SMILES 結構式
SMILES（Simplified Molecular Input Line Entry System，簡化分子線性輸入規範）是一種用一行文字描述分子結構的表示法，例如乙醇寫成 CCO。本站所有分子結構圖都是在網頁中寫一行 SMILES，再由 SmilesDrawer 在瀏覽器即時畫成 SVG。本頁說明 SMILES 的基本規則，以及結構圖能表達與不能表達的資訊。
為什麼用 SMILES？
- 文字就是結構：不需要另外畫圖、存圖檔，修改分子只要改一行字。
- 化學資料庫通用：PubChem、ChemSpider 等資料庫都提供 SMILES，可以直接複製使用。
- 練習讀結構：圖說下方會同時顯示 SMILES，看久了就能從文字直接想像出分子骨架。
SMILES 的基本規則
| 規則 | 寫法 | 例子 |
|---|---|---|
| 原子 | 元素符號；C、N、O、S、P、鹵素可省略括號 | C 甲烷、O 水 |
| 單鍵 | 相鄰原子直接相連（可省略 -） |
CC 乙烷 |
| 雙鍵 | = |
C=C 乙烯、O=C=O 二氧化碳 |
| 參鍵 | # |
C#C 乙炔、N#N 氮氣 |
| 支鏈 | 用小括號 ( ) |
CC(C)C 異丁烷 |
| 環 | 用數字標出環的開頭與結尾 | C1CCCCC1 環己烷 |
| 芳香環 | 小寫字母 | c1ccccc1 苯 |
| 電荷與特殊原子 | 寫在中括號 [ ] 裡 |
[NH4+] 銨離子、[O-] |
| 顯示氫原子 | 在中括號裡寫 [H] |
[H]O[H] 水 |
氫原子通常省略：電腦會依照每個原子的一般價數自動補上氫。所以 CCO 代表 \(\ce{CH3CH2OH}\)，而不只是三個重原子。
範例：從 SMILES 到結構圖
下面每個結構圖都是由一行 SMILES 產生的，圖說下方的灰色文字就是原始 SMILES。
怎麼讀 CC(=O)O？
由左往右讀：第一個 C 是甲基碳；第二個 C 接著它；括號 (=O) 表示第二個碳有一個以雙鍵相連的氧作為支鏈；最後的 O 接回第二個碳，並自動補上一個 H 成為 –OH。合起來就是乙酸 \(\ce{CH3COOH}\)。
結構圖能表達與不能表達什麼？
SMILES 結構圖表達的是原子之間的連接方式與鍵級，適合用來討論官能基、異構物、氫鍵位置與酸的結構。但它有幾個限制，AP 考試時要特別注意：
- 不會畫出孤對電子：Lewis 結構必須自己補上孤對電子，並計算形式電荷（formal charge）。本站在 Unit 2 會另外說明 Lewis 結構的畫法。
- 不是 3D 形狀：結構圖是平面圖，鍵角不代表真實的分子幾何。分子形狀要用 VSEPR 理論判斷。
- 共振只畫一種：例如碳酸根 \(\ce{CO3^2-}\) 只會畫出其中一個共振結構。
在本站寫 SMILES 結構圖
本站已在 zensical.toml 註冊 smiles 程式碼區塊，由 docs/js/smiles.js 統一渲染。撰寫頁面時這樣寫：
每一行一個分子：第一段（不能有空白）是 SMILES，後面的文字是圖說，可以省略。SMILES 寫錯時，圖的位置會顯示「無法解析此 SMILES」，方便檢查。
練習題
練習 1：從 SMILES 寫分子式
寫出下列 SMILES 的分子式：(a) CCC (b) C=CC (c) CC(C)O (d) OCCO
詳解
先數重原子，再依價數補氫（C 為 4 價、O 為 2 價）：
- (a) 丙烷 \(\ce{C3H8}\)
- (b) 丙烯 \(\ce{C3H6}\)（多一個雙鍵，少兩個 H）
- (c) 2-丙醇（異丙醇）\(\ce{C3H8O}\)
- (d) 乙二醇 \(\ce{C2H6O2}\)
練習 2：從結構寫 SMILES
寫出下列分子的 SMILES：(a) 甲醇 \(\ce{CH3OH}\) (b) 丙酮 \(\ce{CH3COCH3}\) (c) 氰化氫 \(\ce{HCN}\)
詳解
- (a)
CO - (b)
CC(=O)C：中間的碳以雙鍵接一個氧（支鏈），左右各接一個甲基。 - (c)
C#N：碳與氮之間是參鍵，碳上自動補一個 H。
練習 3：同分異構物
CCO 與 COC 的分子式相同嗎？哪一個沸點較高？
詳解
兩者都是 \(\ce{C2H6O}\)，是結構異構物（structural isomers）。CCO 是乙醇，有 O–H 可以形成氫鍵；COC 是二甲醚，氧沒有接 H，分子之間不能形成氫鍵。所以 乙醇沸點較高（78 °C，二甲醚為 −24 °C）。
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