда, 
Build 
пунктіндегі 
Constrain Bond Angle 
пункті 
активтенді, бұл жаңа қолданбалы валентті бұрышты орнатуға мүмкіндік береді.
Белгіленген үш атомдар арасындағы валентті бұрыштардың мәнін өзгерту үшін
Edit 
мәзіріндегі 
Set Bond Angle 
пунктін таңдаңыз. Ашылған өрісте валентті 
бұрыштың жаңа мәнін орнатыңыз.
Екі қырлы бұрышты белгілеу мен өңдеу ұқсас әдісте жүргізіледі. Бұл 
жағдайда, тышқан көрсеткішін сол жақ батырмасын басып жақын маңайдағы 
төрт атомдардың байланысына басамыз. 
Белгіленген екі қырлы бұрыштың статустық қатарында оның аралық 
мәндері берілген. Оны белгіленген бұрышта активті болатын, 
Edit 
мәзірінің 
пунктіндегі 
Set Bond Torsion 
пунктін таңдау арқылы өзгертуге болады.
Валентті бұрыштар мен ара қашықтықты өзгерту үшін байланыспаған 
атаомдарда 
Selec t
мәзірінің пунктіндегі 
Multiple Selection 
пункті қосылады. Бұл 
жағдайда, тізбекті белгілеуде бірнеше атомдарда бұрында белгілеулер 
жойылады. Кері қайтару үшін таңдалған атомға тышқанның оң жақ 
батырмасын басыңыз. Егер, екі валентті байланыспаған атомдарды 
белгілегенде, статусты қатарда олардың ара қашықтықтары автоматты түрде 
көрінеді. Үш валентті байласпаған атомдар статусты қатарда бұрыштық мәні 
көрсетіледі (
Improper angle
). Төрт валентті байланыспаған атомдардың статусты 
қатарда екі қырлы бұрыштары арасындағы мәндері көрсетіледі (Improper torsion 
angle). 

Негізгі әдебиеттер 
1.
М.Е.Соловьев, М.М.Соловьев Компьютерная химия, М., Салон-Пресс, 2005 
2.
Т.Кларк, Компьютерная химия, М.,Мир, 1990. 
3.
А.М. Мелешина, Курс квантовой механики для химиков, М., ВШ, 1980. 
Қосымша әдебиеттер 
1. Л.А. Блюменфельд, А.К. Кукушкин. Курс квантовой химии и строения 
молекул, М., МГУ, 1985. 
2. Р.Фларри. Группы симметрии. Теория и химические приложения, М., Мир, 
1983.