# 3D 分子模型在线生成 - 输入 SMILES 看分子立体结构、测键长键角

> 免费在线 3D 分子模型：输入 SMILES 自动生成三维结构，可旋转缩放，有球棍、空间填充等四种显示，点原子测键长、键角、二面角，导出 XYZ、MOL。

- 网址: https://qilingtools.com/zh/chemistry/molecule-3d
- 分类: 化学工具 (https://qilingtools.com/zh/chemistry)
- 标签: [化学](https://qilingtools.com/zh/tags/chemistry)
- 最后更新: 2026-10-29
- 价格: 免费，无需注册
- 隐私: 在浏览器本地处理，文件不上传服务器

课本上的分子结构式是二维的，而分子本身是立体的：甲烷四个 H 指向正四面体顶点，H–C–H 键角 109.5°；水分子因为氧上有两对孤对电子，H–O–H 键角约 104.5°；苯环六个碳在同一平面上，C–C 键长都是 1.39 Å；环己烷不是平面六边形，而是“椅式”，环内二面角约 ±55°。这个工具输入一个 SMILES 字符串（例如乙醇 CCO、苯 c1ccccc1、反-2-丁烯 C/C=C/C），在浏览器里自动补全氢原子，按“σ 键数 + 孤对电子数”判断每个原子的杂化方式，取标准键长（C–C 1.54、C=C 1.34、C≡C 1.20、C–H 1.09、C=O 1.21 Å 等）和理想键角，再用自写的简单力场（键伸缩、键角、平面性、交叉式扭转、非键排斥）多次随机起点优化，得到一个近似的三维构象。SMILES 里的手性标记 @/@@ 和顺反标记 / \ 会被遵守，例如 L-丙氨酸 N[C@@H](C)C(=O)O 生成的是 S 构型，β-D-吡喃葡萄糖生成全部取代基在平伏键上的椅式。模型可拖动旋转、滚轮或双指缩放、自动旋转，有球棍、空间填充（范德华半径）、棍状、线框四种画法和景深淡化；依次点 2、3、4 个原子即可读出距离、键角和二面角，例如乙烷的 H–C–C–H 二面角为 60°（交叉式），顺-2-丁烯 C–C=C–C 为 0°、反式为 180°。结果可导出 PNG、SVG 图片和 XYZ、MOL 坐标文件，供 Avogadro、PyMOL 等软件继续使用。需要说明：这是经验力场给出的近似几何，不是量子化学优化结构。

## 使用步骤

1. 输入 SMILES，或点一个示例分子（水、甲烷、苯、环己烷、葡萄糖、咖啡因、阿司匹林等）
2. 拖动旋转、滚轮缩放，切换球棍 / 空间填充 / 棍状 / 线框，选择是否显示氢原子和原子标签
3. 依次点击 2～4 个原子测距离、键角或二面角，需要时导出 PNG、SVG、XYZ 或 MOL 文件

## 功能特点

- SMILES 直接生成三维结构，自动补全氢原子，全部在浏览器本地计算
- 按杂化与孤对电子取标准键长和键角：甲烷 109.5°、水 104.5°、氨 106.7°、苯平面 1.39 Å
- 遵守 @/@@ 手性和 / \ 顺反标记，饱和六元环自动成椅式
- 球棍、空间填充（Bondi 范德华半径）、棍状、线框四种显示，CPK 配色与景深淡化
- 拖动旋转、滚轮 / 双指缩放、自动旋转，可隐藏氢原子、显示元素符号和编号
- 点原子测键长、键角、二面角，结果可一键复制
- 键长与键角统计表，对照参考值
- 导出 PNG、SVG 图片和 XYZ、MOL（V2000）坐标文件

## 常见问题

### 三维坐标是怎么算出来的？准确吗？

工具先解析 SMILES 并补全氢原子，按每个原子的 σ 键数与孤对电子数判断 sp、sp²、sp³ 杂化，取标准键长和理想键角，再用一个简化的分子力场（键伸缩、键角、平面性、交叉式扭转、非键排斥、手性与顺反约束）从多个随机起点做能量最小化，取能量最低的结果。键长通常与实验值相差约 0.02 Å 以内，键角约 2° 以内，适合教学和看立体形状；它不是量子化学优化结构，也不保证找到全局最低能构象，精确计算请用 Gaussian、ORCA、xtb 等软件。

### 手性和顺反异构能正确显示吗？

能。SMILES 中方括号原子上的 @ 和 @@ 表示四面体手性，工具会让生成结构的手性与之一致，例如 L-丙氨酸 N[C@@H](C)C(=O)O 得到 S 构型；双键两侧的 / 和 \ 表示顺反，C/C=C/C 是反-2-丁烯（二面角 180°），C/C=C\C 是顺-2-丁烯（二面角 0°）。如果 SMILES 没写这些标记，对应的立体中心或双键构型是任意的。

### 为什么环己烷是椅式而不是平面六边形？

饱和碳是 sp³ 杂化，理想键角约 109.5°～111°，而平面正六边形的内角是 120°，会产生很大的角张力；同时平面结构中相邻 C–H 键全部重叠，扭转张力也大。椅式构象让每个键角接近四面体角、相邻键全部交叉，是能量最低的构象，环内 C–C–C–C 二面角约 ±55°。工具对饱和六元环会引导成椅式，可以点 4 个环碳测二面角验证。

### 导出的 XYZ 和 MOL 文件有什么用？

XYZ 是最简单的坐标格式，每行“元素 x y z”（单位 Å），可以直接作为 Gaussian、ORCA、xtb 等量子化学软件的初始结构；MOL（V2000）文件除坐标外还包含键和电荷信息，Avogadro、PyMOL、ChemDraw、Jmol 等都能打开。由于这里的几何是近似的，做精确计算前建议在这些软件里再优化一次。

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