热图软件显示了循环分子中应变的位置和程度

一种新的计算机程序可以在几分钟内量化分子内的总应变和局部应变。它生成一个热图表示来显示一个分子在哪里最紧张和最不紧张，并可以帮助研究人员更好地理解独特地影响分子性质和反应但难以量化的现象。

柯蒂斯Colwell来自美国俄勒冈大学的他研究了由相互连接的苯碎片组成的高应变分子环的化学，称为环对苯。这些芳香纳米环的扭曲形状赋予了它们有趣的结构、电子和物理性质。应变能的不均匀分布会产生意想不到的高反应性区域，化学家们热衷于了解和利用这些区域。

对于循环系统，应变是破环时释放的势能。总应变可以通过燃烧量热法测量，但这些具有挑战性的实验没有提供应变如何在分子内分布的信息。计算机模拟可以提供菌株分子分布的高精度图像，但这些研究需要时间，而且从技术上来说，许多有机化学家无法从这些信息中获益。

现在，Colwell和他的同事开发了一种名为StrainViz的免费计算机程序，可以量化循环分子中的总应变和局部应变。StrainViz会自动提供菌株在分子中位置的图片作为热图。要运行StrainViz，所有用户需要的是感兴趣的循环分子的原子坐标，以及一些可以分解的简单片段。

StrainViz在碎片上执行一系列dft级几何优化，以释放并随后量化其中的应变能。一旦被量化，与所有角度和键相关联的应变能的总和提供了总应变能，它被分割成键以提供局部水平上的应变图像。在StrainViz之前，计算机模拟研究应变能通常提供基于角度和键长的量来演示应变是如何分布的。“这一领域的专家可以解释分子中的应变位置，但对于其他人来说，很难通过观察晶体结构或分子来判断应变位置。”通过把所有的东西都涂上颜色，这样就可以很容易地将这种紧张感可视化和传达出来，”科尔韦尔说。测试发现，StrainViz可以正确预测大量环状分子的应变能，包括带、纳米球、面板和弯曲的芳香族分子，也可以正确预测应变驱动的有机化学反应中反应活性较高的位点。

“我认为他们通过利用这些计算工具，以一种对非专家有用的方式，为有机社区提供了很好的服务，”他说Renana Gershoni Poranne，他在苏黎世的瑞士联邦理工学院开发了理解有机和有机金属化合物的机制和物理性质的方法和工具。她补充说，由此产生的图像是“物理化学和有机化学之间的重要桥梁”，将吸引使用轨道图和箭头图的有机化学家的视觉本质。

Colwell说，StrainViz可以使化学家设计试剂来实现菌株衍生的反应结果。“如果你使分子的一部分变硬，那么你就迫使应变转移到分子的另一部分。我认为人们从来没有真正想过用它来制造分子。”