2.2.2: Anatomy of a MOL file

Hack-a-Mol

Hier is een website van het St. Olaf College waar je kunt spelen met de relatie tussen 2D structuren, 3D renderings, identifiers, en verbindingstabellen, met dank aan de cheminformaticus Bob Hanson. Er is een link op de pagina naar een document dat uitlegt “Hoe het werkt” (ook hier gelinkt). In de loop van deze cursus zul je leren hoe we communiceren met de NCI resolver en PubChem, en veel van de fundamentele functies achter deze toepassing.

We hebben ook Hack-a-Mol hieronder ingesloten, en bij het maken van je opdrachten wil je misschien openen in een nieuw venster.

Laten we nog eens kijken naar benzoëzuur. Maak het 2D-schetsvenster leeg met de witte vakjesknop bovenaan, tweede van links, en teken dan benzoëzuur. Klik op de rechter pijlknop. Dat zou een 3D-structuur moeten opleveren in het venster rechts en een MOL-bestand moeten genereren in het tekstvenster eronder. (Voor details over waar deze gegevens vandaan komen, zie de secties “2D naar 3D” en “3D naar structuurgegevens” in “Hoe het werkt.”)

Kijk nu eens naar het MOL-bestand in het tekstvenster. U zult zien dat Hack-a-Mol standaard expliciete H opneemt in de MOL-bestanden die het genereert. (Zie de discussie over expliciete en impliciete H eerder in deze module voor meer informatie.)

Identificeer de atomen en bindingen waaruit de ring bestaat. (Deze zullen variëren afhankelijk van de manier waarop u het molecuul hebt getekend – de 2D-schetsapplicatie nummert atomen en bindingen in de volgorde waarin ze zijn getekend). Onthoud dat de eerste twee kolommen in elke bindtabel verwijzen naar rijen in de atoomtabel, en de derde kolom geeft het bindingstype (1=enkel, 2=dubbel, etc.) dat deze twee atomen verbindt. (U kunt dit zelf controleren door met de muis over de atomen te gaan in het 3D venster of door te klikken op de “labels” link boven dit venster.)

Nadat u de zes ring bindingen in het MOL bestand heeft geïdentificeerd, past u ze handmatig aan om de andere Kekulé structuur van de ring te genereren. (Dat wil zeggen, verwissel de 1’s voor 2’s en de 2’s voor 1’s in de bindingstype velden (derde kolom) van de bindingenstabel entries voor de zes ring bindingen). Met de cursor nog steeds in het tekstvenster, druk op enter. Dit zou de andere Kekulé structuur voor benzoëzuur moeten genereren in zowel het 3D als het 2D venster.

Laten we voor de grap eens een nonsens structuur genereren. Verander alle ring bindingen in dubbele bindingen, en druk op enter. U zou nu een chemisch beledigende structuur moeten hebben met een cyclohexahexeenring met zes positief geladen koolstofatomen die de valentie-regels overtreden. Er is een les hier – software zal u niet vertellen dat uw structuur gegevens chemisch onzinnig is, tenzij het is geprogrammeerd om dat te doen.

Revert naar benzoëzuur, hetzij door het veranderen van de bindingen terug handmatig of gewoon door het wissen van de 2D-schets venster, opnieuw tekenen, en klik op de pijl naar rechts weer.

Nu, laten we plak een chloor-atoom op de benzeenring. Zoek met behulp van de atoom- en bindingstabellen het atoomtabel-item voor een ringwaterstof ortho, meta, of para van de carboxylgroep (kies maar!). Verander het atoomsymbool in deze atoomtabel van H in Cl, en druk op enter. U zou nu de chloorbenzoëzuur isomeer van uw keuze moeten hebben in zowel 3D als 2D vensters.

Nog een oefening: laten we van ons benzoëzuur pyridine-3-carbonzuur maken – dat is, benzoëzuur met N in plaats van een van de ringkoolwaterstoffen meta aan de carboxylgroep. Dit is de verbinding die beter bekend is als niacine (vitamine B3).

(Tangentieel leuk feitje: niacine, ontdekt als een zuur reactieproduct van nicotine, werd oorspronkelijk nicotinezuur genoemd. In de jaren 1930 werd ontdekt dat het de essentiële voedingsstof was die pellagra voorkwam, een verwoestende aandoening die veel voorkwam in het Amerikaanse Zuiden in het begin van de twintigste eeuw. Volksgezondheidsfunctionarissen bevorderden het verrijken van meel met nicotinezuur, en de epidemie van pellagra begon te verdwijnen. Artsen en wetenschappers waren echter bezorgd dat de naam “nicotinezuur” de indruk wekte dat zij een massale ziekte genazen door tabak in brood te stoppen. Een commissie van de National Research Council besloot de naam van de stof te veranderen in niacine, kort voor nicotinezuur-vitamine.)

Hoe dan ook: zoek de ingang voor een ringkoolstof meta aan de carboxylgroep. (Hint: 1) gebruik de atoom- en bindingstabellen om het koolstofatoom te identificeren dat is gebonden aan de twee zuurstofatomen; 2) zoek de ringkoolstof die is gebonden aan die carboxylkoolstof; 3) zoek een ringkoolstof die twee bindingen verwijderd is van die carboxyl-gesubstitueerde ringkoolstof). Verander die koolstof in N, en druk op enter.

Nu hebben we het N-atoom in onze ring, maar je zult merken dat het positief geladen is. We hebben geen van de expliciete hydrogenen veranderd, dus het N atoom blijft geprotoneerd, net als het C atoom dat het verving. Laten we ons ontdoen van dat waterstofatoom. Zoek de entry voor de N-H binding in de bindingstabel en de entry voor het corresponderende H atoom in de atoomtabel, en verwijder ze allebei. Druk op enter.

Niet veel geluk gehad, je zou nu een monsterlijke puinhoop in het 3D venster moeten hebben en helemaal niets in het 2D venster. Uh-oh. Ga terug naar het MOL bestand venster, druk tweemaal op ctrl-Z om de verwijdering van die rijen ongedaan te maken, en druk op enter. Dat brengt je terug naar N-protonated niacin.

Door het verwijderen van een rij van de atoom tabel, hebben we alle volgende atoom tabel ingangen hernummerd. Omdat we de atoomreferenties in de bindingstabel niet hebben veranderd, zijn alle bindingen met deze hernummerde atomen verbroken.

Werkelijk verwijder je die N-H binding uit de bindingstabel en de entry voor dat H atoom in de atoomtabel. Echter, repareer nu de bindingen tabel referenties door **het atoomnummer te verlagen met 1** voor alle atomen onder de rij die u verwijderde. (Dat wil zeggen, als de waterstof die je hebt verwijderd de 13e atoomtabel was, verander dan elke 14 in de eerste twee kolommen van de bindingstabel in een 13, en verander elke 15 in de eerste twee kolommen van de bindingstabel in een 14.)

Hit enter. Ugh – je structuur is waarschijnlijk **weer** in de war, zelfs als je al deze hernummeringen correct hebt gedaan. Misschien ben je zelfs je ring kwijt, om de een of andere reden.

Kijk eens naar de tellingsregel van het MOL-bestand – de rij boven de atoomtabel, net onder de headers van het bestand. De eerste twee getallen in deze regel verwijzen naar het aantal atomen en bindingen in het molecuul. Omdat we een atoom en een binding hebben verwijderd, moeten we elk van deze getallen verlagen van 15 naar 14. Doe dat, en druk dan weer op enter. U zou nu niacin.

Whew moeten hebben. Gelukkig is de verwerking van de verbindingstabel zo goed te automatiseren!

Probeer nog wat meer met Hack-a-Mol. Kijk eens naar de “Hoe het werkt” pagina – veel van de notaties, apps, en processen waarnaar op deze pagina verwezen wordt, zullen in de volgende weken behandeld worden. U kunt het nuttig vinden om naar deze pagina terug te blijven keren en ermee te spelen naarmate u verder komt in deze cursus.