Avogadro——分子編輯器 [論壇 - Ubuntu 與 KDE]


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Avogadro——分子編輯器
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開源世界是一個大寶庫,關鍵看您是不是耐心地發掘。我所用過的科學方面的軟體中gnuplot(繪圖)、maxima(代數)、 Ghemical(計算化學)等等都是極好極強大的軟體。本來我想介紹Kalzium(KDE元素週期表,是我所用過的最棒的元素週期表軟體),但一來 Kalzium不是非常有趣,二來裡面專業詞彙多,現在似乎仍有一些翻譯問題。故今天先介紹一款叫做Avogadro(居然叫阿伏伽德羅orz)的化學分 子編輯器。

學有機化學(以及無機關於晶體、配合物、複雜無機物等)的朋友很多時候可能會因為很難想像複雜的空間結構而感到非常鬱悶,這時候 最好的辦法是找到或者自己構建一個立體結構來看一看。有一些強大的關於計算化學的商務軟體可以勝任這個工作,不過往往又貴又複雜,不搞科研的話實在沒必要 去碰那玩意。而Avogadro這款軟體則介於龐大的商務軟體和不實用的玩具之間,並且基於Qt,操作簡單,實乃研究分子結構之絕佳工具。由於篇幅和本人 水準有限,在此僅介紹一些本軟體的基本功能,希望引起讀者的一些興趣。

我們先看一下Avogadro的基本介面:


嗯,由於是我自己調試過的,閣下開始使用時的介面和我的可能不太相同。不過很容易在視圖裡面調節。基本上最重要的結構都一目了然。工具列那裡從左到 右依次是繪製、導航(視角移動)、化學鍵操作、原子操作、選擇、自動旋轉、結構優化(計算化學)、測量、對齊等工具。有了它們基本就可以一些基本的原子、 分子並且進行一些研究了。

我們先用繪製工具來畫一個原子結構。可以指定元素和化學鍵的類型。這裡以一個丙氨酸為例:



嗯……畫得似乎有點歪歪扭扭,暫時先不必太關注它的形態。我們只需在這一步保證其在空間上的次序正確以及形態“大體正確”。這裡特別要注意的是手性原子,比如這個氨基酸中的alpha碳。如果無法正確創建,可以用導航工具把分子轉一轉角度。

創建完畢之後,我們可對其進行進一步調節:
(由於原子操作、選擇工具都比較簡單,在此不再贅述)

這是化學鍵調節功能,通過這個可以對化學鍵方向進行精調。之所以在此要調節,是因為後面我們會看到,自動優化功能並不一定得到我們需要的結果,甚至可能得到一些明顯不符合邏輯的結果。所以有時我們仍然需要自己設置。

下面進行自動優化:


在我這裡,Avogadro有個Bug。就是啟動後必須再新建一個視窗,然後用新建視窗進行編輯。否則自動優化裡面的“力場”將不可選,自然也無法進行計算。

所 謂“力場”是指用來描述原子彼此間能量與位置關係的一些近似公式。使用力場計算比使用量子物理規律,進行所謂的“從頭計算”要快得多(看看那些@home 項目就知道真正要計算一個化學結構有多麼困難),並且能得到相對較好的精度。Avogadro中支援使用多種力場。由於我安裝了Ghemical,可以使 用Ghemical的力場進行計算。
演算法這裡,“分子動力學xxxK”指的(貌似)是分子在某一絕對溫度下的運動狀態,不斷運算的話可以模擬分子的運動。最速下降和共軛梯度法則都是通過不斷向相鄰位置搜索得到最穩定結構的能量,但二者得到的結果可能略有不同。

更新步驟數代表計算時每搜多多少步會把結構反映在螢幕上(所以間接代表能量“下降”的速度),這個數位並不是越大越好,因為不同的初始取向可能算出不同的結果。速度調低後,可以邊進行計算邊拖動某個原子,讓其向自己所想的方向優化,防止與自己的構型設想漸行漸遠。

之後開始計算,此時會發現螢幕上的分子逐漸改變其形態,此時也可以用原子選擇工具進行干預。當能量不再降低時,表示算出了和初始結構最類似的,能量達到極小值(注意未必是最小值)的狀態。

有必要的話,還可以測量鍵長、鍵角等參數。當然這不僅可以用於計算之後進行測量,也可用于在創建分子初期就使得整個分子儘量接近其原本的狀態,保證算出正確的結果。

經過這一系列過程之後,我們終於得到了一個令人滿意的結果。這時候我們就可以仔細地把玩一番我們自創的分子了。
除了上述這些基本功能外,Avogadro還可以完成一些更加高級的任務,例如創建晶胞,研究分子在不同介面、不同pH等狀態下的狀態等等,這就有待于閣下自行發掘了。

http://www.ikde.org/program/off-topic-qt下的分子编辑器——avogadro/

2011/3/28 21:26
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回覆: Avogadro——分子編輯器
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請問裏面有沒有預先建立的模型可觀看?
例如H2O的模型等等

2011/3/28 22:08
應用擴展 工具箱


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