对ChemBioOffice Ultra 11.0的评价

John Wetzel 博士 就CambridgeSoft产品的最新版本发表了他的使用后感想 

作者: John Wetzel 博士

　　之前我一直使用其他的化学绘图软件， 最近才终于有机会试用了ChemBioOffice Ultra 11.0。 由于忙于咨询和教育工作，我只是简单地用CD盘安装了这个软件，用大约30分钟左右熟悉了一些主要功能，之后就回到自己日常工作中去了。 我觉得这个软件如果真的能提供帮助的话，它的作用就应该在我平时工作的时候体现出来。 我就是在装上这个软件的几周后确定了这一点的。

　　我用的是Compaq nc6230笔记本， Intel®1.73 GHz Pentium® M处理器， 795MHz的512MB内存，Windows XP Professional 2002 Service Pack 2操作系统。

咨询工作中的应用

药物生产中杂质的鉴定

　　我曾经有一个客户，该公司的管理机构要求他们对一个药品制造过程中产生的某一个杂质提供其生成机理。 他们希望我能帮助解释这个杂质的生成原因。 在看过了他们提供的合成方案和化合物结构之后，我开始怀疑这个化合物构造式的正确性。 根据所给的反应条件，我无法对这个物质的产生推断出一个合理的机理。 但是，考虑到这种杂质的初步假设鉴定往往都是建立在质谱数据和其他的一些数据的基础上的，于是我开始想很有可能这个杂质是他们提供的结构的一个异构体。 我突然想到一种很容易就出现的异构体，就是在工艺制造条件下，作为重要反应物的甲醚原料中可能含有了脱甲基杂质，即烷氧基。 ChemBioDraw Ultra 11.0里含的1H NMR预测功能证实了我的预测，因为用1H NMR可以很容易就区别两个异构体。 这样这个客户就得到了可以分辨两个异构体的理论1H NMR数据。

管理和专利文件的准备

　　在整理化学工艺和药品的管理和专利文档时ChemBioDraw Ultra 11.0的作用显得特别重要。 用它的绘图工具绘制化学结构和合成方案非常简单直观。

　　这类文件的精确性是特别重要的。 美国联邦巡回上诉法院声明 ¡°¡­ 我们是按照记载的主张进行解释的，而不是根据按照专利所有者所希望的描述进行解释。¡± 有时即使是详细描述中的细微错误也可能降低这个专利的价值。 同样道理，药品管理机构的化学，制造业，控制等专业信息的交流也必须要精确。

　　化学结构和结构系统名之间的互相转换法则在书写和校正工作中都非常有用。 1H和13C NMR化学位移预测程序可以有效地帮助用户分析化学位移和检验NMR数据是否输入正确。 GAMESS IR/Raman预测程序可以鉴定候选药品的红外吸收带，但是这个计算比较慢而且有时候我的电脑会死机。

化学合成计划

　　ChemBioDraw Ultra 11.0许可证包含了三个数据库： ChemACX，Ashgate Drug和ChemINDEX的一年网络购读。 另外CD盘里还包含了另外四个数据库： ChemPrep&trademark, CHEMSELECT, AIDS2006和NCI2006。 我觉得ChemACX特别有用。 我可以在家里的办公室里搜索470多个化工厂商的目录，比较不同厂家提供的价格和参数等等(如图1所示)。对于我个人来说，我可以通过这个渠道知道某种化合物是否可以买到，还可以比较两种不同化学工艺相应的成本费用。 这个数据库包含了选择，购买，管理化学试剂等很多功能，极大的方便了用户管理合成库，但是我并没有测试过这些功能，也没有检验过价格和数据的准确性。

图1：ChemACX。

　　合成工艺的两个数据库CHEMPREPTM和CHEMSELECT对我的工作也很有帮助。 它们的屏幕截图分别是下面图2和3。 上面我提到过的另外一个数据库有时候也对我很用帮助。

图2：ChemPrepTM。

图3：ChemRXN。

应用于教学

　　我发现在给非理科专业学生上有机和生物化学概况这一课的时候 ChemBioDraw Ultra 11.0就是一个非常有用的工具。 这个只有10周的课程涵盖了很多基础原理，包括有机化学结构和反应，还有一部分生物化学。 要在这么短的时间内让那些没有或者只有少许专业背景的学生了解这么多知识是相当有难度的。 因为没有多余时间重复知识点，所有的知识点必须被简明扼要地传达并且要到达最大的效果。 一个图片，尤其是3D的和动态的图片，可以胜过过千言万语。

列图说明分子形状的重要性

　　在第一堂课中，我在讲解受体和配位体相互作用的锁钥假说这一部分时，用ChemBio3D Ultra把吗啡3D结构的溶剂接触表面表示出来之后，一切都变得简单了。 我用这个工具很容易地让学生认识到配位子结构的细微改变对受体结合和生物活性的显著影响。 静电势图对这个理论的讲解可更有用，可是这个功能只有买另外一个模型工具才可以用。 不过，表面可以如图4所示根据原子类型不同加上不同颜色。

图4：根据不同原子类型加上颜色后的吗啡的溶剂接触表面。

表示分子的动力学性质

　　用MM2分子动力学程序可以用图的形式给学生说明分子是在不断地曲折,弯曲和改变的，但有些运动可能被抑制了。 在演示烯烃的顺-反异构这一概念时分子动力学的重要作用尤为明显。把顺-1,2-二氯乙烯和1,2-二氯乙烷的偏转构象进行分子动力学仿真。 从演示可以看出1,2-二氯乙烷的碳碳单键可以自由旋转，如下图5和6所示进行偏转和反式构象的变换。 相反，顺-1,2-二氯乙烯无论它的两个氯有多靠近，其碳碳双键都不能旋转。

图5：300K下，1,2-二氯乙烷在进行分子动力学仿真前的偏转构象。

 

图6：300K下，1,2-二氯乙烷在进行分子动力学仿真时变成反式构象。

 

基于网页的“抽认卡”

　　在给170个学生的班级讲较难的概念和反应时，基于网页的家庭作业分配和自动评分就很好地保证了工作效率。 这么大的一个班级，人工批改手写的作业几乎是不可能的。

　　编写问题的时候可以用ChemBioOffice Ultra 11.0画化学结构和反应式。 同样是做这种教学图形，画图板上像是画非键电子这样的功能，使得这个软件要比我以前用的软件好很多。 另外, ChemBioOffice Ultra 11.0可以直接把化学图形导出成.gif的格式， 这个功能在制作基于网页的作业题时特别方便。 因为把这些图形传到网页之前不用经过别的图形软件处理了。

　　问题，答案选项和问题对错与否的反馈都可以用ChemBioOffice Ultra 11.0制作出来。 一个叫Blackboard的教学程序包就是用来对这些作业进行管理和分级的。 如图7所示的一个典型的题目。 这个问题被做完后，如图8所示，相应的正确答案和回馈也会提示出来。Blackboard内的参数可以设置成允许学生在为期10周的课程中，不受限制地尝试做这些题目以得到更多的练习和更好的成绩。 每次做练习的时候，问题和答案选项都是像电子抽认卡那样随机任意排列的。

　　用这种方法成功加强巩固的知识包括极性共价键，形式电荷，氧化，还原，消去，置换，各种异构，IUPAC命名，还原糖和各种化学反应。 学生们给予了热情响应并且在考试中达到了85%的平均正确率。 画图制作作业题目可能有点乏味，但是一旦完成了，以后讲课都可以拿来用了。

图7：一个醇醛反应的作业题

图8：针对图7中题目的回答是否正确给出相应的讲解。

结束语

　　记得我在本科学习有机化学的时候，我们只有课本，静态的图，塑料模型和黑板。 至于分子的三维结构和运动状态等等，基本只能靠自己想象 而现在只要在电脑上运行ChemBioOffice Ultra 11.0，学生在他们接触有机化学课的第一天就可以清楚地了解到分子的这些重要性质。 另外，ChemBioOffice Ultra 11.0的一些像NMR化学位移预测和数据库搜索等久负盛名的功能对我的顾问工作的帮助也很大。 如果要我用1-5分评分的话，我给这个软件满分5分。