2.2.1 Przygotowanie obliczeń

Podstawowym oknem programu jest:1
 Hyperchem_screen

 

Wykorzystując dostępne menu oraz ikony znajdujące się pod linią menu możemy w łatwy sposób przygotować obliczenia. W skład menu wchodzą najczęściej używane opcje:

Hyperchem_screen - Draw umożliwia rysowanie cząsteczek oraz wstawianie i kasowanie atomów.

Hyperchem_screen - Select umożliwia zaznaczanie atomów, wiązań poprzez kliknięcie lewym przyciskiem myszy. Odznaczenie następuje poprzez kliknięcie prawym klawiszem myszy.

Hyperchem_screen - Rotate out-of-plane po wybraniu tej opcji możemy, poprzez kliknięcie i trzymanie przycisku podczas poruszania kursorem, obracać cząsteczką w trzech wymiarach w oknie konstruowania.

Hyperchem_screen - Rotate in-plane po kliknięciu możemy w podobny sposób jak wyżej obracać cząsteczką, ale w płaszczyźnie ekranu.

 Hyperchem_screen - Translate umożliwia w podobny sposób jak wyżej przesuwanie cząsteczek lub atomów na ekranie.  

 Hyperchem_screen - Translate-Z umożliwia przesuwanie cząsteczki w płaszczyźnie prostopadłej do ekranu, możemy w ten sposób "wejść" w głąb struktury dużych cząsteczek (np.: białka),obsługa przycisku jak wyżej. 

 Hyperchem_screen - Magnify/Shrink umożliwia powiększanie i pomniejszanie widoku na ekranie. 

 Hyperchem_screen - Z-clipping planes umożliwia ustawienie płaszczyzny widoku prostopadłej do ekranu.

 Hyperchem_screenHyperchem_screenHyperchem_screenHyperchem_screen - przyciski te umożliwiają wstawienie komentarzu: tekstu, linii i kształtów. 

 Hyperchem_screenHyperchem_screenHyperchem_screen - przyciski te umożliwiają utworzenie nowego dokumentu, jego otwarcie i zapisanie.

 Hyperchem_screenHyperchem_screenHyperchem_screen - przyciski te umożliwiają prace na zaznaczonych elementach, ich usuwanie oraz kopiowanie.   

 Hyperchem_screenHyperchem_screenHyperchem_screen - dwa pierwsze przyciski odpowiednio: umożliwiają drukowanie oraz podają informację o programie, kolejny to przycisk pomoc.

2.2.1.2 Konstruowanie cząsteczek

Konstruowanie cząsteczki zaczynamy od kliknięcia ikony Hyperchem_screen, a następnie klikamy lewym przyciskiem myszy w oknie, w którym będziemy budować cząsteczkę. Pojedyncze kliknięcie dodaje atom, kliknięcie i przesunięcie kursora myszy umożliwia stworzenie wiązania. Kliknięcie na wiązanie zmienia typ wiązania (pojedyncze, podwójne, potrójne, zdelokalizowane). Kliknięcie prawym przyciskiem myszy umożliwia w prosty sposób skasowanie elementu.

2.2.1.3 Wybór pierwiastka

Wyboru pierwiastka dokonujemy poprzez wybranie z menu Build opcji Default Element, wówczas program otwiera okno (rysunek po prawej), z którego wybieramy odpowiedni pierwiastek:

Hyperchem_screen

 

2.2.1.4 "Standaryzacja" cząsteczki

 Konstruując cząsteczkę najpierw tworzymy jej szkielet z ciężkich atomów (C, N, P, S, O, Se), a następnie "uzupełniamy" atomami wodoru, wybierając z menu Build opcję Add Hydrogens. Atomy wodoru w cząsteczce są dokładane na zasadzie "uzupełnienia" do standardowej wartościowości pierwiastka.

Hyperchem_screen

Hyperchem_screen

 Rysunek przedstawia cząsteczkę cyklopentanu po dodaniu atomów wodorów

Po dodaniu atomów wodoru możemy "standaryzować" kąty oraz długości wiązań przyrównując je do standardowych wartości występujących w typowych związkach (np.: zgodnie z tetraedrycznym modelem węgla). Wówczas z menu Build wybierając opcję Model Build, uzyskujemy strukturę bardziej zbliżoną do rzeczywistości:

Hyperchem_screen

Rysunek przedstawia cząsteczkę cyklopentanu po dodaniu atomów wodorów oraz po "standaryzowaniu" struktury

Jeśli posiadamy w menu Build odznaczoną zakładkę Explicit Hydrogens (lub w oknie wyboru pierwiastka -Element Table tą opcję odznaczoną) wówczas możemy te dwa etapy konstruowania cząsteczki przeprowadzić wybierając Add H & Model Build.

 

2.2.1.5 Tworzenie struktur o niestandardowej liczbie wiązań, ustawianie ładunku

Konstruując cząsteczki, a w szczególności jony, jesteśmy czasami zmuszeni do konstruowania indiwiduów chemicznych, które mają nietypową liczbę wiązań np.: grupa - NH3+, czy też cząsteczka - CH5+. Aby móc takie cząsteczki konstruować musimy zaznaczyć odpowiednim symbolem opcję Allow Arbitary Valence w menu Build (lub zaznaczyć tą opcję w oknie wyboru pierwiastka - Element Table)

 

 Ładunek cząsteczki ustawiamy podczas wyboru metody w menu Setup:

 Hyperchem_screen

 

Po wybraniu jednej z trzech metod: Semi-empirical, Ab Initio, Density Functional w nowym oknie, które się pojawi wybieramy przycisk Options. W następnym oknie ustawiamy całkowity ładunek cząsteczki - Total Charge (dla anionów np.: -1, dla molekuł obojętnych 0, dla kationów np.: 1), oraz multipletowość - Spin Multiplicity (dla niektórych opcji może być wyłączone ustawienie multipletowości).

 Hyperchem_screen

Multipletowośc (patrz rozdział 1.2) przeważnie wynosi:

- dla obojętnej cząsteczki ze sparowanymi elektronami 1,

- dla jonu, który powstał przez oderwanie atomu wodoru z obojętnej cząsteczki związku organicznego multipletowość 1,

- dla anionu, który powstał jedynie przez dodanie elektronu 2.

Możliwe są większe wartości multipletowości np.: zamiast 1 wartość 3, ale dotyczy wyłącznie stanu wzbudzonego. W stanie podstawowym wybieramy przeważnie wartość najniższe.

HyperChem oferuje również ustawienie ładunku na konkretnym atomie. Robimy to przez zaznaczenie atomu a następnie z menu Build wybranie Set Charge, a następnie wpisanie ładunku w nowym oknie, które się ukaże. Ładunek zadany w opcji Total Charge zostanie podczas obliczeń rozmieszony automatycznie na cząsteczce.

2.2.1.6 Wybór elementu

Do konstruowania skomplikowanych cząsteczek możemy posłużyć się gotowymi elementami zawartymi w bibliotekach programu, wówczas korzystamy z menu Databases:

Hyperchem_screen
i wybieramy odpowiednie elementy-cząsteczki. Umożliwia to konstruowanie peptydów, cukrów, kwasów nukleinowych czy polimerów.

Dla aminokwasów możemy ustawić jon obojnaczy (Make Zwitterion). Możemy również, wykorzystując opcję (Sequence Editor), w prosty sposób budować skomplikowane polipeptydy na podstawie skrótów aminokwasów oraz ich struktury drugorzędowej. Proste konstruowanie peptydów jedynie z możliwością ustawienia dla aminokwasów formy L, D oraz struktury II rzędowej uzyskujemy, wybierając z menu Databases opcję Amino Acids. Podobnie postępujemy, konstruując fragmenty kwasów nukleinowych.

 Hyperchem_screen

Hyperchem_screen

Okna do konstruowania peptydów oraz fragmentów kwasów nukleinowych

Autorzy programu HyperChem włożyli dosyć duży wysiłek, aby można było w łatwy sposób konstruować białka oraz fragmenty kwasów nukleinowych, przez co uczynili ten program atrakcyjny dla biotechnologów.

 

Hyperchem_screen

Rysunek przedstawia fragment kwasu nukleinowego skonstruowanego przy pomocy HyperChem'a

 

2.2.2 Zaznaczanie atomów, wiązań, kątów, cząsteczek

 Przycisk Select  Hyperchem_screen umożliwia zaznaczanie2 atomów i wiązań, poprzez kliknięcie lewym przyciskiem myszy. Odznaczenie następuje poprzez kliknięcie prawym klawiszem myszy. Chcąc zaznaczyć całą cząsteczkę, klikamy lewym klawiszem dwa razy na wolne pole w oknie konstruowania, odznaczamy w podobny sposób tylko prawym klawiszem.

 Hyperchem_screen

Opcje zaznaczenia możemy ustawiać w menu Select. Mając odznaczoną opcję Multiple Selections, możemy jedynie zaznaczyć:

- pojedynczy atom poprzez kliknięcie

- wiązanie poprzez kliknięcie na określone wiązanie lub kliknięcie na pierwszy atom lewym przyciskiem myszy i trzymając przycisk, przeciągnięcie kursora myszy na drugi atom.

- kąt poprzez kliknięcie lewym przyciskiem myszy na pierwszy atom tworzący kąt, a następnie trzymając przycisk, przeciągnięcie kursora myszy do ostatniego atomu tworzącego kąt

- powiązanych ze sobą "ciągu" atomów w cząsteczce (A) poprzez kliknięcie lewym klawiszem myszy (B) na pierwszy atom a następnie trzymając klawisz przeciągnięcie kursora myszy (C) na ostatni atom tworzący "ciąg" wyniku, czego uzyskujemy zaznaczenie atomów powiązanych ze sobą (D).

 

Hyperchem_screenHyperchem_screenHyperchem_screenHyperchem_screen

A.                                     B.                                 C.                                   D.

 

Mając zaznaczoną opcję Multiple Selections możemy zaznaczać kilka elementów w podobny sposób jak wyżej. Zaznaczona opcja Molecules umożliwia zaznaczanie poszczególnych całych cząsteczek

W opcji Select możemy wybrać zaznaczenie poszczególnych atomów lub fragmentów cząsteczek:

 Hyperchem_screen

 

Mając zaznaczone odpowiednie elementy (E) - atomy czy też cząsteczki możemy obrócić zaznaczenie (F) wybierając opcję Complement Selection np.:

 

 Hyperchem_screenHyperchem_screen

E.                                                           F.

Zaznaczonemu elementowi możemy nadać nazwę wybierając opcje Name Selection.

2.2.3 Zmiana długości wiązania, kątów, kątów dwuściennych

Zmianę parametrów konstrukcyjnych cząsteczki (odległości i katów) dokonujemy poprzez zaznaczenie odpowiedniego wiązania, kąta, bądź kąta dwuściennego (patrz 3.2.6):

 

Hyperchem_screen

 

 

Wiązanie - po zaznaczeniu wiązania z menu Build wybieramy Constrain Bond Lenght w oknie, które się pojawi wybieramy opcję Other i wpisujemy żądaną odległość w Angstremach.

 

 

Kąt - po zaznaczeniu kąta wybieramy z menu Build opcję Constrain Bond Angle, a następnie w oknie które się pojawi wybieramy któryś z kątów (Lineal, Trigonal, Tetrahedral, Orthogonal) lub wpisujemy własną wartość, zaznaczając Other.

 

 

Kąt dwuścienny torsyjny - po zaznaczeniu kąta wybieramy z menu Build opcję Constrain Bond Torsion w oknie które pojawi się możemy ustawić odpowiednie położenie (trans, Cis, Gauche+, Gauche-) lub wpisać wartość kąta dwuściennego.

 

 

Ustawienie wartości długości wiązań i kątów możemy także wykonać po zaznaczeniu odpowiednich elementów, wybierając z menu Edit opcji Set Bond?. Program nie oferuje zmian parametrów konstrukcyjnych cząsteczki (odległości, katów) gdy atomy nie są powiązane ze sobą.

2.2.4 Przesuwanie cząsteczek

Jeśli w oknie konstruowania cząsteczek mamy skonstruowane kilka niepołączonych fragmentów cząsteczek lub kilka cząsteczek wówczas po zaznaczeniu cząsteczki możemy go przesuwać względem innych wybierając przycisk Hyperchem_screen.
 

2.2.5 Zapisywanie struktury

Po narysowaniu cząsteczki oraz przeprowadzeniu obliczeń możemy zapisać strukturę oraz wyniki wybierając z menu File opcję Save. Zapisany plik jest w formacie Hyperchem?a i posiada rozszerzenie .hin. Strukturę cząsteczki możemy jeszcze zapisać w innych formatach, wybierając odpowiednią opcje. Dostępne formaty zapisu: Brookhaven PDB (*.ENT), ISIS Sketch (*.SKC), Cartesian (*.XYZ), HCData (*.HDF), MDL MOL (*.MOL), MOPAC Z-Matrix (*.ZMT), Tripos MOL2 (*.ML2), ChemDraw CHM (*.CHM). HyperChem oferuje także możliwość zapisania pliku w postaci html (menu File opcja Save As HTML) jednak należy pamiętać, aby mieć odpowiednią przeglądarkę oraz zainstalowaną wtyczkę z możliwością wyświetlania struktur z programu HyperChem. Strukturę cząsteczki możemy zaimportować do programu używając formatów wyżej wymienionych.

1 - Kolor tła został ustawiony na kolor biały, aby druk widoku okien był wyraźniejszy. Praca w standardowych ustawieniach programu zakłada kolor tła czarny. Wybór koloru na czarny jest podyktowany tym, że wzrok podczas pracy z komputerem w kolorach ciemniejszych mniej się meczy niż w kolorach jasnych. Zmianę koloru tła można dokonać w następujący sposób: w menu File wybrać opcję Preferences i w nowym oknie, które ukaże się w zakładce Window Color, ustawić odpowiedni kolor.

2 - W programie standardowy kolor zaznaczonych elementów jest zielony. Zmianę koloru można dokonać w menu File wybierając opcję Preferences, a następnie w zakładce Selection Color ustawiając żądany kolor.