2.2.2.2: Anatomi af en MOL-fil

Hack-a-Mol

Her er et websted på St. Olaf College, hvor du kan lege med forholdet mellem 2D-strukturer, 3D-gengivelser, identifikatorer og forbindelsestabeller, venligst udlånt af cheminformatikeren Bob Hanson. Der er et link på siden til et dokument, der forklarer “How it Works” (også linket her). Efterhånden som dette kursus skrider frem, vil du lære, hvordan vi kommunikerer med NCI resolver og PubChem, og mange af de grundlæggende funktioner bag dette program.

Vi har også indlejret Hack-a-Mol nedenfor, og når du laver dine opgaver, vil du måske åbne i et nyt vindue.

Lad os tage et nyt kig på benzoesyre. Ryd 2D-skitsevinduet ved hjælp af knappen med den hvide boks øverst, den anden fra venstre, og tegn derefter benzoesyre. Klik på knappen med den højre pil. Det skulle gengive en 3D-struktur i vinduet til højre og generere en MOL-fil i tekstvinduet nedenunder. (For nærmere oplysninger om, hvor disse data kommer fra, se afsnittene “2D til 3D” og “3D til strukturdata” i “Sådan fungerer det.”)

Se nu MOL-filen i tekstvinduet. Du vil bemærke, at Hack-a-Mol som standard indeholder eksplicit H i de MOL-filer, som den genererer. (Se diskussionen om eksplicit og implicit H tidligere i dette modul for yderligere oplysninger.)

Identificer de atomer og bindinger, der udgør ringen. (Disse vil variere afhængigt af den måde, du har tegnet molekylet på – 2D-skitseprogrammet nummererer atomer og bindinger i den rækkefølge, de er tegnet). Husk, at de to første kolonner i hver obligationstabelpost henviser til rækker i atomtabellen, og at den tredje kolonne angiver den bindingstype (1=enkel, 2=dobbelt osv.), der forbinder disse to atomer. (Du kan selv kontrollere det ved at holde musen over atomerne i 3D-vinduet eller ved at klikke på linket “labels” over dette vindue.)

Når du har identificeret de seks ringbindinger i MOL-filen, skal du manuelt justere dem for at generere den anden Kekulé-struktur for ringen. (Det vil sige, at du skifter 1’erne ud med 2’erne og 2’erne med 1’erne i obligationstypefelterne (tredje kolonne) i obligationstabellens poster for de seks ringbindinger). Tryk på enter, mens markøren stadig er i tekstvinduet. Dette skulle generere den anden Kekulé-struktur for benzoesyre i både 3D- og 2D-vinduet.

Lade os for sjov generere en nonsensstruktur. Ændr alle ringbindingerne til dobbeltbindinger, og tryk på enter. Du skulle nu have en kemisk ubehagelig struktur, der involverer en cyclohexahexenring med seks positivt ladede kulstofatomer, der overtræder valensreglerne. Der er en lærestreg her – software vil ikke fortælle dig, at dine strukturdata er kemisk meningsløse, medmindre det er programmeret til det.

Vend tilbage til benzoesyre, enten ved at ændre bindingerne tilbage manuelt eller blot ved at rydde 2D-skitsevinduet, tegne igen og klikke på højre pilknappen igen.

Nu skal vi sætte et kloratom på benzenringen. Ved hjælp af atom- og bindingstabellerne skal du finde atomtabellens post for et ringbrintestof ortho, meta eller para til carboxylgruppen (vælg selv!). Ændr atomsymbolet i denne atomtabelpost fra H til Cl, og tryk på enter. Du skulle nu have den ønskede isomer af chlorbenzoesyre i både 3D- og 2D-vinduer.

Endnu en øvelse: Lad os lave vores benzoesyre om til pyridin-3-carboxylsyre – dvs. benzoesyre med N i stedet for et af ringens carbonatomer meta til carboxylgruppen. Dette er den forbindelse, der er bedre kendt som niacin (B3-vitamin).

(Tangential fun fact: niacin, der blev opdaget som et surt reaktionsprodukt af nikotin, blev oprindeligt kaldt nikotinsyre. I 1930’erne fandt man ud af, at det var det essentielle næringsstof, der forhindrede pellagra, en ødelæggende sygdom, der var meget udbredt i den amerikanske sydstaterne i begyndelsen af det tyvende århundrede. De offentlige sundhedsmyndigheder opfordrede til at berige melet med nikotinsyre, og epidemien af pellagra begyndte at forsvinde. Læger og videnskabsmænd var imidlertid bekymrede over, at navnet “nikotinsyre” gav indtryk af, at de helbredte en massesygdom ved at putte tobak i brød. Et udvalg under National Research Council besluttede at ændre stoffets navn til niacin, en forkortelse for nikotinsyrevitamin.)

Anyway: find indgangen til en ring carbon meta til carboxylgruppen. (Tip: 1) brug atom- og bindingstabellerne til at identificere det kulstofatom, der er bundet til de to oxygenatomer; 2) find det ringkulstof, der er bundet til dette carboxylkulstof; 3) find et ringkulstof to bindinger væk fra dette carboxyl-substituerede ringkulstof). Ændr dette kulstof til N, og tryk på enter.

Nu har vi N-atomet i vores ring, men du vil bemærke, at det er positivt ladet. Vi ændrede ikke nogen af de eksplicitte hydrogener, så N-atomet forbliver protoneret ligesom det C-atom, som det erstattede. Lad os slippe af med dette hydrogenatom. Find posten for N-H-bindingen i bindingstabellen og posten for det tilsvarende H-atom i atomtabellen, og slet dem begge. Tryk på enter.

Medmindre du var meget heldig, skulle du nu have et monstrøst rod i 3D-vinduet og slet ingenting i 2D-vinduet. Uh-oh. Gå tilbage til MOL-filvinduet, tryk to gange på ctrl-Z for at fortryde sletningen af disse rækker, og tryk på enter. Det bringer dig tilbage til N-protoneret niacin.

Ved at slette en række i atomtabellen omnummererede vi alle de efterfølgende atomtabelleposter. Da vi ikke ændrede atomreferencerne i obligationstabellen, ødelagde dette alle bindingerne til disse omnummererede atomer.

Slet endnu en gang denne N-H-binding fra obligationstabellen og posten for dette H-atom i atomtabellen. Nu skal du imidlertid rette referencerne i obligationstabellen ved at **formindske atomnummeret med 1** for alle atomer under den række, som du slettede. (Dvs. hvis det hydrogen, som du slettede, var den 13. atomtabelpost, skal du ændre hver 14 i de to første kolonner i obligationstabellen til en 13, og ændre hver 15 i de to første kolonner i obligationstabellen til en 14.)

Hit enter. Ugh – din struktur er formentlig skruet forkert sammen **igen**, selv om du har gjort alle disse omnummereringer korrekt. Du har måske endda mistet din ring, af en eller anden grund.

Tag et kig på tællelinjen i MOL-filen – rækken over atomtabellen, lige under filoverskrifterne. De to første tal i denne linje henviser til antallet af atomer og bindinger i molekylet. Da vi har slettet et atom og en binding, skal vi reducere hvert af disse tal fra 15 til 14. Gør det, og tryk derefter på enter igen. Du skulle nu have niacin.

Whew. Gudskelov, at håndteringen af forbindelsestabeller er så modtagelig for automatisering!

Leg lidt mere med Hack-a-Mol. Tag et kig på siden “Sådan fungerer det” – mange af de notationer, programmer og processer, der henvises til på denne side, vil blive behandlet i de efterfølgende uger. Du vil måske finde det nyttigt at fortsætte med at vende tilbage til denne side og lege med den, efterhånden som du kommer videre i dette kursus.