codesonic
2020-06-07 10:28:08
这篇文章主要介绍mchm 宏包和 chemfig 宏包，其中较多是 chemfig 宏包书写较复杂的有机化学结构式。
mchm 宏包和 chemfig 宏包都已经可以在 Tex Live 中直接使用，如果您没有本地的 Tex 编译器，可以前往Overleaf使用在线编译器（需要注册，且免费版编译时间不能超过一分钟）。
chemfig宏包还有更多进阶的内容。我大概在暑假会将 update：不会了，我找到了翻译完成的中文说明书https://chemfig.man.huzheyang.cnchemfig宏包说明书翻译完毕并写一篇中文说明书发布在这个博客。
mchm 宏包用来书写不涉及有机化学的化学式。使用这个宏包，需要使用指令\ce{}。在大括号内有以下几个特性。
1.数字下标将不再需要 _{} 来表示，可以直接书写，如 H2SO4 表现为
2.+ 和 - 如果没有两边没有空格，则表现为上下标，如 H+ 显示为H+ + OH- 显示为
3.水合物的书写可以直接用 * ，如 KCr(SO4)2 * 12H2O 显示为
4.拥有可以标注反应条件的箭头，-> <-> <=> 显示为
此外还有 <=>> <<=> 等箭头。
如果想要标注反应条件，则在箭头后加 T[][] ，如 ->T[催化剂][\Delta] <=>T[\Delta] 显示为
5.单键，双键和三键可以直接用 - = # 代替，如 CH3-CH=CH-C#CH 显示为
6.如果Ca(NO3)2 + Na2CO3 -> CaCO3 v + 2NaNO3 和 2HCl + Na2CO3 -> H2O + CO2 ^ + 2NaCl 显示为
以下是一个被引用很多次的例子（有稍作修改）
\documentclass{article}
\usepackage[UTF8]{ctex} % 中文宏包
\usepackage{mhchem} %化学式宏包
\begin{document}
\ce{2H2 + O2 ->T[点燃] 2H2O}
\ce{N2 + 3H2 <=>[高温、加压][催化剂] 2NH3}
\ce{^{227}_{90}Th+}
\ce{KCr(SO4)2 * 12H2O}
\ce{C6H5-CHO}
\ce{X=Y#Z}
\ce{SO4^2- + Ba^2+ -> BaSO4 v}
\end{document}它显示为：
有了以上内容，已经可以较方便地书写无机化学中的大部分化学式了。而 chemfig 宏包，即有机化学，才是这篇文章的重头戏。
chemfig 宏包用于书写有机化学中的结构式等，键线式和结构式等都需要 chemfig 来书写。
\chemfig{} 用于书写单个有机物结构式，如果要将有机化合物写入方程式，可以将 \chemfig{} 嵌套入 \ce{} 里面。
注意：在chemfig中，三键改为用 ~ 而不是用 # 来表示。
\chemfig{} 有如下几个作用：
1.在 \chemfig{} 中，为防止产生歧义，数字下标不再能直接写出，如CH_4 ，C_6H_{12}O_6 。
2.在 \chemfig{} 中，化学键会被拉长，且碳碳三键改为用 ~ 表示，如 \chemfig{CH_3-CH=CH-C~CH} 显示为：
缩短化学键的指令稍后再提。
3.可以用 *n(---) 表示一个环，n为环的边（或点）个数，括号内为环的化学键。如苯环的凯库勒式可以写作 *6(-=-=-=) 或 *6(=-=-=-) 显示为：
这个苯环有点太大，关于缩小苯环和改变方向，也是过会再提。
苯环的另一种常见画法是内部带有圆圈的正六边形（鲍林式）。
我们用 \text{**6(------)} 表示，显示为：
表示六元环时，括号内第一个符号表示左下角的键，逆时针旋转编号，最后一个为最左边的键。如 *6(=-----) *6(-=----) *6(-----=) 分别显示为：
如果括号内的键数量达不到括号外的数字，则会从最后一个开始缺失，如果超过括号外的数字，则不会显示多余的键，如 *6(------=) *6(=----) 分别显示为：
单个环中，如果没有定义方向，那么最左边必定是一条垂直的键，且由括号内最后一个符号表示它，括号内第一个符号表示它的下一个键，如 *3(--=) *4(---=) *5(----=) 分别显示为：
4.定义方向和键长，在键后用 [x,y] 描述。x表示方向，y表示键长，方向由 0 到 7 编号。如 0 指向向右， 1 指向右上， 2 指向正上：
使用例：
\text{酮与氰化氢加成：}\ce{\chemfig{CH_3C(=[1]O)(-[7]CH_3)} + \chemfig{CN(-[2]H)} ->T[催化剂] \chemfig{CH_3(-[0]C(-[2]OH)(-[0]CN)(-[6]CH3))}}显示为：
你也可以自定义角度，改为 :x ，如 CH_3C(=[:30]O)(-[:330]CH_3) 显示为：
如果不定义角度，系统会按照键的起点所连接的键数量取一个系统认为美观的角度，这个很不靠谱。除非你绘制的分子式全在一条线内，不建议不定义角度。
我们发现以上的化学键显得有些太长，我们可以用 [,y] 来定义键长，不定义键长时长度默认为1，这个y一般取 0.7 正好，根据你的需要定义键长。
使用例：
\text{酮与氰化氢加成：}\ce{\chemfig{CH_3C(=[1,0.7]O)(-[7,0.7]CH_3)} + \chemfig{CN(-[2,0.7]H)} ->T[催化剂] \chemfig{CH_3(-[0,0.7]C(-[2,0.7]OH)(-[0,0.7]CN)(-[6,0.7]CH3))}}显示为：
如果你只想定义键长，不定义角度，可以写为 [,y] 。
用这个办法也可以定义环的键长和方向，我们发现上面的苯环太大了，可以改为 [,0.7]*6(-=-=-=) ，也可以定义方向 [:30,0.7]*6(-=-=-=) 分别显示为：
由上面酮与氰化氢加成的例子，也能看到少许绘制完整结构式的方法。通过以上几个点，我们还是不能绘制较复杂的结构式，接下来我们将以上几个点拼凑起来，绘制完整的分子结构式。
将以上内容结合起来，我们要绘制更加复杂的有机结构式。
1.嵌套
如果绘制不断改变方向的键链，需要用到嵌套。A(-[x,y]B) 绘制了一个条从A(-[x1,y1]B(-[x2,y2]C)) 绘制了一条从
还有一种嵌套是环中嵌套环来绘制稠环化合物，稠环化合物在高中阶段涉及不多。但仍然稍作介绍。
嵌套环可以直接在括号内嵌套，给出一个例子：
\text{萘：}\ce{\chemfig{[,0.7]*6(-=(*6(-=-=--))-=-=)}}
\text{蒽：}\ce{\chemfig{[,0.7]*6(-=(*6(-=(*6(-=-=--))-=--))-=-=)}}
\text{菲：}\ce{\chemfig{[,0.7]*6(-=(*6(-(*6(-=-=--))=-=--))-=-=)}}显示为：
2.并列
如果一个碳连着多个基团，需要用到并列。如 A(-[x1,y1]B)(-[x2,y2]C) 绘制了
3.键线式
键线式在以上的基础上，不添加元素名称即可，如果添加会自动在那个位置上加入元素。给出两个例子
\text{褪黑素：}\chemfig{[,0.7]*6(-=(*5(-N(-H)-=(-[:30]CH_2CH_2NHCOCH_3)--))-=-(-H_3CO)=)}
\text{键线式：}\chemfig{[,0.7]*6(-=(*5(-[0.7]N(-H)-=(-[:30,0.7](-[:330,0.7](-[:30,0.7]N(-[2,0.7]H)(-[:330,0.7](=[6,0.7]O)(-[:30,0.7])))))--))-=-(-[,0.7]O(-[1,0.7]))=)}\text{香叶醇：}\chemfig{(-[6](-[5](-[6](-[7](=[6](-[5])(-[7])))))(=[7](-[1](-[7]OH))))}这样的显示方式，双键与单键相连方式与习惯方式不符，我们可以稍作修改，将代码改为
\chemfig{(-[6,](-[5,](-[6,](-[7,](=^[6,](-[5,])(-[7,])))))(=^[7,](-[1,](-[7,]OH))))}注意到，此时单键连向双键的其中一条横向而不是连向两条横线中间了。
这个part可能会不断更新，且大部分内容高中化学无需用到。
比如异丙基苯，苯环上的一个碳原子连着异丙基，若将异丙基简写为
这个时候可以指定键的起点（或终点）\chemfig{[,0.7]*6(-=-=(-[2,0.7,,3]CH_3CHCH_3)-=)}，表示终点为异丙基的第三个原子，即中间的
如果不采用指定终点，则显示为
在刚刚没有用到的两个逗号之间，表示的是起点，如4-异丙基庚辛烷，写作
\chemfig{CH_3CH_2CH_2CHCH_2CH_2CH_2CH_3(-[2,0.7,7,3]CH_3CHCH_3)}
这就是指定起点与终点的键的画法了。
除了常见的单键，双键和三键，存在一些其他的键，如楔形式中的键，chemfig 都提供了方法。
楔形式可以定义三角形的形状。
\chemfig[cram width=10pt,cram dash width=0.4pt,cram dash sep=1pt]{A>B>:C>|D} 中括号内四个参数分别表示起始宽度，线宽度，每几个宽度画一条线（虚楔形用）
\chemfig[cram width=10pt,cram dash width=0.4pt,cram dash sep=1pt]{A>B>:C>|D}
\chemfig[cram width=15pt,cram dash width=2pt,cram dash sep=2pt]{A>B>:C>|D}这种定义方式是定义整个分子所有的键，定义分子所有键的命令还有：
bond offset=表示键的端点与字母之间的距离，如
\chemfig[bond offset=0pt]{A-B}
\chemfig{A-B}
\chemfig[bond offset=5pt]{A-B}显示为
默认bond offset为2pt。可以自定义默认间隔，之后的默认间隔就是你定义的值，也可以定义单个键的间隔，方式如下：
\setchemfig{bond offset=4pt}
\chemfig{A-B-C}\par
\chemfig{A-#(,0pt)B-C}\par
\chemfig{A-B-#(0pt)C}\par
\chemfig{A-#(,0pt)B-#(0pt)C}这里定义了默认间隔为4pt，用小括号中间一个逗号表示一个键起点和终点的间隔，下面看看效果：
也可以定义键长，不再需要在每个键前面表示键长
\chemfig[atom sep=2em]{A-B}\par
\chemfig[atom sep=50pt]{A-B}显示为：
也可以定义颜色，如\chemfig[bond style={line width=1pt,red}]{A-B=C>|D<E>:F}显示为
另外还有一种方法可以定义键线式的角度，表示为::x ，表示在上一个键的角度上加上x度作为新的角度。
\chemfig{A-[:-5]-[::20]-[::20]B-[7]-[::20]C-[::20]}显示为
先看一个例子
\chemfig{-[@{left,0.75}]CH_2-CH_2-[@{right,0.25}]}
\polymerdelim[delimiters ={[]},height = 5pt]{left}{right}高分子聚合物采用先画中间，再画括号（或者中括号）的画法。由于这种原因，括号常常无法准确放在键中间，所以有时用一个\bigskip放在代码前来优化排版。
可以看出，用一个
也有人用 \vphantom 来优化排版，如:
\chemfig{\vphantom{CH_2}-[@{op,.75}]CH_2-CH_2-[@{cl,0.25}]}
\polymerdelim[delimiters ={[]},height = 5pt]{op}{cl}显示与上面相同，只是在整个pdf中显示会比较正常。
下面再看几个例子
\chemfig{\vphantom{CH_2}-[@{op,0.5}]CH_2-CH(-[6]Cl)-[@{cl,0.5}]}
\polymerdelim[delimiters ={[]},height = 5pt, depth = 25pt]{op}{cl}下面的例子采用了 h align=false 来使得括号可以不在同一条水平线上
\chemfig{-[@{op,.5}:-30]O-[::60](=[::60]O)-[::-60]*6(-=-(-(=[::-60]O)-[::60]O-[::-60]-[::60]-[@{cl,.5}::-60])=-=)}
\polymerdelim[delimiters ={[]},height=30pt, h align=false]{op}{cl}\fulldisk 实心点，\emptydisk 空心点（例如绘制十氢化萘的顺反异构体需用到）
以下给出一个完整的文档例子，绘制了高中有机化学基础常见的化学方程式，如果上面的内容没有完全讲明白一些细小的点，可以由例子中体会。
代码
这份代码太长了，在线编译会超时很久，在本机的texlive上也编译了两分钟之久。所以给各位编译后的一份pdf放在这里~
链接：https://pan.baidu.com/s/1pI0axwIV8qI_UpeJl7_iRw
提取码：ele7
这篇说明的大部分内容都是自己和同学摸索出来的...因为网络上可以搜索到的中文资料少之又少，应该是比目前能搜索到的任何资料都更加详细。
update 搜索到了全文说明 见文章开头
感谢同学@zcmimi在技术方面的支持。
感谢同学@henry_y在学术方面的支持，他帮我查了上面那篇pdf的学术性错误。
感谢来自化学老师的学术性支持。
codesonic 初稿于2020年6月。