Naturwissenschaften - chemfig Paket

Chemfig – Zeichnen chemischer Strukturen in LaTeX

Was ist das chemfig-Paket?

Das LaTeX-Paket chemfig ermöglicht es, chemische Strukturen in LaTeX-Dokumenten zu zeichnen. Es basiert auf TikZ und erlaubt die Darstellung von Atomen, Bindungen, Molekülen und chemischen Reaktionsschemata. Die Syntax des Pakets ist so gestaltet, dass komplexe Strukturen mit wenigen Befehlen erzeugt werden können.

Das Paket eignet sich für:

• Einfache Molekülstrukturen, z. B. Ethanol oder Methan.
• Komplexe organische Moleküle, z. B. Glukose oder Benzolringe.
• Reaktionsmechanismen, z. B. chemische Gleichgewichtsreaktionen.

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Video

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Folien

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Beschreibung

Grundlegender Aufbau

Um chemfig zu verwenden, muss das Paket in der Präambel eingebunden werden:

\usepackage{chemfig}

Der wichtigste Befehl des Pakets lautet:

\chemfig{<Struktur>}

Hierbei gibt <Struktur> die chemische Verbindung an, wobei Atome mit -, =, ~ usw. verbunden werden.

Wichtige Befehle und Konzepte

1. Bindungstypen

In chemfig werden chemische Bindungen durch spezielle Zeichen dargestellt:

Code	Darstellung	Bedeutung
A-B	A—B	Einfachbindung
A=B	A═B	Doppelbindung
A~B	A≡B	Dreifachbindung
A>B	A▷B	Cram-Bindung (rechteckig)
A>:B	A▷B	Cram-Bindung (gestrichelt)

Ein Beispiel für eine chemische Verbindung mit Einfach- und Doppelbindungen:

\chemfig{C(-H)(-H)=O}

Dies stellt eine C=O-Bindung dar.

2. Atom- und Bindungsanpassung

Es gibt verschiedene Optionen, um die Darstellung anzupassen:

Option	Bedeutung	Standardwert
atom sep	Abstand zwischen Atomen	3em
bond offset	Abstand der Bindung zur Atomposition	2pt
angle increment	Standardwinkel für Verzweigungen	45°

Beispiel zur Anpassung des Abstands:

\setchemfig{atom sep=2em}

3. Winkel und Verzweigungen

Atome können in verschiedenen Winkeln angeordnet werden:

• Absolute Winkel:

  \chemfig{A-[:30]B}
  

  → B wird um 30° gedreht.

• Relative Winkel:

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

  → Der Winkel orientiert sich an der vorherigen Bindung.

4. Ringe und komplexe Strukturen

Ein Ring wird mit *<Zahl> erstellt:

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

Dies erzeugt eine sechseckige Struktur mit alternierenden Doppelbindungen (Benzol).

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Beispiele & Anwendungen

1. Einfache Moleküle

Ethanol ((\ce{C2H5OH})):

\chemfig{H-C(-[2]H)(-[6]H)-C(-[2]H)(-[6]H)-O-[1]H}

Methan ((\ce{CH4})):

\chemfig{C(-H)(-[2]H)(-[4]H)(-[6]H)}

2. Komplexe Moleküle

Glukose ((\ce{C6H12O6})), mit funktionellen Gruppen:

\chemfig{H-C(-[6]OH)(-[2]H)-C(-[6]OH)(-[2]H)-C(-[6]OH)(-[2]H)-C(-[2]OH)(-[6]H)-C(-[6]OH)(-[2]H)-C(=[7]O)(-[1]H)}

3. Ringsysteme

Benzol-Ring:

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

Cyclohexan:

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

4. Reaktionsmechanismen

Darstellung einer einfachen chemischen Reaktion:

\schemestart
  \chemfig{A-B} \arrow{->} \chemfig{A+B}
\schemestop

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Aufgaben & Übungen

Aufgabe 1: Einfache Moleküle zeichnen

Ziel: Grundlegende Nutzung des chemfig-Pakets.

1. Erstellen Sie ein LaTeX-Dokument.
2. Binden Sie chemfig ein.
3. Zeichnen Sie die Struktur von Ethan ((\ce{C2H6})).
4. Kompilieren Sie das Dokument.

Aufgabe 2: Verzweigungen und Bindungstypen

Ziel: Erstellen einer komplexeren chemischen Verbindung.

1. Zeichnen Sie Methanol ((\ce{C1H3OH})) mit chemfig.
2. Ändern Sie die Winkel für eine alternative Darstellung.
3. Nutzen Sie verschiedene Bindungstypen.

Aufgabe 3: Ringe und funktionelle Gruppen

Ziel: Darstellung von Ringen und mehrgliedrigen Molekülen.

1. Zeichnen Sie einen Benzol-Ring mit chemfig.
2. Fügen Sie eine Hydroxyl-Gruppe ((\ce{-OH})) an einem Kohlenstoff hinzu.

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Hausaufgaben

Hausaufgabe 1 (Theoretisch): Verständnis von chemfig

1. Erklären Sie, was chemfig macht und wie man es in LaTeX verwendet.
2. Beschreiben Sie, wie \chemfig{} aufgebaut ist und welche Optionen es gibt.
3. Welche Möglichkeiten gibt es, Bindungen und Atomabstände anzupassen?

Hausaufgabe 2 (Praktisch): Zeichnen eines Moleküls

1. Erstellen Sie ein LaTeX-Dokument.
2. Zeichnen Sie Aceton ((\ce{CH3COCH3})) mit chemfig.
3. Fügen Sie zusätzlich die Struktur von Benzol ein.
4. Optimieren Sie die Darstellung durch Anpassung der Bindungswinkel und Abstände.

7. Anhang

1-2-3-Oxadiazole \chemfig{[:54]O*5(-N=N-=-)}	1-2-3-Triazole \chemfig{[:90]N(-[6]H)*5(-=-N=N-)}	1-2-4-Triazine \chemfig{[:60]N*6(=-=N-=N-)}	1-2-4-Triazole \chemfig{[:90]N(-[6]H)*5(-=N-=N-)}	1-2-5-Oxadiazole \chemfig{[:54]O*5(-N=-=N-)}
1-2-5-Thiadiazole \chemfig{[:54]S*5(-N=-=N-)}	1-2-Oxathiolane \chemfig{[:54]O*5(-S----)}	1-3-4-Thiadiazole \chemfig{[:54]S*5(-=N-N=-)}	1-3-5-Triazine \chemfig{[:60]N*6(=-N=-N=-)}	1-3-5-Trithiane \chemfig{[:60]S*6(--S--S--)}
1-3-Dioxolane \chemfig{[:54]O*5(---O--)}	1-3-Dithiane \chemfig{[:60]S*6(----S--)}	1-3-Oxathiolane \chemfig{[:54]O*5(---S--)}	1-4-Dioxane \chemfig{[:60]O*6(---O---)}	1-4-Dioxine \chemfig{[:60]O*6(-=-O-=-)}
1-4-Dithiane \chemfig{[:60]S*6(---S---)}	1H-Pyrrole \chemfig{[:90]N(-[6]H)*5(-=-=-)}	2-4-Thiazolidinedione \chemfig{[:18]S*5(--(=[1]O)-N(-[2]H)-(=[3]O)-)}	2H-1-2-Oxazine \chemfig{[:60]*6(=-N(-[1]H)-O-=-)}	2H-1-2-Thiazine \chemfig{[:60]S*6(-N(-[7]H)-=-=-)}
2H-1-3-Oxazine \chemfig{[:60]*6(=N--O-=-)}	2H-1-4-Oxazine \chemfig{[:60]N*6(=--O-=-)}	2H-1-4-Thiazine \chemfig{[:60]S*6(--=N-=-)}	2H-Pyran \chemfig{[:60]O*6(-=-=--)}	2H-Pyrrole \chemfig{[:54]N*5(=-=--)}
2H-Thiopyran \chemfig{[:60]S*6(--=-=-)}	2-Imidazoline \chemfig{[:90]N(-[6]H)*5(---N=-)}	2-Oxazolidone \chemfig{[:18]HN*5(--(=[1]O)-N(-[2]H)-(=[3]O)-)}	2-Pyrazoline \chemfig{[:90]N(-[6]H)*5(---=N-)}	2-Pyrroline \chemfig{[:90]N(-[6]H)*5(---=-)}
3-Pyrroline \chemfig{[:90]N(-[6]H)*5(--=--)}	4H-1-2-Oxazine \chemfig{[:60]*6(-=N-O-=-)}	4H-1-3-Oxazine \chemfig{[:60]*6(-N=-O-=-)}	4H-1-4-Oxazine \chemfig{[:90]N(-[6]H)*6(-=-O-=-)}	4H-1-4-Thiazine \chemfig{[:60]S*6(-=-N(-[2]H)-=-)}
4H-Pyran \chemfig{[:60]O*6(-=--=-)}	4H-Thiopyran \chemfig{[:60]S*6(-=--=-)}	6H-1-2-Oxazine \chemfig{[:60]*6(-=N-O--=)}	6H-1-2-Thiazine \chemfig{[:60]S*6(-N=-=--)}	6H-1-3-Oxazine \chemfig{[:60]*6(-N=-O--=)}
Acetophenon \chemfig{*6(-=-=(-(-[1]CH_3)(=[3]O))-=)}	Anilin \chemfig{*6(-=-=(-NH_2)-=)}	Anisol \chemfig{*6(-=-=(-O(-[1]CH_3))-=)}	Aspirin \chemfig{*6(-=-=(-(-[1]H)(=[3]O))-=)}	Benzaldehyd \chemfig{*6(-=-=(-(-[1]OH)(=[3]O))-=)}
Benzoesaeure \chemfig{*6(-=-=(-S(=[8]O)(=[4]O)(-[2]OH))-=)}	Benzol \chemfig{*6(-=-=-=)}	Benzolsulfonsaeure \chemfig{*6(-=-=(-C~N)-=)}	Benzonitril \chemfig{*6(-=-=(-Br)-=)}	Brombenzol \chemfig{*6(-=-=(-Cl)-=)}
Chlorbenzol \chemfig{*6(-=-=(-(-[1]CH_3)(-[3]H_3C))-=)}	Cytosine \chemfig{[:60]*6(=-(-[1]NH_2)=N-(=[3]O)-N(-[5]H)-)}	Dioxan \chemfig{[:60]O*6(---O---)}	Ethoxybenzol \chemfig{*6(-=-=(-O-[1](-[7]CH_3))-=)}	Ethylbenzol \chemfig{*6(-=-=(--[1]CH_3)-=)}
Fluorbenzol \chemfig{*6(-=-=(-F)-=)}	Furan \chemfig{[:54]O*5(-=-=-)}	Hydantoin \chemfig{[:18]HN*5(--(=[1]O)-N(-[2]H)-(=[3]O)-)}	Imidazole \chemfig{[:90]N(-[6]H)*5(-=-N=-)}	Imidazolidine \chemfig{[:90]N(-[6]H)*5(---N(-[3]H)--)}
Imidazol \chemfig{[:90]N(-[6]H)*5(-=N-=-)}	Iodbenzol \chemfig{*6(-=-=(-I)-=)}	Isopropylbenzol \chemfig{*6(-=-=(-(-[1]CH_3)(-[3]H_3C))-=)}	Isothiazol \chemfig{[:54]S*5(-N=-=-)}	Isoxazol \chemfig{[:54]O*5(-N=-=-)}
Methan \chemfig{*6(-=-=(-(-[1]O(-[7]CH_3))(=[3]O))-=)}	Methylbenzoat \chemfig{*6(-=-=(-CH_3)-=)}	Milchsaeure \chemfig{[:90]N(-[6]H)*6(---O---)}	Morpholin \chemfig{*6(-=(-CH_3)-=(-CH_3)-=)}	m-Xylol \chemfig{*6(-=-=(-N^{+}(-[1]O^{-})(=[3]O))-=)}
Nitrobenzol \chemfig{[:54]O*5(-=-N=-)}	Oxazole \chemfig{[:54]O*5(-=N-=-)}	Oxazol \chemfig{*6(-=-(-CH_3)=(-CH_3)-=)}	o-Xylol \chemfig{*6(-=-=(-OH)-=)}	Phenol \chemfig{[:90]N(-[6]H)*6(---N(-[2]H)---)}
Piperazine \chemfig{[:90]N(-[6]H)*6(---N(-[2]H)---)}	Piperazin \chemfig{[:90]N(-[6]H)*6(------)}	Piperidin \chemfig{*6(-=-=(--[1]-[7]CH_3)-=)}	Propylbenzol \chemfig{*6(-=(-CH_3)-=-(-H_3C)=)}	p-Xylol \chemfig{[:60]N*6(=-=N-=-)}
Pyrazin \chemfig{[:90]N(-[6]H)*5(-=-=N-)}	Pyrazole \chemfig{[:90]N(-[6]H)*5(----N(-[5]H)-)}	Pyrazolidine \chemfig{[:90]N(-[6]H)*5(-N=-=-)}	Pyrazol \chemfig{[:60]N*6(=N-=-=-)}	Pyridazin \chemfig{[:60]N*6(=-=-=-)}
Pyridin \chemfig{[:60]N*6(=-N=-=-)}	Pyrimidin \chemfig{[:90]N(-[6]H)*5(-----)}	Pyrrolidin \chemfig{[:90]N(-[6]H)*5(-=-=-)}	Pyrrol \chemfig{[:60]O_{+}*6(=-=-=-)}	Pyrylium \chemfig{*6(-=-=(-=[1]CH_2)-=)}
Styrol \chemfig{[:18]*5(--(=[1]O)-N(-[2]H)-(=[3]O)-)}	Succinimide \chemfig{*5(--S(=[7]O)(=[1]O)---)}	Sulfolane \chemfig{[:54]O*5(-----)}	Tetrahydrofuran \chemfig{[:60]O*6(------)}	Tetrahydropyran \chemfig{[:54]S*5(-----)}
Tetrahydrothiophene \chemfig{[:54]S*5(-----)}	Tetrahydrothiophen \chemfig{[:90]N(-[6]H)*5(-=N-N=N-)}	Tetrazole \chemfig{[:90]N(-[6]H)*5(-N=N-N=-)}	Tetrazol \chemfig{[:60]S*6(------)}	Thian \chemfig{[:54]S*5(-=N-=-)}
Thiazol \chemfig{*6(N(-[5]H)---S(=[1]O)(=[8]O)---)}	Thiomorpholine-Dioxide \chemfig{[:60]S*6(---N(-[2]H)---)}	Thiomorpholine \chemfig{[:54]S*5(-=-=-)}	Thiophene \chemfig{*6(-=-=(-SH)-=)}	Thiophenol \chemfig{[:54]S*5(-=-=-)}
Thiophen \chemfig{*6((-[5]CH_3)=-N(-[7]H)-(=[1]O)-N(-[2]H)-(=[3]O)-)}	Thymine \chemfig{*6((-CH_3)-=-=-=)}	Triazin \chemfig{[:60]N*6(=-N=-N=-)}	Triazol \chemfig{[:90]N(-[6]H)*5(-N=N-=-)}	Uracil \chemfig{*6(N(-[5]H)-=-(=[1]O)-N(-[2]H)-(=[3]O)-)}