p X - G I N E E R q Kristallographen bekommen Tr„nen in die p Version 5.07 PD q Augen bei der Aussage eines Synthetikers, p ½ 1992 by q daž die R”ntgenstrukturanalyse auf dem Weg p Ph. Kraft q ist, eine Art Spektroskopie zu werden. D. Seebach in [1] Die R”ntgenstrukturanalyse wird nicht nur zur Strukturbestimmung isolierter Produkte immer bedeutender, sondern sie erm”glicht dem Synthetiker ber Strukturen reaktiver Zwischenstufen auch mechanistische Aussagen [1]. X-GINEER soll, als Editor fr R”ntgenstrukturdaten, dem ATARI ST die Viel- falt der in der chemischen Literatur publizierten Strukturen er”ffnen. Neben Eingaberoutinen, die sowohl ber die Tastatur als auch ber die Maus bedient werden k”nnen, besitzt X-GINEER eine Graphik-Ebene, in der die fraktionellen Koordinaten in verschiedenen Drehwinkeln und Darstellungens- formen betrachtet und ausgedruckt werden k”nnen, eine Reihe von Bearbei- tungsfunktionen (Orthonormierung, Substitutionen, Inversion... ) und einen Stack mit Bindungsl„ngen, Bindungswinkeln und Diederwinkeln zum Durchmessen der 3D-Projektionen. X-GINEER ist dabei kompartibel mit Chemograph-Plus 5.01 (½ 1992), so daž erstellte kristallographische Substrukturen zum Zeichnen gew”hnlicher 2D- Strukturformeln - etwa von gespannten Systemen [2], chiralen Verbindungen [3] oder von Makrocyclen [4] - verwendet werden k”nnen. **************************************************************************** * * * Der zu dieser Anleitung geh”rende Ordner X_GINEER.507 inkl. Inhalt ist * * Public Domain, also frei kopierbar. Er darf daher nicht verkauft oder * * vertrieben werden, und nur komplett kopiert werden. Insbesondere die * * Beispieldateien drfen nicht ohne das Programm vervielf„ltigt werden. * * * **************************************************************************** X - G I N E E R 5 . 0 7 P D In der Menleiste ist der Reihe nach aufgefhrt: p X-GINEER System Unit Cell Frac.Coo. Graphic Manipul. q Unter den jeweiligen Menleisten-Punkten erscheinen folgende Operationen: X-GINEER Hierunter findet sich eine kurze Programm-p Information q p help q und eventuell vorhandene Accessories. System Hierin sind die 7 Kristallsysteme p Cubic Tetragonal Orthorhombic q p Monoclinic Triclinic Hexagonal Rhombohedral q der Reihe nach aufgefhrt, die mit der Maus angew„hlt werden und die Symmetrieverh„ltnisse bei der Eingabe der Achsen- l„ngen und Achsenwinkel bercksichtigen. Diese Auswahl kann auch ber p Selection F1 q vorgenommen werden: Es erscheint eine Auswahlbox mit beschrifteten Symbol- feldern, die mit der Maus angew„hlt werden, "BLANK AND CANCEL" entspricht dabei dem triklinen System. Unit Cell Die Eingabe der Achsenl„ngen unter p Axis lengths F2 q ist p in ngstr”m q oder p in picometer q m”glich. Nach Auf- rufen von p Axis lengths F2 q erscheint eine Dialogbox mit Zahlenfeld, die mit der Maus ber das Zahlenfeld oder aber - was meist schneller geht - ber die Tastatur bzw. den rechten Zahlenblock bedient werden kann. Hierbei entspricht die "Backspace"-Taste der Funktion <-, die "Return"- oder "Enter"-Taste der Enter-Funktion und die "Delete"-Taste der Clr-Funktion. Die New-Funktion, die einen Sprung zum Ein- gabebeginn bewirkt, hat keine Entsprechung. Die Auswahlbox zur Eingabe der Achsenwinkel unter p Angles F3 q entspricht in Aufbau und Funktion der oben beschriebenen. Anmerkung: Wurde ein rechtwinkliges Achsensystem durch Wahl des kubischen, tetragonalen oder orthorombischen Kristall- systems festgelegt, erscheint die Winkelauswahlbox nur kurz und zeigt die 90ø Eintr„ge an. Auch andere durch die Symmetrieverh„ltnisse festgelegte Achsenl„ngen und -winkel werden automatisch in die Auswahlboxen bertragen. Frac.Coo. Die fraktionellen Koordinaten * 1E4 werden unter dem Men- punkt Input F4 eingegeben. Bei Aufruf erscheint ein Kontrollfenster mit den generierten Daten und eine Atom- symbol-Leiste mit Mlleimer, Datei-Symbol und Schieber, ber die die Eingabe erfolgt. Die Eingabe beginnt mit der Auswahl eines Atom-Symbols mit der Maus oder durch Best„tigung mit der "Return" oder "Enter"- Taste, wenn der Mauspfeil ber einem Symbol steht. Letzteres erm”glicht die schnelle Eingabe sortierter Tabellen, da die Maus nach einem Durchlauf auf das Atom- symbol des vorigen Eintrags gesetzt wird. Anschliežend gelangt man in einen Schieber, der die horizon- tale Mausposition in einen Zahlenwert wandelt. An den R„ndern wird der Zahlenbereich um je 500 Skalenteile ver- schoben, šbernahme erfolgt durch Mausklick. Schneller ist die Eingabe des Zahlenwertes ber den rechten Zahlenblock: Bei Eingabe der ersten Zahl wird der Schieber eingefroren, die Zahl wird dann ber die Tastatur eingetippt und nach eventueller Korrektur ber "Backspace" mit "Return" oder "Enter" best„tigt. Negative Zahlen werden durch die Minus- taste generiert ( dies entspricht der Multiplikation mit *(-1), nicht einem Vorzeichen, und wirkt nur auf bereits eingegebene Zahlen). Nach Eingabe der x, y und z-Koordinaten eines Atoms werden die Daten in das Kontrollfenster bertragen und ein erneuter Durchllauf kann begonnen oder die Eingabe durch Anwahl des Datei-Symbols beendet werden. šber den Mlleimer l„žt sich das jeweils zuletzt eingegebene Koordinatentripel l”schen. Achtung: Die Daten werden nach Beenden der Eingabe nicht automatisch auf Diskette abgespeichert. Erstellte oder geladene Daten k”nnen ber den Menpunkt p Look F5 q in einem Fenster betrachtet werden.Um das Men zu regenerieren muž das Fenster durch Mausklick in der linken oberen Ecke geschlossen werden. Bindungsl„ngen lassen sich analog ber den Menpunkt p Bond lengths F6 q in ein Fenster bertragen. Zur Eingabe neuer Koordinaten k”nnen die alten Daten ber den Menpunkt p Clear clr q gel”scht werden. Die ber das Men anw„hlbare Option p Switch tab q be- wirkt ein Umschalten zwischen physikalischem und logischem Bildschirm bei Graphikausgaben. Dies erm”glicht einen flimmerfreien Bildaufbau (auf Kosten von etwas Rechenzeit). Bei Grožbildschirmen sollte Switch tab jedoch nicht aktiviert werden, da dies zum Absturz fhren k”nnte! Daten im .3D oder einem beliebigen .TXT -Format werden ber den Menpunkt p Read [Control]r q mit eventuellen Bindungsinformationen eingelesen. Die Routine ist sehr flexibel geschrieben und orientiert sich an dem h„ufig verwandten SHELX-Format: Die Zellparameter (Achsenl„ngen und -winkel) stehen am Dateianfang. Es folgen die fraktionellen Koordinaten, an die das Atomymbol angeh„ngt wird. Optional k”nnen Bindungs- informationen und ein Kommentar am Schluž der Datei stehen. Bis zu einer Dateigr”že von 32 Atomen werden die geladenen Daten Zeile fr Zeile angezeigt. Gr”žere Datenmengen werden als Block direkt in das Fenster bertragen (Zeitersparnis). Im Chemograph-Plus .3D-Code werden die Daten inklusive Bindungs- und Atomdarstellungsinformation ber p Save .3D q p [C]d q abgespeichert. Nach Laden der Datei von Chemograph-Plus aus muž lediglich zentriert und eingepažt werden, wenn dies nicht in X-GINEER durch 'Centralize F9' bereits erfolgte. Speichern der Daten und Bindungsl„ngen als ASCII-Textdatei zum Einlesen in Textverarbeitungsprogramme ist ber den Menpunkt p Save .TXT [C]t q m”glich. Zus„tzlich zu den Zellparametern und Koordinaten wird auch eine Tabelle mit Bindungsl„ngen angeh„ngt, um Bindungsinformationen beim Laden bernehmen zu k”nnen. Das Abspeichern der .3D und .TXT-Dateien erfolgt mit automatischem Back up. šber den Menpunkt p Print [C]p q lassen sich die erstellten Daten mit Bindungsinformationen auch direkt auf einem Drucker ausgeben. Das Programm wird ber p Quit esc q verlassen. Achtung: Es erfolgt keine Sicherheitsabfrage, nichtabge- speicherte Daten gehen verloren. Graphic Unter diesem Eintrag werden die Atomdarstellungs- informationen fr die Graphik-Ebene generiert. Nach Aufruf der Menpunkte p Carbon [C]c Hydrogen [C]h Oxygen [C]o q p Nitrogen [C]n Chlorine [C]l Bormine [C]b q p X-Atom [C]x Y-Atom [C]y Z-Atom [C]z q erscheint eine Auswahlbox mit einer Musterpalette, +/-/CR - Feld und der aktuellen Atomdarstellung. Das Muster wird durch Auswahl eines Feldes aus der Musterpalette mit der Maus festgelegt, die Gr”že durch Anklicken der +/- Felder ver„ndert und die Atomdarstellung ber das CR-Feld (fr "Cursor Return") best„tigt. Die Ausgangskonfiguration kann durch p Standard [C]s q wieder hergestellt werden. šber den Menpunkt p Draw F7 q lassen sich die gerierten Daten graphisch dargestellen. Die Zeichenebene enth„lt die Eintr„ge p X-GINEER Projectn. Options Stack q mit den Unterpunkten: X-GINEER Neben den geladenen Accessories ist p Home [C]Return q aufgefhrt, wodurch man in das Hauptprogramm zurckgelangt: Drehwinkel, Vergr”žerung und Bindungsinformationen werden fr erneuten Aufruf zwischengespeichert. Projectn. Beim šbergang in die Zeichenebene werden die aktuellen Bindungsabst„nde berechnet, die Koordinaten orthonormiert und zentriert. Je nach Datenmenge wird fr diese Initialisierung beim ersten Aufruf einige Rechenzeit be- n”tigt. Die Rechenzeit verkrzt sich stark, wenn Bindungs- informationen aus der Datei geladen werden konnten oder bereits ber 'Bond lenghts F6' generiert wurden. Die Projektion der berechneten Koordinaten erfolgt dann jeweils nach Drehung um die Winkel Phi und Theta (vgl. Kugelkoordinaten). Die Einstellung der Drehwinkel l„žt sich ber die Menpunkte p Increase Phi -> -slightly [Shift]-> q p Decrease Phi <- -slightly [S]<- q p Increase Theta Þ -slightly [S]Þ q p Decrease Theta v -slightly [S]v q vornehmen, wobei das Inkrement Pi/12 entspr. 15ø, das "Shift"-Inkrement Pi/60 oder 3ø betr„gt. Die Vergr”žerung der Projektion kann ber die Menpunkte p Enlarge < q und p Shrink > q festgelegt werden. Bei diesen Graphik- operationen empfielt sich jedoch das Arbeiten ber die Tastaturcodes (Pfeile) besonders. Options Hierunter kann die Darstellungsform variiert werden: p Framework f q => Gerst-Modell p Ball and stick s q => Kugel-Stab-Modell p Ball and spoke b q => Kugel-Sprossen-Modell p Dotted spheres d q => Raumerfllungs-Modell p Space filling p q => Kalotten-Modell 'Framework' ist am schnellsten und wird auch bei der Initialisierung verwendet. Bei 'Ball and stick' kommen perspektivisch sortierte Atomdarstellungen hinzu und bei 'Ball and spoke' sind auch die Bindungen perspektivisch berdeckend dargestellt. Meist wird man in 'Framework' den Drehwinkel und die Vergr”žerung festlegen und die Ver- bindung dann als 'Ball and spoke'-Modell darstellen. 'Dotted spheres' und 'Space filling' sind durch die grožen Fllfl„chen etwas zeitaufwendiger und sollen einen Eindruck von der Raumausdehnung geben. Der 'Ball and stick'- und der 'Space filling'- Modus entspricht in etwa Darstellungsformen in Chemograph-Plus. šber p Numbering # q k”nnen die Atome (auch nichtge- bundenene) nummeriert werden. šber p Symbols ^ q k”nnen die Atomsymbole ausgegeben werden. Bei den nicht perspektivisch verdeckenden Darstellungen kann ber die p Axes | q -Option zus„tzlich ein molekl- festes Schwerpunkts-Koordinatensystem eingeblendet werden. Die p Switch tab q -Option ist identisch mit dem im Hauptmen unter Frac.Coo. aufgefhrten Punkt. Aužerdem ist eine einfache Druckroutine im Epson-Graphik- druckmodus p EPSON¿plot ~ q vorhanden, die eine ver- gr”žerte Hardcopy des Zeichenbereichs liefert. Die im Stack befindlichen Daten k”nnen durch Anw„hlen des p Trace mode | q laufend aktuell auf dem Drucker aus- gegeben werden. Stack p Press left mouse button to store: q p Angles and bond length will appear q Anklicken eines Atoms mit der linken Maustaste bertr„gt die Atomnummer in die unterste Ebene [1] eines Stacks [1], [2], [3], [4]. Solange die Maustaste gedrckt bleibt, ist in der linken oberen Bildschirmecke ein Fenster sichtbar, das den Diederwinkel [1], [2], [3], [4] (ohne Vorzeichen), den Bindungswinkel [1], [2], [3] und die Bindungsl„nge [1], [2] anzeigt. Im Stack sind alle Atome (auch nichtgebundene) in be- liebiger Reihenfolge speicherbar, ein bereits gespeichertes Atom wird jedoch nicht erneut aufgenommen (es erscheint kein Fenster). Anmerkung: Wird das in der untersten Ebene gespeicherte Atom erneut angeklickt, so wird das Fenster erneut gezeigt, ohne daž die Atomnummer in den Speicher geschrieben wird. Neben dem Durchmessen der Verbindung, erlaubt der Stack auch eine "Entderivatisierung" z.B. durch Austausch einer Phenylsemicarbazono-Gruppe gegen eine Oxo-Funktion (etwa die aus dem Semicarbazon): [4]: C, [3]: O, [2]: C, [1]: N und Aufruf der Funktion p Substitute |4-3|->|2-1| [A]s q. Vordefiniert sind die Bindungsl„ngen C-H (1.12 ), O-H (0.97 ) und C=O (1.20 ) der Ebenen [4], [3] beim Aufruf p Substitute |C-H|->|2-1| [A]c q , p Substitute |O-H|->|2-1| [A]h q , p Substitute |C=O|->|2-1| [A]o q . H„ufig findet man in der Literatur aufgrund eines Symmetriezentrum i nicht alle Koordinaten angegeben. Mit der Funktion p Inversion i( «|2-1|)-> [A]i q lassen sich dann die redundanten Koordinaten generieren, wobei das Inversionszentrum durch Eingabe eines Punkt/Bild-Paares in die Ebenen [1] und [2] des Stacks festgelegt wird. šber p Purge Atom ª(|1|)-> [A]p q l„žt sich das Atom in der Ebene [1] entfernen, ber p Bond Atoms Þ(|2-1|)-> q p [A]b q bzw. p Erase Bond ª(|2-1|)-> [A]e q Bindungen zwischen den Atomen der Ebenen 1 und 2 setzen bzw. ent- fernen. Anmerkung: Bis auf die Bindungsfunktionen wirken diese Operationen auch auf die Koordinaten im Hauptmen, die ber 'Look F5' betrachtet werden k”nnen. Manipul. Zurck im Hauptmen verbleiben noch drei Menpunkte: šber p Orthonormalize F8 q werden die fraktionellen Koordinaten auf ein rechtwinkliges Koordinatensystem der Einheit 1 umgerechnet. Auch hierbei werden die Ausgangs- koordinaten berschrieben und k”nnen ber 'F5' betrachtet und ber '[C]d' bzw. '[C]t' abgespeichert werden. p Centralize F9 q bewirkt zus„tzlich zur Orthonormierung die Umrechnung auf Mittelpunktskoordinaten. Andere Programme lassen sich - bei ausreichendem Speicher- platz - ber p Execute [C]e q von X_GINEER aus starten. Im Ordner X_GINEER.507 stehen die folgenden .TXT und .3D-Beispieldateien: Ordner/Datei Verbindung ============== ========================================================== ALICYCL------ ---------------------------------------------------------- CYCL08EN trans-Cycloocten [3] CYCL08ON Cyclooctanon [5] CYCL10ON Cyclodecanon [6] CYCL11ON Cycloundecanon [7] CYCL14ON Cyclotetradecanon [8] CYCL15ON Cyclopentadecanon (Exalton¾) [4] SKELETON----- ---------------------------------------------------------- NOBORNEN Norbornen [2] CEDROL (+)-Cedrol [9] LONGIFEN Longifolen [10] EPILABDN (-)8à,12-Dihydroxy-13,14,15,16-tetranor-9-epilabdan [11] TOPOLOG------ ---------------------------------------------------------- CATENAN8 Selbstassoziierendes [3]-Catenan [12] (CCDC) ROTAXAN5 In [12] nicht abgebildetes [2]-Pseudorotaxan (CCDC) ============== ========================================================== Quick Start Fr einen schnellen Einstieg eignet sich Norbornen: p [C]r q \SKELETON\NOBORNEN.TXT p F7 q und zu einer interessanten Projektion gelangt man durch 3x p < (gr”žer als) q , 10x p Þ (Pfeil-hoch) q , 2x p <- (Pfeil-links) q und p b q ... Literatur: [1] D. Seebach, Angew. Chem. 1990, 102, 1363-1409. [2] O. Ermer et. al., Angew. Chem. 1989, 101, 1298-1301. [3] O. Ermer et. al., Acta Cryst. 1982, B38, 2200-2206. [4] J. Kroon et al., Acta Cryst. 1979, B35, 1858-1861. [5] P. Groth, Acta Chem. Scand. A 1981, 35, 117-121. [6] P. Groth, Acta Chem. Scand. A 1976, 30, 294-296. [7] P. Groth, Acta Chem. Scand. A 1974, 28, 294-298. [8] P. Groth, Acta Chem. Scand. A 1975, 29, 374-375. [9] V. Amirthalingam, Acta Cryst. B 1972, 28, 1340-1345. [10] J.C. Thierry, Acta Cryst. B 1972, 28, 3249-3257. [11] G. Bernardinelli, Acta Cryst. C 1985, 41, 746-749. [12] J.F. Stoddart, Angew. Chem. 1991, 103, 1052-1061.