LaTeX/化学图形

chemfig 是一个用于绘制二维化学结构的包。它是 ochem 的替代方案。ochem 需要 Perl 来绘制化学结构，而 chemfig 使用 tikz 包来生成其图形。chemfig 通过在序言中添加以下内容来使用

\usepackage{chemfig}

基本用法

此包中使用的主要命令是\chemfig{}:

\chemfig{<atom1><bond type>[<angle>,<coeff>,<tikz code>]<atom2>}

<angle> 是两个原子（或节点）之间的键角。键角类型有三种：绝对角、相对角和预定义角。绝对角给出精确的角（通常为 0 到 360 度，但也可以为负数），并用以下语法表示[:<absolute angle>]. 相对角需要以下语法[::<relative angle>]并产生相对于前一个键角的角。最后，预定义角是 0 到 7 之间的整数，表示 45 度的间隔。它们用以下语法产生[< predefined angle>]. 预定义角及其对应的绝对角在下面的图中表示。

\chemfig{(-[:0,1.5,,,draw=none]\scriptstyle\color{red}0) (-[1]1)(-[:45,1.5,,,draw=none]\scriptstyle\color{red}45) (-[2]2)(-[:90,1.5,,,draw=none]\scriptstyle\color{red}90) (-[3]3)(-[:135,1.5,,,draw=none]\scriptstyle\color{red}135) (-[4]4)(-[:180,1.5,,,draw=none]\scriptstyle\color{red}180) (-[5]5)(-[:225,1.5,,,draw=none]\scriptstyle\color{red}225) (-[6]6)(-[:270,1.5,,,draw=none]\scriptstyle\color{red}270) (-[7]7)(-[:315,1.5,,,draw=none]\scriptstyle\color{red}315) -0}

<bond type> 描述了连接 <atom1> 和 <atom2> 的键。共有 9 种不同的键类型

\chemfig{A-B}\\ \chemfig{A=B}\\ \chemfig{A~B}\\ \chemfig{A>B}\\ \chemfig{A<B}\\ \chemfig{A>:B}\\ \chemfig{A<:B}\\ \chemfig{A>|B}\\ \chemfig{A<|B}\\

\chemfig{C(-[:0]H)(-[:90]H)(-[:180]H)(-[:270]H)}

<coeff> 表示键长将被乘以的因子。

<tikz code> 包括有关键的颜色或样式的附加选项。

例如，一个甲烷分子可以用以下代码生成

\chemfig{C(-[:0]H)(-[:90]H)(-[:180]H)(-[:270]H)}

线性分子（如甲烷）是一个比较弱的例子，但在 chemfig 中，分子是通过嵌套形成的。

骨架图

骨架图可以按以下方式生成

\chemfig{-[:30]-[:-30]-[:30]}

\chemfig{-[:30]=[:-30]-[:30]}

环状结构

环状结构遵循以下语法<atom>*<n>(code)，其中“n”表示环的边数，“code”表示每个环的特定内容（键和原子）。

\chemfig{A*6(-B-C-D-E-F-)}

\chemfig{A*5(-B-C-D-E-)}

\chemfig{*6(=-=-=-)}

\chemfig{**5(------)}

路易斯结构

路易斯结构使用语法 \charge{<position1>=<charge1>,<position2>=<charge2>...}{atom}，其中 <position> 以极坐标表示，如 <angle>:<shift>，但如果不需要额外偏移，则可以省略 :<shift>。在电荷字段中，\. 和 \: 将分别给出未配对和配对电子。配对电子也可以用一条线来表示，使用 \|。

\charge{0=\.,90=\.,180=\.,270=\.}{C}

路易斯结构也可以包含在 \chemfig{} 中。

\chemfig{H-[:52.24]\charge{45=\:,135=\:}{O}-[::-104.48]H}

离子

例如，考虑乙酸根离子

\chemfig{-(-[1]O^{-})=[7]O}

由于 chemfig 命令进入数学模式，因此离子电荷可以作为上标添加（一个注意事项：负离子需要将减号括起来，如示例所示）。

可以使用以下命令将离子的电荷圈起来\oplus和\ominus:

\chemfig{-(-[1]O^{\ominus})=[7]O}

或者，可以使用 \chemabove{}{ } 将电荷放在离子上方

\chemfig{-\chemabove{N}{\scriptstyle\oplus}(=[1]O)-[7]O^{\ominus}}

共振结构和形式电荷

共振结构需要一些数学命令

% see "Advanced Mathematics" for use of \left and \right
% add to preamble:
%	\usepackage{mathtools}	% \Longleftrightarrow
$\left\{\chemfig{O-N(=[:60]O)-[:300]O}\right\}
\Longleftrightarrow 
\left\{\chemfig{O=N(-[:60]O)-[:300]O}\right\} 
\Longleftrightarrow 
\left\{\chemfig{O-N(-[:60]O)=[:300]O}\right\}$

化学反应

命令\chemrel和\chemsign在最新版本中已从 chemfig 包中移除，因此要绘制化学反应，必须改用以下命令\arrow和\+命令，该命令位于以下命令包围的块中\schemestart和\schemestop.

有几种类型的箭头可以用\arrow命令绘制

\schemestart A\arrow{->}B\schemestop\par % by default
\schemestart A\arrow{-/>}B \schemestop\par
\schemestart A\arrow{<-}B \schemestop\par
\schemestart A\arrow{<->}B \schemestop\par
\schemestart A\arrow{<=>}B \schemestop\par
\schemestart A\arrow{<->>}B \schemestop\par
\schemestart A\arrow{<<->}B \schemestop\par
\schemestart A\arrow{0}B \schemestop\par
\schemestart A\arrow{-U>}B \schemestop\par
\schemestart
A\arrow[,,->] B\arrow[,,-{Triangle[slant=0.5,blue,width=10pt]}]
C\arrow[,,-{CF[sharp]}] D \+ E
\schemestop

有关\arrow命令和 chemfig 中的化学反应的更多详细信息，请参阅 chemfig 文档文件 的第四部分“反应方案”。

旧版本

可以使用以下命令创建化学反应

\chemrel[<arg1>][<arg2>]{<arrow code>}

\chemsign+	% produces a +

在\chemrel{}中，<arg1> 和 <arg2> 分别表示放在箭头上方和下方的文本。

有四种类型的箭头可以用\chemrel{}:

A\chemrel{->}B\par 
A\chemrel{<-}B\par 
A\chemrel{<->}B\par 
A\chemrel{<>}B

化学图形命名

可以使用以下命令对分子进行命名

\chemname[<dim>]{\chemfig{<code of the molecule>}}{<name>}

<dim> 插入到分子底部和 <name> 定义的名称顶部之间。默认情况下为 1.5ex。

<name> 将相对于它描述的分子居中。

\schemestart
\chemname{\chemfig{R-C(-[:-30]OH)=[:30]O}}{Carboxylic acid} 
\+
\chemname{\chemfig{R’OH}}{Alcohol} 
\arrow{->} 
\chemname{\chemfig{R-C(-[:-30]OR’)=[:30]O}}{Ester} 
\+
\chemname{\chemfig{H_2O}}{Water} 
\schemestop

在上面的反应中，\chemname{}在每个分子与其各自的名称之间插入 1.5ex 加上羧酸分子深度。这是因为反应中第一个分子的图形（羧酸）比其他分子延伸得更深。将醇放在首位会导致不同的结果

\schemestart
\chemname{\chemfig{R’OH}}{Alcohol} 
\+ 
\chemname{\chemfig{R-C(-[:-30]OH)=[:30]O}}{Carboxylic acid} 
\arrow{->} 
\chemname{\chemfig{R-C(-[:-30]OR’)=[:30]O}}{Ester} 
\+ 
\chemname{\chemfig{H_2O}}{Water}
\schemestop

这是通过添加\chemnameinit{<最深的分子>}在第一个实例之前\chemname{}在反应中，并且通过添加\chemnameinit{}在反应之后

\schemestart
\chemnameinit{\chemfig{R-C(-[:-30]OH)=[:30]O}} 
\chemname{\chemfig{R’OH}}{Alcohol} 
\+
\chemname{\chemfig{R-C(-[:-30]OH)=[:30]O}}{Carboxylic acid} 
\arrow{->} 
\chemname{\chemfig{R-C(-[:-30]OR’)=[:30]O}}{Ester} 
\+ 
\chemname{\chemfig{H_2O}}{Water} 
\chemnameinit{}
\schemestop

最后，添加\\在 <name> 中将产生换行符，允许名称跨越多行。

高级图形

有关高级命令和示例，请参考 chemfig 手册，其中提供了对该包的更详细和完整的介绍。

化学式

如果你需要排版化学式，你可以选择两个非常好的包：mhchem 和 chemmacros。

mhchem 包

mhchem 是一个用于排版化学式和化学方程式的包。它还可以排版基本的二维化学结构。要使用此包，请将以下内容添加到你的序言中

\usepackage[version=4]{mhchem}

化学物种使用以下命令包含\ce命令。例如

\ce{3H2O} \\
\ce{1/2H2O} \\
\ce{AgCl2-} \\
\ce{H2_{(aq)}} \\

呈现

${\ce {3H2O}}$
${\ce {1/2H2O}}$
${\ce {AgCl2-}}$
${\ce {H2_{(aq)}}}$

有关更多示例，请参见 meta:帮助：显示公式#化学 2。

这里有一些东西是自动排版的；2在\ce{H2O}中自动用下标表示，无需额外的命令。物种的量在公式之前。1/2 和其他分数自动排版，如\ce{1/2H2O}。中的电荷\ce{AgCl2-}自动用上标表示。如果电荷既不是 +1 也不是 -1，则用^表示上标，如\ce{AgCl2-}。相态不会自动用下标表示，需要用括号括起来，前面加上_，如\ce{H2_{(aq)}.

自 2016 年 2 月起，mhchem 包也适用于像维基百科这样的 MediaWiki 网站上的 TeX，使用标签 <ce>...</ce>。

chemformula 包

chemformula 是一个来自更大化学套件的包，用于排版化学式、化学方程式和基本的二维化学结构。该包使用与 mhchem 略微不同的语法。chemmacros 包将对从事化学相关工作的人员大有帮助。

要使用此包，请将以下内容添加到你的序言中

\usepackage{chemformula}

化学物种使用以下命令包含\ch命令。例如

\ch{3 H2O} \\
\ch{1/2 H2O} \\
\ch{AgCl2-} \\
\ch{H2_{(aq)}} \\

呈现

${\ce {3H2O}}$
${\ce {1/2H2O}}$
${\ce {AgCl2-}}$
${\ce {H2_{(aq)}}}$

如你所见，语法几乎相同。

XyMTeX 包

以下代码生成 皮质酮 的图像，如下所示。

\documentclass{letter}
\usepackage{epic,carom}
\pagestyle{empty}
\begin{document}
\begin{picture}(1000,500)
  \put(0,0){\steroid[d]{3D==O;{{10}}==\lmoiety{H$_{3}$C};{{13}}==\lmoiety{H$_{3}$C};{{11}}==HO}}
  \put(684,606){\sixunitv{}{2D==O;1==OH}{cdef}}
\end{picture}
\end{document}

由 XyMTeX 渲染的皮质酮