2.2.2: MOL-tiedoston anatomia

Hack-a-Mol

Tässä on St. Olaf Collegen verkkosivusto, jossa voit leikkiä 2D-rakenteiden, 3D-renderöintien, tunnisteiden ja kytkentätaulukoiden välisillä suhteilla kemianinformatiikan asiantuntija Bob Hansonin ansiosta. Sivulla on linkki dokumenttiin, jossa selitetään ”How it Works” (linkki myös täällä). Tämän kurssin edetessä opit, miten kommunikoimme NCI-resolverin ja PubChemin kanssa, ja monia tämän sovelluksen perusominaisuuksia.

Olemme myös upottaneet Hack-a-Mol-ohjelman alle, ja kun teet tehtäviäsi, voit halutessasi avata sen uuteen ikkunaan.

Katsotaanpa vielä bentsoehappoa. Tyhjennä 2D-luonnosikkuna käyttämällä valkoista laatikkopainiketta ylhäällä, toinen vasemmalta, ja piirrä sitten bentsoehappo. Napsauta oikeanpuoleista nuolipainiketta. Tämän pitäisi renderöidä 3D-rakenne oikealla olevaan ikkunaan ja luoda MOL-tiedosto alla olevaan teksti-ikkunaan. (Lisätietoja siitä, mistä nämä tiedot tulevat, on kohdassa ”2D:stä 3D:ksi” ja ”3D:stä rakennetiedoiksi” kohdassa ”Miten se toimii.”)

Katso nyt teksti-ikkunassa olevaa MOL-tiedostoa. Huomaat, että Hack-a-Mol sisältää oletusarvoisesti eksplisiittisen H:n tuottamiinsa MOL-tiedostoihin. (Katso lisätietoja eksplisiittisen ja implisiittisen H:n käsittelystä aiemmin tässä moduulissa.)

Tunnista renkaan muodostavat atomit ja sidokset. (Nämä vaihtelevat sen mukaan, miten piirsit molekyylin – 2D-luonnossovellus numeroi atomit ja sidokset siinä järjestyksessä kuin ne on piirretty). Muista, että kunkin sidostaulukkomerkinnän kaksi ensimmäistä saraketta viittaavat atomitaulukon riveihin, ja kolmas sarake ilmoittaa näitä kahta atomia yhdistävän sidoksen tyypin (1=yksinkertainen, 2=kaksinkertainen jne.). (Voit tarkistaa sen itse viemällä hiiren kursorin 3D-ikkunassa atomien päälle tai napsauttamalla tämän ikkunan yläpuolella olevaa ”labels”-linkkiä.)

Kun olet tunnistanut kuusi rengassidosta MOL-tiedostossa, säädä niitä manuaalisesti, jotta voit luoda renkaan toisen Kekulé-rakenteen. (Toisin sanoen vaihda 1:t 2:ksi ja 2:t 1:ksi bondityyppikentissä (kolmas sarake) bonditaulukon merkinnöissä kuuden rengasbondin kohdalla). Kun kursori on edelleen teksti-ikkunassa, paina enter-näppäintä. Tämän pitäisi tuottaa bentsoehapon toinen Kekulé-rakenne sekä 3D- että 2D-ikkunassa.

Lisätäänpä huvin vuoksi hölynpölyrakenne. Vaihda kaikki rengassidokset kaksoissidoksiksi ja paina enteriä. Sinulla pitäisi nyt olla kemiallisesti loukkaava rakenne, jossa on sykloheksahekseenirengas, jossa kuusi positiivisesti varautunutta hiiliatomia rikkoo valenssisääntöjä. Tästä on opittavaa – ohjelmisto ei kerro sinulle, että rakennetietosi ovat kemiallisesti järjettömiä, ellei sitä ole ohjelmoitu tekemään niin.

Palauta bentsoehappoon joko vaihtamalla sidokset takaisin manuaalisesti tai vain tyhjentämällä 2D-luonnosikkuna, piirtämällä uudelleen ja napsauttamalla oikeaa nuolipainiketta uudestaan.

Liimataan nyt bentseenirenkaaseen klooriatomi. Etsi atomi- ja sidetaulukoiden avulla atomitaulukon merkintä rengasvedylle orto-, meta- tai para-asennossa karboksyyliryhmään nähden (valitse itse!). Vaihda atomin symboli tässä atomitaulukkomerkinnässä H:sta Cl:ksi ja paina enteriä. Nyt sinulla pitäisi olla valitsemasi klooribentsoehapon isomeeri sekä 3D- että 2D-ikkunassa.

Vielä yksi harjoitus: tehdään bentsoehapostamme pyridiini-3-karboksyylihappo – eli bentsoehappo, jossa on N yhden rengashiilivetyjen sijasta meta karboksyyliryhmään nähden. Tämä on yhdiste, joka tunnetaan paremmin nimellä niasiini (B3-vitamiini).

(Tangentiaalinen hauska fakta: niasiini, joka löydettiin nikotiinin happamana reaktiotuotteena, oli alun perin nimeltään nikotiinihappo. 1930-luvulla sen todettiin olevan olennainen ravintoaine, joka esti pellagraa, tuhoisaa sairautta, joka oli laajalti levinnyt Amerikan eteläosissa 1900-luvun alussa. Kansanterveysviranomaiset edistivät jauhojen rikastamista nikotiinihapolla, ja pellagraepidemia alkoi hävitä. Lääkärit ja tiedemiehet olivat kuitenkin huolissaan siitä, että nimi ”nikotiinihappo” antoi vaikutelman, että he parantavat joukkotautia laittamalla tupakkaa leipään. Kansallisen tutkimusneuvoston komitea päätti muuttaa aineen nimen niasiiniksi, joka on lyhenne sanoista nikotiinihappovitamiini.)

Jokatapauksessa: etsi merkintä rengashiilen meta karboksyyliryhmälle. (Vihje: 1) tunnista atomi- ja sidostaulukoiden avulla hiiliatomi, joka on sitoutunut kahteen happiatomiin; 2) etsi rengashiili, joka on sitoutunut tuohon karboksyylihiileen; 3) etsi rengashiili, joka on kahden sidoksen päässä tuosta karboksyylisubstituoidusta rengashiilestä). Vaihda tuo hiili N:ksi ja paina enteriä.

Nyt meillä on N-atomi renkaassamme, mutta huomaat, että se on positiivisesti varautunut. Emme muuttaneet yhtään eksplisiittistä vetyatomia, joten N-atomi pysyy protonoituna, kuten C-atomi, jonka se korvasi. Hankkiudutaan eroon tuosta vetyatomista. Etsi N-H-sidoksen merkintä sidostaulukosta ja vastaavan H-atomin merkintä atomitaulukosta ja poista molemmat. Paina enteriä.

Jos et ollut hyvin onnekas, sinulla pitäisi nyt olla 3D-ikkunassa hirvittävä sotku ja 2D-ikkunassa ei yhtään mitään. Uh-oh. Mene takaisin MOL-tiedostoikkunaan, paina ctrl-Z kahdesti peruuttaaksesi näiden rivien poiston ja paina enteriä. Näin pääset takaisin N-protonoituun niasiiniin.

Poistamalla atomitaulukon rivin numeroimme kaikki seuraavat atomitaulukon merkinnät uudelleen. Koska emme muuttaneet sidostaulukon atomiviittauksia, tämä rikkoi kaikki sidokset näihin uudelleen numeroituihin atomeihin.

Poista vielä kerran tuo N-H-sidos sidostaulukosta ja kyseisen H-atomin merkintä atomitaulukosta. Korjaa nyt kuitenkin sidostaulukon viittaukset **vähentämällä atomin numeroa 1:llä** kaikkien poistamasi rivin alapuolella olevien atomien osalta. (Toisin sanoen, jos poistamasi vety oli atomitaulukon 13. merkintä, muuta sidostaulukon kahdessa ensimmäisessä sarakkeessa jokainen 14 merkintä 13:ksi ja sidostaulukon kahdessa ensimmäisessä sarakkeessa jokainen 15 merkintä 14:ksi.)

Paina enter. Ugh – rakenteesi on luultavasti sekaisin **toistamiseen**, vaikka olisitkin tehnyt kaiken tämän uudelleen numeroinnin oikein. Olet ehkä jopa jostain syystä hukannut renkaasi.

Katso MOL-tiedoston laskurivi – rivi atomitaulukon yläpuolella, heti tiedoston otsikoiden alapuolella. Rivin kaksi ensimmäistä numeroa viittaavat molekyylin atomien ja sidosten lukumäärään. Koska poistimme yhden atomin ja yhden sidoksen, meidän on vähennettävä kumpikin näistä arvoista 15:stä 14:ään. Tee näin ja paina sitten uudelleen enteriä. Sinulla pitäisi nyt olla niasiini.

Whew. Luojan kiitos, että yhteystaulukoiden käsittely on niin helposti automatisoitavissa!

Leikkikää vielä vähän Hack-a-Molilla. Vilkaise ”Miten se toimii” -sivua – monia tällä sivulla mainittuja merkintöjä, sovelluksia ja prosesseja käsitellään seuraavilla viikoilla. Saatat kokea hyödylliseksi palata tälle sivulle ja leikkiä sillä, kun etenet tällä kurssilla.