Didaktik der Chemie / Universität Bayreuth

Stand: 27.04.17


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Formel-Editoren, Übungen 2-4


Übung 2: Zeichnen einer einfachen Struktur mit IUPAC-Sonderzeichen.


Abb.: Angestrebtes Ergebnis von Übung 2

  1. Öffnen Sie das Programm "ChemSketch" vom Desktop, Zugang Chemie.

  2. Das Programm ist voreingestellt auf die Struktur-Zeichenfunktion ("Structure"). Damit wird die Grundstruktur der Formel erstellt.

  3. Ändern Sie Schriftart, Schriftgröße, Bindungsstärke und -länge etc. in Tools, Structure Properties: Bereich Common: Current Style Normal, Show Carbons: Häkchen bei all setzen, Size Calculation Atom Symbol Size 14, Atom Style Arial, Set Default.
    Bereich Atom: n in blauer Leiste anklicken, fett formatieren durch anklicken von B, Set Default.

  4. Zum Erstellen des C-Grundkörpers auf "C" (linke Leiste) klicken. Dann klickt man mit der linken Maustaste auf die Arbeitsfläche (eher links orientieren, da man eine Gleichung erstellen möchte). Es erscheint "CH4".

  5. Durch erneutes Drücken auf das "C" des "CH4" kann man nun die Bindung zum zweiten "C" zeichnen. Dabei sollte das Symbol Draw Normal gewählt sein. Man hält die linke Maustaste so lange gedrückt, bis sich der Cursor auf der gewünschten Stelle befindet. Dabei ist zu beachten, dass die Linie gleich gerade gezeichnet wird. Auch der Abstand sollte so gewählt werden, dass Brom im Anschluss nicht daneben "gequetscht" wird.

  6. Man wählt nun in der linken Leiste Brom "Br" aus und klickt mit dem Cursor rechts-mittig neben die C-C-Bindung (s. o.). Es erscheint "HBr".

  7. Man klickt erneut auf HBr und führt die Bindung durch gedrückt halten der linken Maustaste zum ersten C. Danach wiederholt man den Vorgang zum zweiten C. Das man jeweils am "C" angekommen ist, erkennt man durch das Erscheinen von "CH3" bzw. "CH2".

  8. Man hat nun einen cyclischen Komplex, bei dem das Brom eine positive Ladung trägt (erscheint automatisch). Im Folgenden muss die Struktur markiert werden. Dazu klick man auf das Symbol "Select/Move" (Symbol: blaue Kugel mit rotem Pfeil). Die Struktur wird durch ziehen des Cursors von oben links nach unten rechts markiert.

  9. Nun klicken Sie Tools, Add Explicit Hydrogens, um die weiteren H-Atome mit Bindungen angezeigt zu bekommen.

  10. Um die richtigen Bindungslängen-Verhältnisse zu bekommen, klickt man, während die Struktur noch markiert ist auf Tools, Clean Structure.

  11. Um den seitenverkehrten Komplex zieht man nun die Klammer: Polymers (Symbol: eckige Klammer mit tief gestelltem "n"). Die Klammern setzt man durch Anklicken eines Punktes links oberhalb der Struktur und ziehen des Cursors nach rechts unterhalb (keinen Index angeben).

  12. Der σ-Komplex ist nun seitenverkehrt, was man durch Auswahl des Symbols Select/Rotate/Resize (blaue Kugel mit rotem Pfeil um sich geschlungen) verändern kann. Man klickt mittig auf die Struktur, hält die Maustaste gedrückt und zieht nach rechts. Es erscheint ein Verhältnisfeld. Man zieht so lange, bis man etwa "-100%" erreicht hat. Proportionen bleiben erhalten.

  13. Zum Zeichnen des grünen Pfeils muss man nun vom Structure- in den Draw-Modus wechseln (links oben).

  14. In der linken Leiste befindet sich die Form "Arc 240°". Diese anklicken und mittig an der gewünschten C-Br-Bindung ansetzen. Maustaste gedrückt lassen und die Linie zu "Br" führen.

  15. Danach klickt man, um eine Pfeilspitze zu erhalten, doppelt auf die eben erstellte Linie. Es öffnet sich das Fenster Objects Panel. Dort wählt man den Reiter Arrow aus und klickt bei der rechten Einstellung zu Arrowheads Shape die gewünschte Pfeilspitze an. Wichtig: Zum Anwenden der Einstellung danach immer auf Apply klicken. Danach Reiter Pen auswählen und noch die gewünschte Linienstärke ("Width") einstellen, am besten 1,5 bis 2pt, Apply.

  16. Zum Einfärben der Linie mit der rechten Maustaste auf die gewünschte Farbe in der Farbleiste (unten) klicken.

  17. Nun auf das Symbol Text (linke Leiste) klicken und neben der Klammer ein Textfeld platzieren. Dort den Text "Br [leer] (dann auf das Symbol s+ in der oberen Leiste klicken) -". Darauf achten, dass die Schriftgröße/-dicke mit der aus der Formel übereinstimmt.

  18. Zum Erstellen des Doppelpfeils das Symbol Arrow in der linken Leiste anklicken. Den Pfeil durch "ziehen" mit der Maus rechts neben "Br -"setzen. Danach Doppelklick auf den einfachen Pfeil. Es erscheint das Fenster Objects Panel. Reiter Arrow, Body Style, [zwei Linien] 4 pt wählen und dann bei Arrowhead Shape die entsprechenden Pfeilspitzen einstellen. (Obere Zeile: Doppelpfeilspitze links; Untere Zeile: Doppelpfeilspitze rechts).

  19. Man wechselt nun in den Structure-Modus zurück und klickt dort auf das rote Plus ("Reaction Plus"). Das Plus platziert man dann zwischen Komplex und Br -.

  20. Abschließend, zur Benennung des Komplexes, wählt man das Symbol Edit Text ("ab", oben). Dann klickt man unter den Sigma-Komplex. Es öffnet sich das Fenster Edit Label. Man wählt nun das Symbol "Ω" (Greek Font) und tippt in die Textzeile "s", welches als "σ" erscheint. Danach nochmals auf "Ω" klicken, um den Befehl zu deaktivieren. Dann noch "-Komplex" schreiben und auf die Arbeitsfläche klicken. Das Textfeld kann, wie alle Teile der Formel, beliebig verschoben werden. Es muss nur das Symbol Select/Move/Resize (siehe 8.) angeklickt und das Textfenster angefasst werden.

  21. Die Struktur ist nun fertig. Sie kann als ChemSketch-Datei (.sk2) oder als Bild abgespeichert werden. Des Weiteren kann sie, nachdem man sie markiert hat, direkt über Strg+C kopiert und in ein Word- oder PowerPoint-Dokument (z. B. Arbeitsblatt) eingefügt werden (wenn es im Pool nicht geht - lokal zu Hause funktioniert es auf jeden Fall).


Übung 3: Zeichnen einer kovalenten, zusammengesetzten Struktur


Abb.:
Angestrebtes Ergebnis von Übung 3

Viele Standardverbindungen (Kohlenhydrate, Aminosäuren, DNA, etc.) findet man vorgefertigt unter Templates, Template Window oder durch Drücken von F5. Ein kurzer Blick kann viel Zeichenarbeit ersparen.

  1. Das Ziel von Übung 3 ist das Zusammensetzen größerer Moleküle aus Bausteinen in sauberer Skelettschreibweise. Dazu in Properties, Show Carbons, All Häkchen weg nehmen.

  2. Benzene aus der Symbolleiste rechts auswählen. Ersten Ring mittig auf die Zeichenebene setzen.

  3. Zweiten Ring direkt an die Kante links oben durch Hinschieben des Cursors platzieren.

  4. Jetzt Symbol Cyclohexane wählen.

  5. Cursor ans oberste C-Atom des zweiten Benzolrings bewegen, damit man die C-C-Bindung erhält.

  6. Jetzt aus der linken Symbolleiste Atomart C wählen und sicher stellen, dass in der oberen Leiste Draw Normal eingestellt ist.

  7. Jetzt an den Cyclohexanring-Positionen 2 und 6 jeweils auf den Ring-Kohlenstoff klicken. Man erhält Einfachbindungen (Methylgruppen), die bereits den richtigen Winkel aufweisen.

  8. An Ringposition 2 noch einmal etwa mittig auf die neu gezeichnete Einfachbindung klicken - es entsteht eine Doppelbindung.

  9. Element O wählen und durch Klicken an das Ende der Doppelbindung setzen.

  10. Element S wählen und ans Ende der Einfachbindung in Position 6 setzen. Die Gruppe wird automatisch zu SH.

  11. In der rechten Symbolleiste Acetyl (COOH) wählen und an die 4-Position setzen.

  12. Wieder Element C auswählen und durch direktes Klicken auf die Bindungen Doppelbindungen erzeugen.

  13. Wählen Sie in der oberen Symbolleiste Up Stereo Bonds (Keil) und setzen Sie sie durch Klicken, danach das Gleiche mit Down Stereo Bonds. Stören Sie sich nicht an der ungewöhnlichen Anordnung der Methylgruppen, denn:

  14. Über Tools, Clean Structure entstehen die richtigen Winkel.

  15. Zum farblichen Markieren: Aktivieren Sie die Lasso-Funktion (viertes Symbol v. l. in der oberen Symbolleiste), markieren Sie die entsprechende Gruppe und wählen Sie die gewünschte Farbe in der unteren Leiste durch Rechtsklick. Heben Sie die Markierung durch Klick daneben auf.

Spielen: Das Programm enthält des Weiteren die Funktion Generate Name for Structure unter Tools, Generate, Name for Structure. Achtung: Es handelt sich um automatisch generierte Namen, die nicht immer der IUPAC-Nomenklatur entsprechen. Der automatisch generierter Name der oberen Struktur wird ausgegeben mit 6,6-dimethyl-4-(naphthalen-2-yl)-5-oxo-3-sulfanylcyclohexa-1,3-dien-1-carboxylic acid. Hätten Sie sicher auch hingekriegt ;)


Übung 4: Zusammenfügen eines Versuchsaufbaues aus fertigen Einzelgeräten

Beim Erstellen von Skizzen eines Versuchsaufbaus ist das Programm ChemSketch sehr hilfreich. Fast alle Geräte, die man im Chemieunterricht benötigt, sind vorgefertigt. Das Erstellen von Versuchsaufbauten muss im Draw-Modus durchgeführt werden, da nicht alle Apparaturen vorgefertigt im Template-Feld enthalten sind.


Abb.: Angestrebtes Ergebnis von Übung 4

  1. Im Menü Templates, Template Window in der oberen Leiste Option Lab Kit wählen. Links neben Lab Kit kann man nun zwischen sieben verschiedenen Bereichen auswählen.

  2. Dreibein: Tripod Stand ist unter 7(7) Burners, Beakers, Crucibles. Nach dem Auswählen kann man die Objekte immer direkt in die Zeichenebene einfügen. Achten Sie auf eine sinnvolle Anordnung.

  3. Becherglas: Beaker (eines, das mit Wasser gefüllt ist).

  4. Brenner: Burner.

  5. Thermometer: Durch Anklicken des Symbols Select/Move/Rotate kann man das Thermometer in eine schräge Position bringen. Dazu klickt man auf den Anfasser (schwarze Quadrate an den Markierungsgrenzen) und dreht das Thermometer in die gewünschte Position.

  6. Die Eiswürfel müssen per Hand gezeichnet werden. Man wählt in der linken Symbolleiste Rounded Rectangle und fügt den ersten Eiswürfel ins Glas ein. Durch Drehung der Eiswürfel wird eine realistischere Darstellung erreicht. Durch einfärben (z. B. Eisblau) erreicht man eine zusätzliche Anschaulichkeit.

  7. Zum Einfärben muss die Form markiert sein. Dann klickt man mit der linken Maustaste auf die gewünschte Farbe (es wird die Fläche der Form eingefärbt). Möchte man den Rand auch einfärben, so klickt man zusätzlich noch mit der rechten Maustaste auf die gewünschte Farbe.

  8. Als Zusatz kann man z. B. noch eine Verbindung des Brenners mit dem Gasanschluss zeichnen. Dies beugt Fragen wie "Arbeitet der Brenner wohl mit Luft?" oder "Der Brenner ist doch gar nicht angeschlossen!" vor. Zum Zeichnen arbeitet man dabei mit Polygon, Rectangle und Line.

  9. Eine Beschriftung der einzelnen Elemente erfolgt abschließend über Text (linke Symbolleiste). Anklicken und das Textfeld an der gewünschten Stelle durch Ziehen platzieren. Danach Text einfügen. Durch Wählen des Symbols Pfeil (obere Leiste) kann das Textfeld danach noch beliebig verschoben werden.

Zusatz: selbst erstellte Geräte importieren.

Die verwendeten Geräte im Chemieunterricht gehen teilweise über die vorgefertigten Abbildungen im Template-Ordner hinaus. Aus diesem Grund ist es wichtig, dass man mit ChemSketch auch Abbildungen importieren kann, die in anderen Programmen erstellt worden sind. Beispielhaft soll dieser Importvorgang hier für den Weg einer Abbildung aus PowerPoint in ChemSketch dargestellt werden.

  1. Öffnen Sie ChemSketch.

  2. Man muss sich entweder für Draw oder Structure entscheiden, je nach dem womit man im Anschluss weiterarbeiten möchte (im Folgenden wird die Einstellung Draw gewählt).

  3. Da man auch in ChemSketch weiterhin die Möglichkeit haben möchte, die importierte Zeichnung zu bearbeiten, ist der Importvorgang etwas knifflig, einfaches Copy -> Paste ist deshalb nicht möglich. Die Objekte kommen einheitlich schwarz im Programm an und ein gesondertes Bearbeiten der einzelnen Teile ist im Anschluss nur schwer möglich.

  4. Man klickt nun auf Edit, Insert Object und erhält somit zwei Möglichkeiten, eine Zeichnung zu importieren.
    Variante 1: Klickt man im geöffneten Menü Objekt einfügen links auf Aus Datei erstellen, so kann man eine bereits fertige Datei auswählen (beispielsweise ein .jpg-Bild), welches dann mit dem entsprechenden Programm auf dem Computer geöffnet wird. Dort muss man das Bild markieren und kopieren (Strg+C) und kann es dann bei ChemSketch via Einfügen/Paste/Strg+V an der gewünschten Stelle einfügen. Man erhält dabei eine Rahmenvorgabe, welche die Umrisse des Bildes vor dem Einfügen darstellt.
    Variante 2: Neu erstellen anwählen. Als Objekttyp wählt man nun den Dateityp aus, in dem die Zeichnung erstellt werden soll, in unserem Fall Microsoft Office PowerPoint Folie, OK. Dadurch wird im Hintergrund PowerPoint geöffnet und gleichzeitig ein grau schraffiertes Feld in der ChemSketch-Zeichenfläche eingefügt, welches die Folie der Präsentation simuliert.

  5. Nun kann in PowerPoint die entsprechende Zeichnung erstellt werden, die dann gleichzeitig auch auf der ChemSketch-Arbeitsfläche entsteht.

  6. Nach dem Erstellen der Zeichnung kann diese durch Doppelklick in ChemSketch jederzeit mit PowerPoint nachbearbeitet werden, es ist eine Objekt-Datei.

  7. Hinweis: Hat man bereits eine Zeichnung erstellt, die man beispielsweise via PowerPoint nach Version 1 in die ChemSketch-Vorlage kopieren möchte, so muss die Zeichnung Schritt für Schritt übernommen werden, da eventuelle Farben beim Kopieren verloren gehen und in ChemSketch neu erstellt werden müssen.

  8. Farben verändern: Doppelklick auf das eingefügte Objekt, es öffnet sich das Menü Object Panel. Hier auf Fill gehen, gewünschte Farbe auswählen und durch Apply bestätigen. Gegebenenfalls kann bei Style die Farbführung noch angepasst werden.

  9. Um realistische Konturen zu erhalten, kann es sein, dass man z. B. Flüssigkeiten in einem RG in den Hintergrund stellen muss, da diese sonst den Rand des RGs überdecken. Dies geschieht durch klicken von "Send to back" (Sechstes Icon von links, obere Leiste).

  10. Das eingefügte Objekt kann nun komplett markiert werden Select, Objekt auswählen, Select/Move/Rotate und das Objekt kann mit der Maus an den schwarzen Eck-Quadraten, die das Objekt umgeben, rotiert werden.


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E-Mail: Walter.Wagner ät uni-bayreuth.de