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Nature指导你画结构式,果断收藏!

学化学的人,尤其是有机化学、高分子化学等领域的,除了每天和各种试剂、各种瓶瓶罐罐打交道,也免不了要画图。不管是平时准备报告PPT,还是发表文章时准备插图,能准确、简洁、美观地画出化合物的结构式是化学研究者的必备技能。越是高档的杂志对图片的美观程度要求就越高,那些高水平杂志上的结构式确实看着赏心悦目。Nature 杂志及其子刊作为全球学术期刊的龙头,最近专门为化学家提供了一份绘制化学结构的指南,[1] 今天小氘就和大家一起学习一下。


这份指南中所用的画图软件是最常用的ChemDraw,比较新的版本应该都可以,而且还提供了一个Style Sheet文件[2] 供大家使用。(注:如无特别指明,下文所有图片均来自此指南)


一、化学键


Nature建议整篇文章的化学键角要一致,标准的键角用ChemDraw软件内的“clean up structure”功能方便地获得。有的人习惯把五元环画成上尖下方的谷堆状,这是不行的。当然,如果你要画的分子含有多个环状结构或有立体化学,则不能完全遵守这条建议,可以做适当调整。


当然,各个键的键长和表示元素的字体都应保持一致。


如果想标记结构中某个特别的键,有人喜欢将其加粗,但Nature 建议不改变键的粗细,而用彩色标记。


对于苯环等共轭结构,虽然教科书上说用单双键交替表示和圆圈电子云表示都可以,但在文章中使用前者更好,除非环戊二烯基负离子这样的结构。


另外,使用ChemDraw自带结构模板时也需要特别注意。比如下图下半部分的蓝色和红色的键,要么太长,要么太短,看起来不太美观。


二、原子


只有杂原子或含有杂原子的基团才需要将元素符号标出,普通的碳原子简化为键的交点,氢原子省略。不过,反应式中发生变化的基团应该标出(下图底部)。


如果甲基和一个杂原子相连,最好画成“Me”。当然,画成CH3也可以,但要保持全文一致。不管是甲基、氢原子还是其他基团,与杂原子相连时不需要把连接的单键画出来。


推荐使用的常见基团缩写为:


如果要使用非标准的缩写,需要在第一次使用时做出说明,并在后文中保持一致。对于某些处于结构中间的基团,使用缩写的话容易引起歧义,最好能把完整的结构画出。


画结构式时经常遇到需要标注正负电荷的原子,这时候应使用ChemDraw的电荷标记工具,而不是插入文本框后手打“+”或“-”。ChemDraw的工具提供多种形式选择,Nature 建议正负号外面不要带圆圈。另外,书写带电基团结构式时,正负号要标注在带电原子上,例如R3N+H(而不是R3NH+)。


盐应以溶液中的离子对形式出现。


表示自由基的黑点不能过大或过小,同样推荐使用ChemDraw的自由基工具来标记。


有时候我们需要用R来表示一组不同的基团,尤其是在讨论构效关系时。不同位置的R用阿拉伯数字作为序号以区分,数字应是R的上标而非下标。


三、有机金属化学


有机金属化学中经常要画各种配体和配合物,这方面有一些独特的规则。


在画芳香族配体时,由于金属常常与多个配体配位,就免不了要画配体的立体透视图。为了体现出立体的感觉,一些化学键的长度要调整,有近大远小的感觉,而不是统一缩短为一个长度。另外,双键之间的键间距建议改为绝对值而不是键长的百分比。


带电荷的配合物可以把电荷画在金属的右上角,也可以在整个配合物的右上角,但是还是一样需要全文保持一致。


而对于配合物的离子对,可以把正负电荷分别标出,也可以不标,但要全文一致。我们在初学配位化学时,喜欢把配位键画上箭头,从配体指向中心原子,但Nature 不提倡这种画法。


四、立体化学


对映异构体、非对映异构体、cis trans 异构体需要进行额外定义。


如果重绘某个手性分子或更换某个基团,一定要重新判断它的构型是否与实际一致!Nature 建议的做法是在ChemDraw的“Object”菜单中选择“Show Stereochemistry”,它会自动在手性碳上显示其正确构型。


手性碳相连的化学键一定要体现出其立体化学,并用楔形的粗线或虚线标注。除非必要,氢原子一般省略。


五、


正确使用各种箭头。下图中各情形分别是逆合成分析箭头(retrosynthesis arrow)、多步合成箭头(multistep synthesis arrows)、共振式箭头(resonance arrow)、平衡箭头(equilibrium arrows)、机理箭头(mechanism arrows)。机理图示中的弯曲箭头,要准确地反映反应的机理,Nature 推荐使用ChemDraw的“Pen tool”(钢笔工具)来绘制,而不是模板中的弯曲箭头。


六、出版要求


Nature 还对一些出版时要求统一的字体、字号、线长等格式作了规定。

  • 原子标识的字体为arial或helvetica,字号为6 pt

  • 不要勾选“Show Labels on Terminal Carbons”与“Hide Implicit Hydrogens”这两项

  • 固定键长(fixed length):0.381 cm

  • 键间距(bond spacing):18%(在倾斜的不饱和环中,有可能需要按照第三节有机金属化学中提到的要求进行调整)

  • 线宽(line width):0.021 cm

  • 粗体宽度(bold width):0.055 cm

  • 页边距(margin width):0.042 cm

  • 切割线间距(hash spacing):0.06 cm

  • 链角(chain angle):120°


这些参数在“Object setting”里都能设置哦。另外Nature 也提供了Style Sheet文件[2] 供大家使用。


七、特殊情况


对于一些超大、超复杂的分子,比如树枝状分子,如果使用上述标准绘制的话,图像会超出页面,这就需要特殊调整。Nature 建议首先使用标准设置绘制结构,然后按比例缩小到合适宽度,不能影响可读性。这种缩放应该在ChemDraw中执行,键宽和原子标识不应该首先被缩放。另外,原子标识字号的最小值是5 pt。


除了缩小,有些情况下还要对结构图进行放大,比如机理图中为了更清楚地展示一些细节,就需要按比例放大。同样,这一操作也需要在ChemDraw中进行,也需要注意使结构图保持美观。


以上就是Nature 对绘制化学结构式的主要建议了,英文原稿[1] 可以在文末看到。


Nature 不易,不过可以先从画好结构式开始嘛。祝愿大家都能心想事成!


参考文献:

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


(本文由氘氘斋供稿)


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