2.2.2: Anatomia di un file MOL

Hack-a-Mol

Ecco un sito web del St. Olaf College dove si può giocare con le relazioni tra strutture 2D, rendering 3D, identificatori e tabelle di connessione, per gentile concessione del cheminformatico Bob Hanson. C’è un link nella pagina ad un documento che spiega “Come funziona” (collegato anche qui). Mentre questo corso procede imparerai come comunichiamo con il resolver NCI e PubChem, e molte delle caratteristiche fondamentali dietro questa applicazione.

Abbiamo anche incorporato Hack-a-Mol qui sotto, e quando fai i tuoi compiti potresti voler aprire in una nuova finestra.

Diamo un’altra occhiata all’acido benzoico. Cancella la finestra di schizzo 2D usando il pulsante bianco in alto, secondo da sinistra, e poi disegna l’acido benzoico. Fai clic sul pulsante con la freccia destra. Questo dovrebbe rendere una struttura 3D nella finestra a destra e generare un file MOL nella finestra di testo sottostante. (Per i dettagli sulla provenienza di questi dati, vedi le sezioni “Da 2D a 3D” e “Da 3D a dati di struttura” in “Come funziona.”)

Ora, dai un’occhiata al file MOL nella finestra di testo. Noterete che, per default, Hack-a-Mol include H esplicita nei file MOL che genera. (Vedi la discussione su H esplicita e implicita in precedenza in questo modulo per maggiori informazioni.)

Identificate gli atomi e i legami che compongono l’anello. (Questi varieranno a seconda del modo in cui hai disegnato la molecola – l’applicazione di schizzo 2D numera gli atomi e i legami nell’ordine in cui sono disegnati). Ricorda, le prime due colonne di ogni voce della tabella dei legami si riferiscono alle righe della tabella degli atomi, e la terza colonna dà il tipo di legame (1=singolo, 2=doppio, ecc.) che collega questi due atomi. (Potete controllare voi stessi passando il mouse sugli atomi nella finestra 3D o cliccando il link “etichette” sopra questa finestra.)

Una volta identificati i sei legami dell’anello nel file MOL, aggiustateli manualmente per generare l’altra struttura Kekulé dell’anello. (Cioè, scambiate gli 1 per i 2 e i 2 per gli 1 nei campi del tipo di legame (terza colonna) delle voci della tabella dei legami per i sei legami dell’anello). Con il cursore ancora nella finestra di testo, premi enter. Questo dovrebbe generare l’altra struttura di Kekulé per l’acido benzoico in entrambe le finestre 3D e 2D.

Per curiosità, generiamo una struttura senza senso. Cambiate tutti i legami dell’anello in doppi legami e premete invio. Ora dovreste avere una struttura chimicamente offensiva che coinvolge un anello cicloesenico con sei atomi di carbonio caricati positivamente che violano le regole di valenza. C’è una lezione qui – il software non vi dirà che i vostri dati di struttura sono chimicamente insensati a meno che non sia programmato per farlo.

Ritornate all’acido benzoico, cambiando i legami manualmente o semplicemente cancellando la finestra di schizzo 2D, ridisegnando e cliccando di nuovo il pulsante freccia destra.

Ora, incolliamo un atomo di cloro sull’anello di benzene. Usando le tabelle degli atomi e dei legami, individua la voce della tabella degli atomi per un idrogeno dell’anello ortho, meta o para al gruppo carbossilico (scegli tu!). Cambia il simbolo dell’atomo in questa voce della tabella degli atomi da H a Cl, e premi enter. Ora dovresti avere l’isomero dell’acido clorobenzoico di tua scelta in entrambe le finestre 3D e 2D.

Un altro esercizio: facciamo il nostro acido benzoico in acido piridinico-3-carbossilico – cioè, acido benzoico con N al posto di uno dei carboni dell’anello meta al gruppo carbossilico. Questo è il composto meglio conosciuto come niacina (vitamina B3).

(Fatto divertente tangenziale: la niacina, scoperta come prodotto di reazione acida della nicotina, era originariamente chiamata acido nicotinico. Negli anni ’30, si scoprì che era il nutriente essenziale che preveniva la pellagra, un disturbo devastante ampiamente diffuso nel Sud americano all’inizio del XX secolo. I funzionari della sanità pubblica promossero l’arricchimento della farina con acido nicotinico, e l’epidemia di pellagra cominciò a scomparire. Tuttavia, i medici e gli scienziati si preoccuparono che il nome “acido nicotinico” desse l’impressione di curare la malattia di massa mettendo il tabacco nel pane. Un comitato del National Research Council decise di cambiare il nome della sostanza in niacina, abbreviazione di vitamina dell’acido nicotinico.)

Ad ogni modo: individua la voce per un anello di carbonio meta al gruppo carbossilico. (Suggerimento: 1) usa le tabelle degli atomi e dei legami per identificare l’atomo di carbonio legato ai due atomi di ossigeno; 2) trova il carbonio dell’anello legato a quel carbonio carbossilico; 3) trova un carbonio dell’anello a due legami da quel carbonio dell’anello sostituito dal carbossile). Cambiate quel carbonio in N, e premete enter.

Ora abbiamo l’atomo N nel nostro anello, ma noterete che è carico positivamente. Non abbiamo cambiato nessuno degli idrogeni espliciti, quindi l’atomo N rimane protonato, come l’atomo C che ha sostituito. Sbarazziamoci di questo atomo di idrogeno. Individuate la voce per il legame N-H nella tabella dei legami e la voce per l’atomo H corrispondente nella tabella degli atomi, e cancellateli entrambi. Premete enter.

A meno che non siate stati molto fortunati, ora dovreste avere un casino mostruoso nella finestra 3D e niente di niente nella finestra 2D. Oh-oh. Tornate alla finestra del file MOL, premete due volte ctrl-Z per annullare la cancellazione di quelle righe, e premete invio. Questo vi riporterà alla niacina N-protonata.

Cancellando una riga della tabella degli atomi, abbiamo rinumerato tutte le successive voci della tabella degli atomi. Poiché non abbiamo cambiato i riferimenti dell’atomo nella tabella dei legami, questo ha rotto tutti i legami a questi atomi rinumerati.

Ancora una volta, cancellate quel legame N-H dalla tabella dei legami e la voce per quell’atomo H nella tabella degli atomi. Tuttavia, ora correggete i riferimenti della tabella dei legami **diminuendo il numero dell’atomo di 1** per tutti gli atomi sotto la riga che avete cancellato. (Cioè, se l’idrogeno che avete cancellato era la 13a voce della tabella degli atomi, cambiate ogni 14 nelle prime due colonne della tabella dei legami in un 13, e cambiate ogni 15 nelle prime due colonne della tabella dei legami in un 14.)

Premete invio. Ugh – la vostra struttura è probabilmente incasinata **di nuovo**, anche se avete fatto tutta questa rinumerazione correttamente. Potresti anche aver perso il tuo anello, per qualche ragione.

Dai un’occhiata alla riga dei conteggi del file MOL – la riga sopra la tabella degli atomi, appena sotto le intestazioni del file. I primi due numeri in questa riga si riferiscono al numero di atomi e legami nella molecola. Dato che abbiamo cancellato un atomo e un legame, dobbiamo diminuire ognuno di questi da 15 a 14. Fatelo, e poi premete di nuovo invio. Ora dovreste avere niacina.

Whew. Grazie al cielo la gestione delle tabelle di connessione è così facile da automatizzare!

Gioca ancora un po’ con Hack-a-Mol. Date un’occhiata alla pagina “Come funziona” – molte delle notazioni, applicazioni e processi a cui si fa riferimento in questa pagina saranno trattati nelle settimane successive. Potresti trovare utile continuare a tornare su questa pagina e giocarci man mano che vai avanti in questo corso.