TIỂU LUẬN HÓA - TIN Hướng dẫn sử dụng ChemBio3D 13.0 (ChemOffice 2012)

Đặc biệt trong môn Hóa học việc vẽ công thức cấu tạo của các chất và viết phương trình phản ứng là công việc thường xuyên và không thể thiếu.. Hiện nay có rất nhiều phần mềm hóa học h

PHÒNG CÔNG NGHỆ - SAU ĐẠI HỌC



TIỂU LUẬN MÔN HỌC

GV hướng dẫn: PGS TS Bùi Thọ Thanh Học viên thực hiện: HUỲNH NGUYỄN XUÂN ĐÀO Lớp: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC HÓA HỌC - K23

Thành phố Hồ Chí Minh, năm học 2013

3 Nhiệm vụ nghiên

cứu .3

4 Đối tượng và khách thể nghiên cứu 3

5 Phạm vi nghiên cứu 3

PHẦN NỘI DUNG 4

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CHEMOFFICE 2012 4

Chương 2 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM 5

2.1 Cài đặt phần mềm ChemOffice 2012 vào máy tính 5

2.2 Hướng dẫn sử dụng phần mền CHEMBIO3D ULTRA 13.0 13

2.2.1 Khởi động chương trình 13

2.2.2 Hướng dẫn sử dụng thanh công cụ 16

3 1 Vẽ cấu trúc phân tử các hợp chất 21

3 1 1 Vẽ các cấu trúc đơn giản 21

3.1.2 Vẽ các cấu trúc phân tữ đơn giản, các phân tử phức tạp 22

3 2 Lưu trữ file với các định dạng khác nhau 24

3 3 Hướng dẫn sử dụng GAMESS 28

KẾT LUẬN 32

PHẦN MỞ ĐẦU 1 Lí do chọn đề tài Hiện nay, công nghệ thông tin ngày càng phát triển, có mặt trong hầu hết các ngành nghề Dạy học cũng không phải là ngoại lệ Việc ứng dụng công nghệ thông tin vào giảng dạy giúp giáo viên linh hoạt hơn trong việc soạn giáo án và thiết kế bài giảng sinh động hơn, từ đó sẽ gây được hứng thú cho học sinh Hơn nữa, sẽ tiết kiệm nhiều thời gian Đặc biệt trong môn Hóa học việc vẽ công thức cấu tạo của các chất và viết phương trình phản ứng là công việc thường xuyên và không thể thiếu Để làm được việc này cần sử dụng các phần mềm chuyên biệt, đồng thời cũng phải biết cách sử dụng nó Trong khi đó hiện nay có rất ít tài liệu hướng dẫn cách sử dụng các phần mềm Hóa học Hiện nay có rất nhiều phần mềm hóa học hỗ trợ cho việc đó, đồng thời có thể tính toán được góc liên kết, độ dài liên kết, năng lượng liên kết… Chemoffice là một trong những phần mềm có ứng dụng đó, nó rất cần thiết trong việc trình bày công thức phân tử trong không gian 2 chiều và 3 chiều, viết chuỗi phản ứng, phương trình hóa học, và những công thức phân tử phức tạp

ChemBio3D là một chương trình mô hình máy tính cho phép các nhà hóa học tổng hợp và các nhà sinh học để tạo ra các mô hình 3D của các phân tử nhỏ và các hợp chất sinh hóa và thực hiện một loạt các tính toán và hành động trên các mô hình để khám phá cấu trúc phân tử và tương tác giữa các phân tử hợp chất hữu cơ

cao, đồ họa cao cấp dễ sử dụng và gần gủi với Hóa học.

2 Mục đích nghiên cứu

Biểu diễn công thức hóa học các chất, viết phương trình phản ứng…để phục vụ choviệc thiết kế giáo án

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

Tìm hiểu và khai thác những tính năng của chương trình ChemBio3D để vẽ cấu trúccác chất…

4 Đối tượng và khách thể nghiên cứu

- Đối tượng: phần mềm ChemBio3D

- Khách thể: quá trình dạy và học hóa học

5 Phạm vi nghiên cứu

- Vẽ cấu trúc các hợp chất hữu cơ

PHẦN NỘI DUNG

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CHEMOFFICE

ChemOffice và BioOffice có thể chạy trên điều hành Microsoft Windows.ChemOffice chỉ dành cho hệ điều hành Windows

ChemOffice Ultra là bộ phần mềm đầy đủ nhất của trường Đại học Cambridge VớiChemBio3D Ultra 13.0 các bạn có thể biểu diễn công thức cấu tạo hoá học ở dạng 3D, phầnmền này Biểu diễn công thức cấu tạo dạng 3 chiều đẹp, tiện dụng, có thể copy và paste quacác trình ứng dụng khác dưới dạng ảnh hoặc lưu lại dưới dạng file ảnh (gif, jpeg), file phim(avi)

ChemBio3D 13.0, một phần của ChemBioOffice 2012 bộ cho phép bạn xây dựng,hình dung và phân tích các mô hình 3D của cấu trúc hóa học ChemBio3D 13.0 đi kèm vớiGAMESS, một initio lượng tử hóa học gói ab GAMESS cho phép bạn dự đoán UV / VIS,hồng ngoại và quang phổ NMR, tính toán năng lượng và một số đặc tính phân tử khác

CÁC ỨNG DỤNG CƠ BẢN

 Xây dựng cấu trúc cơ bản (Basic Model Building)

 Mô hình hiển thị (Displaying Model)

 Xây dựng mô hình nâng cao (Building Advanced Models)

 Bảng thông số (Parameter Tables)

 Các công cụ tính toán (Calculation Engines)

Bước 3: Chọn Intall Software để bắt đầu cài đặt

Tiếp theo, chọn Intall Software ở phía dưới bên trái để tiếp tục cài đặt chương trình

Bước 2: Nhấn “Quit” vào biểu tượng bên trái để tiếp tục cài đặt

Tiếp tục nhấn vào biểu tượng “Next”

Bước 3: Chọn “ I accept the tems in this license agreement” và nhấn “Next”

Bước 4: Chọn ổ dĩa để lưu chương trình và nhấn “Next”

Bước 5: Tiếp tục chọn “Next”

Bước 6: Chọn “Intall” để bắt đầu cài đặt chương trình

Bước 7: Chọn DVD RW Drive (F)/Crack/Patcher.exe: copy file “Patcher.exe” vàoComputer/(C)/Program Files/CambrigeSoft/ChemOffice2012

Bước 8: Nhấn đúp vào biểu tượng “patcher.exe”

Bước 9: Nhất vào “Patch”

Sau đó, tiếp tục nhấn “Yes” để tìm kiếm

Bước 10: Search trong Computer/ local disk (C)/Program Files /CambrigeSoft /ChemOffice2012, tìm các file exe của các chương trình ChemOffice

Bước 11: Để cài đặt Chem3D, ta nhấn vào “Chem3D”, rồi click vào “Chem3D.exe”,sau đó chọn Open

Thực hiện các bước tương tự với các phần khác trong ChemOffice (nếu có nhu cầu sửdụng)

Hoàn thành tiến trình cài đặt

2.2 Hướng dẫn sử dụng phần mền CHEMBIO3D ULTRA 13.0

2.2.1 Khởi động chương trình

Chọn: Star/Program/ChemOffice 2012/ChemBio3D Ultra 13.0 hoặc nhấp đúp vào biểu

Màn hình làm việc của chương trình sẽ xuất hiện:

hình, hoạt động tính toán và hiển thị các tính chất hóa học Trong số các tùy chọn trình đơncũng có sẵn trong trình đơn ngữ cảnh.

C) Thanh công cụ

Thanh công cụ Chứa các biểu tượng cung cấp các phím tắt cho nhiều chức năngthường được sử dụng, có thể nhấp chuột kéo thanh công cụ đến bất cứ nơi nào trên màn hìnhcủa bạn

D) ChemDraw bảng điều khiển tab

ChemDraw bảng điều khiển Cho phép tạo hoặc chỉnh sửa bản vẽ của mô hình củabạn trong hai chiều

E) Tab trình duyệt cơ cấu

Cấu trúc trình duyệt Cho phép duyệt qua danh sách các cấu trúc và xem bất cứ cấutrúc nào trong cửa sổ mô hình

F) Model Explorer tab

Mô hình Explorer Hiển thị một đại diện cây phân cấp của mô hình Mô hình nghiêncứu rất hữu ích để làm việc với các phân tử phức tạp như các protein

G) Thanh trạng thái

H) Cửa sổ Output

Đầu ra cửa sổ

Hiển thị kết quả văn bản như kết quả tính toán

2.2.2 Hướng dẫn sử dụng thanh công cụ

2.2.3 Giới thiệu và cách sử dụng thanh menu

a File menu

Ngoài các lệnh thông thường, còn có:

Sample Files : Chứa các cấu trúc hóa

học của amino acids, aromatics

(hidrocacbon phương hướng), ADN

b Edit menu

c View menu

Ngoài các thanh công cụ thường dùng, còn có thêm:

Liên kết với ChemDraw Panel: Dùng khi vẽ các công thức hóa học phức tạp, sau đócopy qua Chem3D để thấy được cấu trúc 3D của hợp chất

d Structure menu

e Calculations Menu

Và một số thanh công cụ Menu khác

nhắp chuột, sẽ xuất hiện một khung màu trắng cho phép nhập kí tự từ bàn phím.

Sau đó, nhấn “Enter” trên bàn phím, sẽ hiện ra công thức 3D của hợp chất cần biễudiễn

Để xem phân tử ở các góc độ khác nhau, nhắp chuột vào biểu tượng trên thanh công

cụ, sau đó đưa con trỏ ra ngoài màn hình tại vị trí có phân tử nhấn giữ chuột trái và di chuột

Để xem phân tử dạng ở các định dạng khác chọn chế độ hiển thị trên thanh công cụ, ví dụ:dạng khối cầu (Space Filling)

Để biểu thị các nguyên tử liên kết trên các quả cầu: chọn “C”, để dánh mạch Cacbon chọn

“1”

3.1.2 Vẽ các cấu trúc phân tữ đơn giản, các phân tử phức tạp

Vào View chọn ChemDraw Panel

Bước 1: Dùng chương trình ChemDraw Ultra 10.0 để vẽ công thức dạng 2D

Bước 2: Coppy phân tử vừa vẽ và Paste vào Chem 3D Ultra 13.0

- Copy phân tử đã vẽ trong ChemDraw.

- Mở chương trình Chem 3D, vào menu Edit chọn lệnh Paste hoặc nhấn đồng thời tổ hợp phím Ctrl+ V.

Thông thường, một sự kết hợp của các phương pháp này mang lại kết quả tốt nhất Ví dụ,

có thể xây dựng một bộ khung carbon của một mô hình trong bảng điều khiển ChemDrawhoặc với các công cụ trái phiếu, sau đó thay đổi một số cacbon vào các yếu tố khác bằngcách sử dụng xây dựng từ công cụ Text

Sau khi xây dựng một mô hình cơ bản, có thể khám phá một số tính năng cơ bảnChemBio3D Ví dụ, di chuyển, ẩn, và các đối tượng thay đổi kích cỡ Để xem tốt hơn, có thểxoay, di chuyển, quy mô và mô hình Ngoài ra, còn có thể thêm màu sắc để xác định các đốitượng hoặc hiển thị khoảng cách nguyên tử và đo góc liên kết

3 2 Lưu trữ file với các định dạng khác nhau

Chem 3D cho phép lưu trữ File ở rất nhiều định dạng khác nhau, tùy thuộc vào mục đích

sử dụng mà người dùng chọn định dạng lưu trữ cho phù hợp

Để lưu trữ File ở các định dạng khác ngoài định dạng chuẩn của phần mềm, chọn

Menu File\SaveAs…

Trong dạy học hóa học thường sử dụng hai định dạng File là ảnh (Image): Bitmap,GIF, JPEG…(định dạng thường dùng là JPEG) hoặc phim (Movie) để chèn vào tập tin trìnhdiễn bằng MicroSoftPowerPoint

Ví dụ: Lưu tập tin ở định dạng Movie (*.avi)

BƯỚC 1: Chọn kiểu chuyển động quanh trục: từ Menu Movie chọn Spin about X, Yhoặc Z axis (ví dụ: chọn trục Z)

BƯỚC 2: Chọn tốc độ quay

BƯỚC 3: LƯU SỰ QUAY THÀNH PHIM

Trước tiên ta phải nhấp chuột trái vào biểu tượng “stop” để dừng việc quay Sau đóChọn File\Save as để lưu lại Trong hộp thoại Save as ta chọn định dạng file cầnlưu là Windows AVI Movie (*.avi) trong ô Save as type Nhấn Save để hoàntất quá trình

3 3 Hướng dẫn sử dụng GAMESS

Sử dụng 2-phenylethanimine để minh họa Đánh số các nguyên tử như hình

Chọn một vài liên kết và tiến hành phân tích Trong trường hợp này chúng ta chọn liênkết được đánh dấu màu đỏ

C1 và C2 được đánh màu đỏ.

Khi phân tích conformers một liên kết, bạn có thể thiết lập các góc liên kết khác Đốivới hướng dẫn này, chúng tôi sẽ thiết lập C (1), C (2), C (3), C (4) góc liên kết nhị diệnđến 90 độ như sau:

Bước 1: Trong bảng điều khiển ChemDraw, vẽ 2-phenylethanimine Phân tửxuất hiện trong cửa sổ mô hình

Bước 2: Vào Structure>Measurements>Generate All Dihedral Angles Bảng đoxuất hiện

Bước 3: Trong bảng đo lường, chọn liên kết C (1)-C (2)-C (3)-C (4)

Bước 4: Trong cột thực tế, thay đổi góc cho liên kết C(1)-C(2)-C(3)-C(4) đến 90

độ và nhấn ENTER

Bước 5: Trong cửa sổ mô hình, chọn liên kết C (1)-C (2) bằng cách sử dụng công

cụ các đối tượng di chuyển

Bước 6: Để chạy các phân tích cấu tạo, đi đếnCalculations>DihedralDriver>Single Angle Plot Các nhị diện điều khiển đồ mở ra, hiển thị năng lượngconformational cho liên kết C (1)-C (2)

Đồ thị biểu thị liên kết nhị diện C (1)-C (2) trong 2-phenylethanimine Các mũi tên chỉ A) cấu tạo tối thiểu toàn cầu và B) một cấu tối thiểu địa phương.

Các đồ thị nhị diện với các vị trí conformer hiển thị Chọn điểm A để tính toán tối thiểu toàn cầu và điểm B để tính toán tối thiểu địa phương.

Để chạy một giảm thiểu GAMESS trên mức tối thiểu toàn cầu:

1 Trong bảng xếp hạng nhị diện, nhấp vào một điểm trên toàn cầu tối thiểu (ví

dụ, điểm A trong hình trên)

1 Trong bảng xếp hạng nhị diện, bấm vào một điểm trên tối thiểu địa phương(ví dụ, điểm B trong hình trên).

2 Đi đến Calculations>GAMESS Interface>Minimize Giao diện GAMESShộp thoại sẽ mở ra

3 Trong hộp thoại, chọn Run

Để giảm thiểu địa phương, kết quả là khoảng -226.270 Kcal / Mol

Các conformer ưa thích là thấp hơn khoảng 3 Kcal / Mol