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      Nature指導你畫結構式,果斷收藏!

      2017-12-17 15:57 辰麥快訊

        學化學的人,尤其是有機化學、高分子化學等領域的,除了每天和各種試劑、各種瓶瓶罐罐打交道,也免不了要畫圖。不管是平時準備報告PPT,還是發表文章時準備插圖,能準確、簡潔、美觀地畫出化合物的結構式是化學研究者的必備技能。越是高檔的雜志對圖片的美觀程度要求就越高,那些高水平雜志上的結構式確實看著賞心悅目。Nature 雜志及其子刊作為全球學術期刊的龍頭,最近專門為化學家提供了一份繪制化學結構的指南,[1] 今天小氘就和大家一起學習一下。

        這份指南中所用的畫圖軟件是最常用的ChemDraw,比較新的版本應該都可以,而且還提供了一個Style Sheet文件[2] 供大家使用。(注:如無特別指明,下文所有圖片均來自此指南)

        一、化學鍵

        Nature建議整篇文章的化學鍵角要一致,標準的鍵角用ChemDraw軟件內的“clean up structure”功能方便地獲得。有的人習慣把五元環畫成上尖下方的谷堆狀,這是不行的。當然,如果你要畫的分子含有多個環狀結構或有立體化學,則不能完全遵守這條建議,可以做適當調整。

        

       

        當然,各個鍵的鍵長和表示元素的字體都應保持一致。

        如果想標記結構中某個特別的鍵,有人喜歡將其加粗,但Nature 建議不改變鍵的粗細,而用彩色標記。

        

       

        對于苯環等共軛結構,雖然教科書上說用單雙鍵交替表示和圓圈電子云表示都可以,但在文章中使用前者更好,除非環戊二烯基負離子這樣的結構。

        

       

        另外,使用ChemDraw自帶結構模板時也需要特別注意。比如下圖下半部分的藍色和紅色的鍵,要么太長,要么太短,看起來不太美觀。

        

       

        二、原子

        只有雜原子或含有雜原子的基團才需要將元素符號標出,普通的碳原子簡化為鍵的交點,氫原子省略。不過,反應式中發生變化的基團應該標出(下圖底部)。

        

       

        如果甲基和一個雜原子相連,最好畫成“Me”。當然,畫成CH3也可以,但要保持全文一致。不管是甲基、氫原子還是其他基團,與雜原子相連時不需要把連接的單鍵畫出來。

        推薦使用的常見基團縮寫為:

        

       

        如果要使用非標準的縮寫,需要在第一次使用時做出說明,并在后文中保持一致。對于某些處于結構中間的基團,使用縮寫的話容易引起歧義,最好能把完整的結構畫出。

        

       

        畫結構式時經常遇到需要標注正負電荷的原子,這時候應使用ChemDraw的電荷標記工具,而不是插入文本框后手打“+”或“-”。ChemDraw的工具提供多種形式選擇,Nature 建議正負號外面不要帶圓圈。另外,書寫帶電基團結構式時,正負號要標注在帶電原子上,例如R3N+H(而不是R3NH+)。

        

       

        鹽應以溶液中的離子對形式出現。

        

       

        表示自由基的黑點不能過大或過小,同樣推薦使用ChemDraw的自由基工具來標記。

        

       

        有時候我們需要用R來表示一組不同的基團,尤其是在討論構效關系時。不同位置的R用阿拉伯數字作為序號以區分,數字應是R的上標而非下標。

        

       

        三、有機金屬化學

        有機金屬化學中經常要畫各種配體和配合物,這方面有一些獨特的規則。

        在畫芳香族配體時,由于金屬常常與多個配體配位,就免不了要畫配體的立體透視圖。為了體現出立體的感覺,一些化學鍵的長度要調整,有近大遠小的感覺,而不是統一縮短為一個長度。另外,雙鍵之間的鍵間距建議改為絕對值而不是鍵長的百分比。

        

       

        帶電荷的配合物可以把電荷畫在金屬的右上角,也可以在整個配合物的右上角,但是還是一樣需要全文保持一致。

        

       

        而對于配合物的離子對,可以把正負電荷分別標出,也可以不標,但要全文一致。我們在初學配位化學時,喜歡把配位鍵畫上箭頭,從配體指向中心原子,但Nature 不提倡這種畫法。

        

       

        四、立體化學

        對映異構體、非對映異構體、cis 和trans 異構體需要進行額外定義。

        如果重繪某個手性分子或更換某個基團,一定要重新判斷它的構型是否與實際一致!Nature 建議的做法是在ChemDraw的“Object”菜單中選擇“Show Stereochemistry”,它會自動在手性碳上顯示其正確構型。

        手性碳相連的化學鍵一定要體現出其立體化學,并用楔形的粗線或虛線標注。除非必要,氫原子一般省略。

        

       

        五、箭頭

        正確使用各種箭頭。下圖中各情形分別是逆合成分析箭頭(retrosynthesis arrow)、多步合成箭頭(multistep synthesis arrows)、共振式箭頭(resonance arrow)、平衡箭頭(equilibrium arrows)、機理箭頭(mechanism arrows)。機理圖示中的彎曲箭頭,要準確地反映反應的機理,Nature 推薦使用ChemDraw的“Pen tool”(鋼筆工具)來繪制,而不是模板中的彎曲箭頭。

        

       

        六、出版要求

        Nature 還對一些出版時要求統一的字體、字號、線長等格式作了規定。

        原子標識的字體為arial或helvetica,字號為6 pt

        不要勾選“Show Labels on Terminal Carbons”與“Hide Implicit Hydrogens”這兩項

        固定鍵長(fixed length):0.381 cm

        鍵間距(bond spacing):18%(在傾斜的不飽和環中,有可能需要按照第三節有機金屬化學中提到的要求進行調整)

        線寬(line width):0.021 cm

        粗體寬度(bold width):0.055 cm

        頁邊距(margin width):0.042 cm

        切割線間距(hash spacing):0.06 cm

        鏈角(chain angle):120°

        這些參數在“Object setting”里都能設置哦。另外Nature 也提供了Style Sheet文件[2] 供大家使用。

        七、特殊情況

        對于一些超大、超復雜的分子,比如樹枝狀分子,如果使用上述標準繪制的話,圖像會超出頁面,這就需要特殊調整。Nature 建議首先使用標準設置繪制結構,然后按比例縮小到合適寬度,不能影響可讀性。這種縮放應該在ChemDraw中執行,鍵寬和原子標識不應該首先被縮放。另外,原子標識字號的最小值是5 pt。

        

       

        除了縮小,有些情況下還要對結構圖進行放大,比如機理圖中為了更清楚地展示一些細節,就需要按比例放大。同樣,這一操作也需要在ChemDraw中進行,也需要注意使結構圖保持美觀。

        

       

        以上就是Nature 對繪制化學結構式的主要建議了,英文原稿[1] 可以在文末看到。

        發Nature 不易,不過可以先從畫好結構式開始嘛。辰麥測試祝愿大家都能心想事成!

        參考文獻:

        1. Style guide for chemical structures

        https://www.nature.com/authors/guides/ChemStructureGuide.pdf

        2. Associated ChemDraw Stylesheet

        http://www.nature.com/authors/guides/NR_chemdraw_stylesheet.cds

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