Inhalt: Kurs Chemie-SoftwareAchtung: Diese Seite befindet sich im alten Webbereich des RRZK. Entweder wurde sie noch nicht im neuen Webbereich verfügbar gemacht oder sie ist nicht mehr aktuell. Wir sind bemüht, alle Webangebote des RRZK schnellstmöglich zu portieren und bitten um Ihr Verständnis.
Das ZAIK/RRZK verfügt (u.a.) über mehrere
Mehrprozessor-Maschinen, die dem Besitzer eines Server-Accounts für
Rechnungen zur Verfügung stehen.
Für den Zugang zu den verschiedenen vorgestellten Programmen ist ein Account notwendig. Ein Account für die Rechner im CIP-Raum der chemischen Institute kann bei Frau Börsch-Pulm beantragt werden. Ein sog. Server-Account muss schriftlich beantragt werden. Das notwendige Formular gibt es im postscript- und MS Word6-Format.
Prinzipiell kann man sich von jedem Rechner aus auf den
Compute-Servern einloggen. Je nachdem, ob man Anwendungen mit grafischer
Ausgabe oder Anwendungen in einer Textkonsole ausführen will, ist
hierzu evtl. ein X-Server notwendig (XWinPro oder ExCeed). Auf den
Rechnern im CIP-Pool ist ExCeed installiert. Unter Linux oder von
Unix-Rechnern aus loggt man sich mit der Secure-Shell ssh ein.
Genaueres zur secure-shell findet man im Leitfaden
Chemie-Software.
Zentraler Anlaufpunkt für Chemie-Software am ZAIK/RRZK ist die Seite Chemie an der Universität zu Köln. Zu Fuss ist diese von der Startseite der Uni-Köln aus über die Links "Institutsübergreifende Sachgebiete" -> "Chemie". Hier findet man aktuelle Hinweise, Verweise auf Linksammlungen, den Leitfaden Chemie-Software und die Seite Software im Bereich Chemie. Eine Übersicht über die im CIP-Pool der chemischen Institute installierten Software gibt es (noch) nicht.
Die Programme können im Rahmen des Kurses selbstverständlich nicht eingehend behandelt werden. Zusatzinformationen über die Programme erhält man auf der entsprechenden Seite im Internet (ausgehend von Software im Bereich Chemie). Meist findet man auch Verweise auf Tutorials oder die Online-Anleitungen uvm.
In einem Beispiel soll die Verwendung von Gaussian98 unter Windows vorgestellt werden. Das Inputfile nitrobenzene.com wurde mit Gaussview auf der PI1 erzeugt und kann sowohl auf dem PC (G98W) als auch auf den Unix-Servern (Gaussian98.A7) eingesetzt werden. Es wird eine Geometrieoptimierung (ab initio, Basissatz 6-31g(d)) durchgefürt. Die verwendeten Keywords sind:
Als Ergebnis erhält man unter Unix die folgenden Dateien: Auf dem PC findet man Die Dateien mit der Endung .fck oder .fchk heissen "formatierte Checkpointfiles" und sind plattformübergreifend einsetzbar. In diesem Falle enthalten sie die MO-Koeffizienten. Gaussview (pi1, sgi1) kann auf einfache Weise Orbitale darstellen. Ein weiteres interessantes Programm ist gOpenMol, auf das später eingegangen wird. Orbitaldarstellung mit GaussviewMan loggt sich auf der pi1 ein:
> ssh pi1
> ssh pi1. und startet Gaussview:
Nach erfolgter Berechnung (kann dauern...) wird das Orbital ausgewält und mit Klick auf "Okay" dargestellt.  Orbitaldarstellung mit gOpenMolDiese Prozedur ist ein wenig komplizierter, liefert aber bessere Ergebnisse. Die Darstellung eines Orbitals z.B. beinhaltet folgende Punkte:
Die Firma Wavefunction ist Herausgeber einiger Bücher, die z.T. auch im ZAIK/RRZK entliehen werden können. Der Spartan User's Guide und das Spartan-Tutorial stehen auch online zur Verfügung. Beide Bücher sind Übersichtlich und insbesondere das Tutorial ist dem Einsteiger sehr zu empfehlen. Es vermittelt anhand von einfachen und interessanten Beispielen den Umgang mit Spartan. Hier soll ein Beispiel des Spartan-Tutorials, Propylene oxide, einmal durchexerziert werden. Nach der Durchführung sollte das Ergebnis in etwa so aussehen: 
Das auf dieser Seite nachfolgende Beispiel, das 3-Cyanocyclohexylradikal auf dem AM1-Level, liefert folgende Ausgabe: 
Auf der dialog ist die "Inorganic Chemistry Structure Database (ICSD)" installiert. Sie beinhaltet zur Zeit 53372 Einträge, ein Update auf die neueste Version steht an (57195 Einträge). Die ICSD kann entweder mit dem Tool Crystin durchsucht werden, hierzu gibt es eine (zugegeben etwas ältere) Manpage sowie ein Online-Manual, der Schwerpunkt soll hier auf dem Web-Interface liegen. Zunächst wählt man die Größe des zur Verfügung stehenden Displays. Im Normalfall entscheidet man sich für "normal screen". Der folgende Schirm ist dreigeteilt, wobei oben die Eingabemaske liegt, in der Mitte eine Statusanzeige und unten das Ergebnisfenster. Als Beispiel soll hier nach Verbindungen gesucht werden, welche Barium, Yttrium, Lanthan und Sauerstoff enthalten. Hierzu gibt man in der Maske an der Stelle "Elements" ein> "ba,y,la,o" und klickt auf den Button "Go". Im mittleren Frame erscheint nun die Meldung "15 selected". Mit "List_Entries" erreicht man, dass die Einträge im unteren Frame aufgelistet werden. Wir markieren den Eintrag "1988 Mazumder - Ba1.8Lao0.2Y0.94Cu3O7. [PMMM]" und klicken auf "Structure". In einem neuen Fenster erscheint der Eintrag, und man kann nun unten auf "Display" klicken, um sich die Struktur als VRML-Datei anzusehen. Mit ein paar Einstellungen erhält man folgende Grafik.
Sollte Ihr Browser nicht in der Lage sein, VRML-Dateien darzustellen, muss ein VRML-Viewer eingerichtet werden. Unter Win9x/NT/2000 empfielt sich der Cosmo-Player. Auf der Dialog ist vrweb installiert und wird beim Aufruf einer .wrl-Datei (hoffentlich) gestartet. Dies ist selbsverständlich nur ein Teil der Fähigkeiten des Webinterfaces. Wählt man in der Ergebnismaske statt "Structure" beispielsweise "Details" oder "Pattern", werden in einem neuen Fenster Details zum Datensatz (mit der Möglichkeit, Datensätze zu exportieren!) bzw. das Reflex-Pattern der Strukturuntersuchung dargestellt.
Die Cambridge Structural Database (CSD) ist eine Datenbank mit organischen und metallorganischen Röntgenstrukturen. Oligomere mit mehr als 25 Struktureinheiten sowie polymere Strukturen sind nicht erfasst. Derzeit beinhaltet die Datebank etwas über 215000 Einträge;. Sie ist nur über die dialog verfügbar. Weitere Informationen zur CSD gibt es auf den CSD-Seiten des Rechenzentrums, dort auch das Online-Handbuch. Die CSD wird mit der Software quest entweder im Text- oder Grafikmodus durchsucht. Daten können in verschiedenen Formaten ausgegeben und weiterverarbeitet werden. Des weiteren gibt es mit conquest eine neue Software, die weiter unten behandelt wird. Struktursuche mit questQuest erlaubt die Suche in den Datensätzen der CSD. Neben einer textbasierten Interaktion kann auch eine grafische Oberfläche genutzt werden. Hier soll ein kurzes Beispiel für beide Modi gezeigt werden. a. Textbasierte Suche Aufruf von Quest auf der Dialog mit
-- wobei azt ein frei gewählter Name für die Suche ist.
Es erscheinen Informationen über die Datenbank und der Eingabeprompt "> ". Hier gibt man nun folgendes ein:
> save postscript > t1 *name AZT Die Suche wird gestartet mit
Der erste Eintrag ist Piazthiole, den weisen wir ab (R, reject). Die nächsten vier übernehmen wir mit "K" wie "keep". Da wir mit stoplimit 4 die Anzahl der zu suchenden Datensätze auf vier limitiert haben, ist die Suche hier beendet und wir beantworten die Frage
mit "Y". Quest schreibt die gefundenen Datensätze als postscriptfile in das Arbeitsverzeichnis. Dieses können wir uns mit
ansehen. b. Suche mit grafischen Interface Zunächst ruft man wie oben quest auf, allerdings mit einem anderen Namen.
Mit
teilen wir quest mit, welche Umgebung wir verwenden. Die grafische Benutzeroberfläche wird mit
gestartet. Den auf dem folgenden Fenster erscheinenden Text quittiert man mit einem Mausklick. Die Aufteilung des Fensters ist etwas ungewönlich, aber nicht schwierig zu beherrschen. Wir wollen die gleiche Suche wie unter a hier nochmal durchführen. Die grafische Benuzeroberfläche erlaubt auch, Strukturen zu zeichnen, darauf gehen wir aber nicht ein - ein weiteres Beispiel hierzu findet sich in einer Einfürung in die Benutzung von Quest von Rasmus Plewe. Klicken Sie auf die Fläche "TO-SEARCH" (oben rechts). Wählen Sie dann unter "Retrieve" den Schalter "Text". Links erscheinen nun einige Punkte, die man für die Suche ausfüllen kann. Uns reicht hier "*NAME". Durch einen Klick wird unten nach einer Texteingabe gefragt, geben sie "AZT" ein und bestätigen Sie mit der [Enter]-Taste. Danach klickt man wie aufgefordert auf "TO-SEARCH" (oben rechts). Nun müssen wir noch das Ausgabeformat angeben. Klicken Sie auf "FDAT" im "SAVE"-Fenster.Das Stoplimit setzen wir auf 1 (Knopf "STOP-LIMIT" etwa in der Mitte rechts, Eingabe von "1" und bestätigen mit [Enter]) Die Suche kann beginnen: Starten Sie die Suche mit dem Knopf "QUEST...". In einem neuen Fenster erscheint unsere Auswahl "T1 *NAME AZT", diese klickt man an und startet mit dem Schalter "START-SEARCH". Der erste erscheinende Datensatz entspricht wieder dem Piazthiole, den wir wieder mit Reject abweisen. Den nächsten (FIXGAU02) behalten wir ("KEEP"). Wir werden wieder aufgefordert, Quest zu beenden, tun Sie dies mit der Eingabe von "Y" und der [ENTER]-Taste. Nach dem Verlassen von Quest finden wir in unserem Verzeichnis eine Datei namens "azt2.dat". Struktursuche mit conQuestConquest ist die neue grafische Benutzeroberfläche für die CSD. Sie hat u.a. den Vorteil, etwas intuitiver zu sein und das Format .res (xtaldat) zu schreiben, das z.B. von Schakal99 verstanden wird. Conquest wird auf der Dialog mit
aufgerufen. Wieder wollen wir nach Einträgen zum Thema AZT suchen. Klicken Sie auf die Schaltfläche "Compound Name". Nachdem Sie "AZT" eingegeben haben, können Sie die Suche direkt mit "Search" beginnen. Nach kurzer Zeit erhalten wir fünf Ergebnisse. Schauen Sie sich die Strukturen auch im "3D-Visualizer" (rechts im Fenster) an. Markieren Sie die Struktur NOMLAC und gehen Sie im Menue auf "File -> Export Entries as...". Wo jetzt "CIFMIF: Combined DIF and MIF file" steht, können Sie "SHELX: simulated SHELX .res file" auswälen, klicken noch im "Select what to export" auf "Current entry only" und geben weiter unten einen Namen an, vielleicht azt3.res. Mit [save] wird die Datei geschrieben.
Beilstein Crossfire ist ein Client für den Zugang zur Beilstein-Datenbank, bisher (meines Wissens nur für Windows-Plattformen erhältlich). Der Datenbank-Server ist (für den Kölner Zugang) in Dortmund. Beilstein Crossfire ermöglicht u.a. die Suche mit Hilfe am Bildschirm gezeichneter Moleküle. Beilstein liefert Informationen:
und das alles brav mit Literatur etc. Suchen per Hand im Beilstein konnten schon mal etwas länger dauern - eine Suche heute Online dauert meist nur ein paar Sekunden. Der Beilstein Commander kann von von jedem innerhalb des Netzes der chemischen Institute verwendet werden. Die Software ist frei erhätlich. Über die Installation informiert man sich wieder auf der RRZK-Seite zum Beilstein-Commander. Hier wird eine Suche nach Verbindungen durchgeführt, welche das Grundgerüst des AZT besitzen. Nach dem Start des Commanders muss man Verbindung zur Datenbank aufnhemen, dies geschieht durch den Menuepunkt
Den folgenden Dialog bestätigt man mit [OK]. Nun öffnet man den Struktureditor mit einem Doppelklick auf das mit [Structure] betitelte Fenster. Alternativ kommt man dorthin durch Klick auf das Symbol mit einem Benzolring und einem Stift, oberhalb des Structure-Fensters der dritte Knopf von rechts, oder über den Menuepunkt Task -> Structure-Editor. Wir benutzen übliche Methoden zum Zeichnen der AZT-Struktur. Es ist z.B. eine Strategie, das Grundgerüst zunächst ausschließlich mit Kohlenstoff zu zeichnen und nachträglich durch Klicken auf die C-Atome andere Kerne auszuwählen. Den Bindungsgrad kann man durch Klicken auf die Bindung verändern. Es ist möglich, den Bindungsgrad bestimmter Bindungen bei der Suche "frei" zu lassen, also nicht festzulegen, ob es sich um eine Einfach-, Doppel- oder Dreifachbindung etc. handelt. Hierzu weist man den Bindungen den Typ "Any" zu. So kann man auch mit Kernen oder Substituenten verfahren. Das Fenster sieht dann z.B. so aus, wobei die Bindungen zwischen den Stickstoffen auf "Any" gesetzt sind. 
Statt selber zu zeichnen, kann man die Datei azt.bsd auch lokal abspeichern und im Beilstein Commander öffnen. Den Struktureditor verläßt man über das Menue "Task -> Beilstein Commander". Mit dem Menuepunkt "Task -> Start" wird die Suche in der Datenbank gestartet. In diesem Fall werden 18 Einträge gefunden. Man gelangt dann mit "Display Hits" zu den Ergebnissen der Suche. Alternativ kann z.B. im Fact-Editor gezielt nach Verbindungen mit bestimmten Eigenschaften gesucht werden.
Während des Kurses wurden die Programme ChemOffice, ACD-NMR und molden vorgestellt. ChemOffice und ACD-NMR sind im CIP-Pool Chemie installiert, Molden steht für verschiedene Plattformen im WWW (Molden Homepage) zur Verfügung. Auf die Programme ACD-NMR und ChemOffice wird hier nicht weiter eingegangen. Beide enthalten Tutorials und durchdachte Hilfefunktionenen. Schwieriger zu handhaben ist molden, daher sollen die Fähigkeiten dieses Programms kurz vorgestellt werden.
Molden ist ein Programm zur Darstellung der Ergebnisse quantenchemischer Berechnungen. Molden versteht die Ausgabedateien (.log) von Gaussian. Wichtig ist, dass Gaussian Input-files in der Route-Section zusätzlich foldende Informationen beinhalten: #p iop(6/7=3) gfinput "p" sorgt für die Angabe zusätzlicher Informationen (z.B. über die SCF-Konvergenz); "iop(6/7=3)" schaltet die Ausgabe aller MO's an und "gfinput" zeigt Basissatzinformationen. Eine Liste der sog. Overlays (iops) findet man bei Gaussian. Ein Beispiel für ein geeignetes Gaussian-Jobfile ist nitrobenzene_am1.com. Nach der Berechnung erhält man die Datei nitrobenzene_am1.log, welche von molden gelesen werden kann. Nach dem Start von molden klickt man auf die Schaltfläche "Read" und gibt im erscheinenden Fenster die .log-Datei an. Zur Darstellung der Orbitale und Dichteverteilungen gelangt man mit dem Knopf "Dens.Mode". Standardmäßig ist nun das Molekül zu sehen, mit dem HOMO als Graph-Repräsentation dargestellt. Nun kann man eine 3D-Volumendarstellung wählen, indem man den Knopf "Space" klickt. Als Contour Value (Abfrage des folgenden Fensters) bietet sich 0.015 an. Statt des HOMO können natürlich alle Orbitale dargestellt werden (Plot Function), ebenso Potentiale etc. Interessant ist auch die Möglichkeit, Vrml- und PovRay-Dateien zu exportieren (Schalter mit einem V und einem R). über den Umgang mit PovRay möge man die PovRay Homepage konsultieren. Die folgende Grafik wurde mit PovRay erzeugt.  Klicken Sie auf molden.wrl. Sollte Ihr Browser vrml 1.0 nicht unterstützen, schauen Sie mal bei Cosmo-Software vorbei. Zur Chemie-Homepage Mailingliste für Fragen und Probleme zur Chemiesoftware: chemie-software@rrz.uni-koeln.de |
