Alchemy II

Molecular-Modelling-Programm für IBM PC/AT. Aufruf: ALCHEMY

Leistungen des Programms:

Programm beenden:

"EXIT" (im Menüfeld oben rechts) mit der Maus anklicken, die Frage "DO YOU REALLY WANT TO EXIT ALCHEMY Y/N >" mit Y beantworten.

Bildschirmbereiche:

  1. Hauptbereich oben links: Fenster (zur Darstellung der Moleküle)
  2. oben rechts: Menübereich (Haupt- oder Untermenüs zur Wahl der Aufgabe, Knöpfe PAGE UP, PAGE DOWN, HELP, EXIT)
  3. unten rechts: Steuerungsbox (Kontrolle von Molekülbewegungen und Skalierung)
  4. Zeile unterhalb des Fensters: Bildschirmsteuerung
  5. unten Mitte: Stereokontrolle (oder Logo)
  6. unten links: Feld für Warnmeldungen

Bildschirmaktionen:

Auswahl von Menüpunkten, Atomen oder Molekülen durch Anklicken mit der Maus (Molekül: ein beliebiges Atom anklicken). Abbruch: Untermenüs durch Anklicken des EXIT-Knopfs verlassen; CANCEL im Untermenü BUILD AND EDIT (Abbruch von CONNECT, DISCONNECT); Leereingabe bei Anfragen (unmittelbar <RETURN> drücken oder Ctrl-Z). Achtung: Es gibt kein "UNDO"-Kommando, daher sollte die Arbeit zwischenzeitlich abgespeichert werden (PUT MOLECULE).

Hilfe

kann durch Anklicken des Menüpunkts HELP und anschließendes Anklicken des betreffenden Menüpunkts angefordert werden.

Hauptmenü

ADD HYDROGENS
(Absättigen freier Valenzen durch Wasserstoffatome)
BALL AND STICK
(Ausgabe eines Kugel-Stab-Modells auf den Bildschirm, ggf. auch auf eine Datei oder einen Plotter)
BUILD AND EDIT
(-> Untermenü zur interaktiven Konstruktion von Molekülmodellen, s.u.)
CENTER ATOM
(Atom in die Bildschirmmitte bringen; Festlegung als Zentrum für Rotationen)
CENTER MOLECULE
(Molekül auf dem Bildschirm zentrieren)
CHIRAL/INVERT
(bei LABELS ON werden die R/S-Symbole an den Chiralitätszentren angezeigt; INVERT ATOM bzw. INVERT MOLECULE invertieren die Konfigurationen einzelner Atome bzw. des gesamten Moleküls)
COLOR
(Ändern der Farbe von Molekülen über COLOR MOLECULES oder von Atomen über COLOR ATOMS; Farbe wählen, dann Atom anklicken; COLOR BY TYPE setzt wieder die Standard-Farben)
CONFIGURE SYSTEM
(System-Konfiguration ändern)
CRYSTAL INPUT
(Einlesen von Kristallkoordinaten. Datei [.CRY],
1. Zeile: a b c alpha beta gamma
folgende Zeilen: Atomtyp x y z)
DELETE HYDROGENS
(alle Wasserstoffatome und freie Valenzen entfernen)
DELETE MOLECULE
(Löschen eines Moleküls vom Bildschirm; hierzu ein Atom des betreffenden Moleküls anklicken)
EXIT
(Menü beenden bzw. Alchemy verlassen)
EXTERNAL PROGRAM
(externes Programm ablaufen lassen, das zuvor in EXTERN.EXE umbenannt wurde)
FIT
(Vergleich von Molekülen. Zwei Moleküle werden in das Hauptfenster MAIN WINDOW bzw. das Hilfsfenster SMALL WINDOW geladen; mindestens drei Paare von linear unabhängigen Atomen müssen in beiden Molekülen ausgewählt werden, sodann wird mit READY TO FIT gestartet. Das Ergebnis wird graphisch und als Zahlenwert dargestellt. Tip: mit COLOR MOLECULE die beiden Moleküle unterschiedlich einfärben)
GET MOLECULE
(Einlesen eines Moleküls von der Festplatte; betreffenden Namen anklicken. Moleküldateien: .MOL)
HELP
(on-line Hilfe)
MEASURE
(messen von Bindungslängen, Bindungswinkeln oder Torsionswinkeln mit DISTANCE, BOND ANGLE bzw. TORSION ANGLE; hierzu müssen 2, 3 oder 4 Atome angeklickt werden)
MINIMIZE
(Geometrieoptimierung)
MM2 INTERFACE
(lesen oder schreiben von MM2-Dateien mit CREATE INPUT FILE bzw. READ AN MM2 FILE)
PAGE UP/PAGE DOWN
(Menü umblättern)
PLOT
("Hardcopy"-Ausgabe des dargestellten Drahtgittermodells auf einen Plotter oder in eine HPGL-Datei)
PUT MOLECULE
(Abspeichern eines Moleküls auf der Festplatte; PUT AS MOLECULE: die Erweiterung .MOL wird automatisch gesetzt; Namen eingeben; Gruppen [.GRP] oder Fragmente [.FRG] mit freien Valenzen können über PUT AS GROUP bzw. PUT AS FRAGMENT abgespeichert werden)
SPACEFILL
(Ausgabe eines Kalottenmodells auf den Bildschirm, ggf. auch auf eine Datei oder einen Plotter)
SYBYL INTERFACE
(lesen oder schreiben von Dateien im SYBYL-Format [.SYB] mit GET SYBYL MOL bzw. PUT SYBYL MOL)
TWIST/MONITOR
(Konformationsänderungen; Ändern von Diederwinkeln, Anzeige von Abständen)

Untermenü BUILD AND EDIT

ADD_UNF
(freie Valenzen anzeigen)
ALTER
(Ändern von Bindungslängen mit ALTER LENGTH, von Bindungswinkeln mit ALTER ANGLE oder von Torsionswinkeln mit ALTER TORSION; hierzu müssen 2, 3 bzw. 4 verkettete Atome ausgewählt werden. Achtung: Ringsysteme müssen ggf. vorher aufgeschnitten werden)
CANCEL
(Abbruch)
CONNECT
(Atome durch Bindung verknüpfen; für Ringschlüsse)
DEL_ATOM
(Atom entfernen)
DISCONN
(Bindungen lösen, Ringe öffnen)
FUSE
(zwei Ringsysteme im Haupt- bzw. Hilfsfenster fusionieren; Optionen SMALL WINDOW und READY TO FUSE; mindestens drei Paare zu verschmelzender Atome müssen festgelegt werden)
TWIST
(wie TWIST/MONITOR im Hauptmenü)

Steuerungsbox (unten rechts) :

Steuerung der Moleküldrehung, -translation und -größe. x-Achse horizontal, y-Achse vertikal, z-Achse senkrecht zur Bildschirmebene.

Achtung: die Funktionen Drehung (ROT) oder Translation (TRAN) sowie relative (REL) und globale (GLOB) Bewegung werden mit Knöpfen in der Steuerungszeile (ganz unten) eingestellt.

Drehung (bzw. Translationen) durch Anklicken der verschiedenen Schieber, Schrittgröße abhängig von der Entfernung vom Zentrum (1, 5, 10, 30 Grad); hält man die Maustaste gedrückt, so erfolgt eine kontinuierliche Rotation. Das X/Y-Gitter wirkt auf x- und y-Achse gleichzeitig, aber unabhängig. Mit dem Z-Schieber erfolgt eine Drehung um die z-Achse. Mit dem S-Schieber wird die Größe der Objekte auf dem Bildschirm eingestellt. Mit den 90-Grad-Flip-Knöpfen erfolgen schnelle 90-Grad-Drehungen (auf, ab, links, rechts).

Bildschirmsteuerung (Knöpfe unter dem Fensterbereich):

AUX WINDOW+/AUX WINDOW-
(Größe des Hilfsfensters - falls eingeblendet - vergrößern oder verkleinern)
LABELS ON/LABELS OFF
(Anzeige der Symbole an- oder abschalten)
STER/ORTH/MONO
(STER: Stereo-Anzeige, hierzu Stereokontroll-Feld; ORTH: orthographische Anzeige, d.h. zwei zueinander senkrechte Projektionen; MONO: einfache Anzeige)
RESET
(macht Drehungen rückgängig)

Stereokontroll-Feld:

wirkt in den Anzeigemodi STER (Stereo) und ORTH (orthographisch); Abstand der beiden Projektionen mit Abstandsschieber einstellen; mit dem R-Knopf werden die Bilder für das linke und das rechte Auge "normal" abgebildet, mit dem C-Knopf hingegen gekreuzt.

Molekülkonstruktion mit BUILD AND EDIT

BUILD AND EDIT im Hauptmenü wählen; es erscheint ein Untermenü mit Editier-Operationen, Gruppen, Atomtypen und (nach PAGE DOWN) Fragmenten. Nach Auswahl einer Gruppe, eines Atoms oder Fragments wird ein Hilfsfenster mit diesem Objekt eingeblendet. Die Verknüpfungsstelle (*) kann ggf. durch Anklicken einer anderen freien Valenz (~) umgeschaltet werden. Nach Anklicken einer Position im Hauptfenster erscheint das Objekt dort, das Hilfsfenster verschwindet. Nach Knüpfen einer Bindung erscheint dort ein R; beim Anklicken des "R" mit der Maus erfolgt eine kontinuierliche Drehung um diese Bindung (linker Mausknopf: im Uhrzeigersinn, rechter Mausknopf: im Gegenzeigersinn). CONNECT dient zur Ringschlußbildung unter Verknüpfung zweier freier Valenzen (anklicken). ADD_UNF zeigt freie Valenzen an (die evtl. mit dem Hauptmenü-Kommando DELETE HYDROGENS gelöscht wurden). Mit ALTER können Bindungslängen, Bindungswinkel oder Torsionswinkel geändert werden (Wahl der betreffenden Atome, ggf. Eingabe des gewünschten Wertes). Mit FUSE können zwei (oder mehr) Ringe zusammengefügt werden, nachdem ein weiteres Ringsystem in das Hilfsfenster geladen wurde; mindestens drei Paare zu verschmelzender Atome müssen festgelegt werden, sodann kann das Kommando READY TO FUSE gegeben werden. Man beachte, daß freie Valenzen im Hauptfenster-Molekül wegfallen, wenn sie mit Atomen im Hilfsfenster-Molekül gepaart werden.

Alchemy-Geometrie-Optimierer MINIMIZE

Kraftfeldrechnung an Molekülen mit bis zu 130-170 Atomen (Anm.: ggf. Wasserstoffatome mit DELETE HYDROGENS vorher ausblenden). Abbruch nach max. Anzahl von Iterationen (s. CONFIGURE SYSTEM), bei Unterschreiten von Schwellwerten oder auf Tastendruck. Minimiert wird die potentielle Energie des Moleküls:

(str: Bindungsdehnung, ang: Bindungswinkeldeformation, tor: Torsionswinkeldeformation, vdw: van-der-Waals-Wechselwirkungen, oop: out-of-plane-Verbiegung)

1. Dehnung:

(d_i: Bindungslänge in Angstrom, d_i^0: Gleichgewichtsbindungslänge in Angstrom, k_i^d: Kraftkonstante in kcal/Angstrom^2*mol; s. Datei MINBND.TAB)

2. Winkeldeformation:

(theta_i: Bindungswinkel in Grad, theta_i^0 Gleichgewichtsbindungswinkel in Grad, k_i Kraftkonstante in kcal/Grad^2*mol; s. Datei MINANG.TAB)

3. Torsion:

(w_i: Torsionswinkel in Grad, k_i: Kraftkonstante in kcal/mol, per_i: Periodizität; s. Datei MINTOR.TAB)

4. van der Waals:

(summiert wird über 1-4 und entferntere Wechselwirkungen; E_ij: van-der-Waals-Konstante in kcal/mol, a_ij = r_ij/(R_i + R_j): relativer Abstand, R_i: van-der-Waals-Radius in Angstrom; s. Dateien MINVDWE.TAB und MINVDWR.TAB)

5. out-of-plane:

(k_i: out-of-plane-Verbiegungskonstante in kcal/Angstrom^2*mol; bei trigonalen Atomen, z.B. aromat. C, ist d_i die Höhe des Zentralatoms über der Ebene seiner Substituenten in Angstrom; s. MINOOP.TAB)

-. Minimizer-Parameter-Dateien:

Hinweis: * dient als Joker für irgendein Atom und sollte stets am Ende stehen.

MINBND.TAB: Atom1 Atom2 Kraftkonstante Bindungslänge
MINANG.TAB: Atom2 Atom1 Atom3 Kraftkonstante Bindungswinkel
MINTOR.TAB: Atom2 Atom3 Atom1 Atom4 Kraftkonst. Periodizität
MINVDWE.TAB: Atom1 Atom2 Energie
MINVDWR.TAB: Atom Radius
MINOOP.TAB: Atom Kraftkonstante

Parameter-Dateien:

ATOMDEF.TAB:
Name Ordnungszahl Geometrie-Id. Farbe Elektronegativität van-der-Waals-Radius SYBYL-Typ
GEOMDEF.TAB:
nn Anzahl verschiedener Geometrien
...
Geometrie-Identifikation Kommentar
Bindungsanzahl
Bindungstyp x-Koord. y-Koord. z-Koord.
...
(Bindungstyp 1-3 für Einfach-, Doppel-, Dreifachbindung, 4 Amid, 5 aromat. Bindung; für jede Bindung müssen Typ und Koordinaten des Einheitsvektors angegeben werden, die erste Bindung liegt stets in x-Richtung [1.0000 0.0000 0.0000], die zweite in der xy-Ebene)
BNDINFO.TAB:
Atom1 Atom2 Bindungslänge[Angstrom*1000] Bindungstyp

Atom-Typen:

C3 Kohlenstoff-sp3
O3 Sauerstoff-sp3
N3 Stickstoff-sp3
H Wasserstoff
CAR Kohlenstoff aromat.
C2 Kohlenstoff-sp2
C1 Kohlenstoff-sp
O2 Sauerstoff-sp2
N2 Stickstoff-sp2
N1 Stickstoff-sp
NAR Stickstoff aromat.
NPL3 Stickstoff trigonal planar
NAM Stickstoff Amid
N3+ Stickstoff sp3 positiv geladen
DU Dummy-Atom
P3 Phosphor tetravalent
P4 Phosphor pentavalent
S3 Schwefel sp3 (Sulfid)
S2 Schwefel sp2
SO Schwefel Sulfoxid
SO2 Schwefel Sulfon
F Fluor
CL Chlor
BR Brom
I Iod
K Kalium
NA Natrium
FE Eisen
LI Lithium
AL Aluminium
SI Silicium
CA Calcium
LP Elektronenpaar (lone pair)
~ System-Atomtyp
* System-Atomtyp

____________________

Burkhard Kirste