2.2.2: Anatomia pliku MOL

Hack-a-Mol

Tutaj jest strona w St. Olaf College, gdzie można bawić się związkami między strukturami 2D, renderami 3D, identyfikatorami i tabelami połączeń, dzięki uprzejmości cheminformatyka Boba Hansona. Na stronie znajduje się link do dokumentu wyjaśniającego „Jak to działa” (również link tutaj). W trakcie kursu dowiesz się, jak komunikujemy się z NCI resolver i PubChem, a wiele z podstawowych funkcji tej aplikacji.

Mamy również osadzony Hack-a-Mol poniżej, a podczas wykonywania zadań możesz chcieć otworzyć w nowym oknie.

Przyjrzyjrzyjmy się jeszcze raz kwasowi benzoesowemu. Wyczyść okno szkicu 2D za pomocą przycisku z białą ramką u góry, drugi od lewej, a następnie narysuj kwas benzoesowy. Kliknij przycisk strzałki w prawo. Powinno to spowodować wyrenderowanie struktury 3D w oknie po prawej stronie i wygenerowanie pliku MOL w oknie tekstowym poniżej. (Aby dowiedzieć się, skąd pochodzą te dane, zobacz sekcje „2D do 3D” i „3D do danych struktury” w rozdziale „Jak to działa.”)

Teraz spójrz na plik MOL w oknie tekstowym. Zauważysz, że domyślnie, Hack-a-Mol zawiera jawne H w plikach MOL, które generuje. (Zobacz dyskusję o jawnym i ukrytym H wcześniej w tym module, aby uzyskać więcej informacji.)

Zidentyfikuj atomy i wiązania, które tworzą pierścień. (Będą się one różnić w zależności od sposobu, w jaki narysowałeś cząsteczkę – aplikacja Szkic 2D numeruje atomy i wiązania w kolejności, w jakiej zostały narysowane). Pamiętaj, że pierwsze dwie kolumny w każdym wpisie w tabeli wiązań odnoszą się do wierszy w tabeli atomów, a trzecia kolumna podaje typ wiązania (1=pojedyncze, 2=podwójne itd.) łączącego te dwa atomy. (Możesz sprawdzić najeżdżając na atomy w oknie 3D lub klikając na link „etykiety” powyżej tego okna.)

Po zidentyfikowaniu sześciu wiązań pierścienia w pliku MOL, ręcznie dopasuj je, aby wygenerować inną strukturę Kekulégo pierścienia. (To znaczy, zamień 1’s na 2’s i 2’s na 1’s w polach typu wiązania (trzecia kolumna) wpisów tabeli wiązań dla sześciu wiązań pierścieniowych). Z kursorem wciąż w oknie tekstowym, naciśnij enter. Powinno to wygenerować inną strukturę Kekulégo dla kwasu benzoesowego zarówno w oknie 3D jak i 2D.

Na wszelki wypadek wygenerujmy nonsensowną strukturę. Zmień wszystkie wiązania pierścieniowe na wiązania podwójne i naciśnij enter. Powinieneś teraz mieć chemicznie szkodliwą strukturę zawierającą pierścień cykloheksaheksenowy z sześcioma dodatnio naładowanymi atomami węgla naruszającymi zasady walencyjne. Jest w tym pewna lekcja – oprogramowanie nie powie Ci, że Twoje dane struktury są chemicznie bezsensowne, chyba że jest do tego zaprogramowane.

Przywróć do kwasu benzoesowego, albo przez ręczną zmianę wiązań, albo po prostu przez wyczyszczenie okna szkicu 2D, ponowne narysowanie i ponowne kliknięcie przycisku strzałki w prawo.

Teraz przyklejmy atom chloru do pierścienia benzenowego. Korzystając z tabel atomów i wiązań, znajdź wpis w tabeli atomów dla wodoru pierścieniowego orto, meta, lub para w stosunku do grupy karboksylowej (wybierz!). Zmień symbol atomu w tym wpisie tabeli atomów z H na Cl i naciśnij enter. Powinieneś teraz mieć wybrany izomer kwasu chlorobenzoesowego zarówno w oknie 3D, jak i 2D.

Jeszcze jedno ćwiczenie: zmieńmy nasz kwas benzoesowy w kwas pirydyno-3-karboksylowy – to jest kwas benzoesowy z N w miejscu jednego z węgli pierścienia meta do grupy karboksylowej. Jest to związek lepiej znany jako niacyna (witamina B3).

(Tangential zabawy fakt: niacyna, odkryte jako kwaśny produkt reakcji nikotyny, został pierwotnie nazwany kwas nikotynowy. W 1930 roku, okazało się, że jest to niezbędny składnik odżywczy, który zapobiega pellagra, wyniszczające zaburzenie szeroko rozpowszechnione w amerykańskim Południu na początku XX wieku. Urzędnicy zdrowia publicznego promowali wzbogacanie mąki w kwas nikotynowy, a epidemia pellagry zaczęła zanikać. Jednak lekarze i naukowcy martwili się, że nazwa „kwas nikotynowy” sprawiała wrażenie, że leczą masowe choroby poprzez dodawanie tytoniu do chleba. Komitet National Research Council postanowił zmienić nazwę substancji na niacynę, skrót od witaminy kwasu nikotynowego.)

Anyway: zlokalizuj wpis dla węgla pierścieniowego meta do grupy karboksylowej. (Wskazówka: 1) użyj tabel atomów i wiązań, aby zidentyfikować atom węgla związany z dwoma atomami tlenu; 2) znajdź węgiel pierścieniowy związany z tym węglem karboksylowym; 3) znajdź węgiel pierścieniowy dwa wiązania dalej od tego węgla pierścieniowego podstawionego karboksylem). Zmień ten węgiel na N, i naciśnij enter.

Teraz mamy atom N w naszym pierścieniu, ale zauważysz, że jest on dodatnio naładowany. Nie zmieniliśmy żadnego z jawnych hydrogenów, więc atom N pozostaje protonowany, tak jak atom C, który zastąpił. Pozbądźmy się tego atomu wodoru. Znajdź wpis dla wiązania N-H w tabeli wiązań oraz wpis dla odpowiadającego mu atomu H w tabeli atomów i usuń je oba. Wciśnij enter.

Jeśli nie miałeś szczęścia, powinieneś mieć teraz potworny bałagan w oknie 3D i nic w oknie 2D. Uh-oh. Wróć do okna pliku MOL, naciśnij ctrl-Z dwa razy, aby cofnąć usunięcie tych wierszy, i naciśnij enter. To zabierze cię z powrotem do N-protonowanej niacyny.

Usuwając wiersz tabeli atomów, przenumerowaliśmy wszystkie kolejne wpisy w tabeli atomów. Ponieważ nie zmieniliśmy odwołań do atomów w tabeli wiązań, to zerwało wszystkie wiązania do tych przenumerowanych atomów.

Ponownie, usuń to wiązanie N-H z tabeli wiązań i wpis dla tego atomu H w tabeli atomów. Teraz jednak popraw odwołania do tabeli wiązań przez **zmniejszenie numeru atomu o 1** dla wszystkich atomów poniżej wiersza, który usunąłeś. (To znaczy, jeśli wodór, który usunąłeś był 13 wpisem w tabeli atomów, zmień każdy 14 w pierwszych dwóch kolumnach tabeli wiązań na 13, i zmień każdy 15 w pierwszych dwóch kolumnach tabeli wiązań na 14.)

Wciśnij enter. Ugh – Twoja struktura jest prawdopodobnie spieprzona **ponownie**, nawet jeśli zrobiłeś wszystkie te zmiany numeracji poprawnie. Z jakiegoś powodu mogłeś nawet stracić swój pierścień.

Spójrz na wiersz zliczania w pliku MOL – wiersz powyżej tabeli atomów, tuż poniżej nagłówków pliku. Pierwsze dwie liczby w tym wierszu odnoszą się do liczby atomów i wiązań w cząsteczce. Ponieważ usunęliśmy jeden atom i jedno wiązanie, musimy zmniejszyć każdą z nich z 15 do 14. Zrób to, a następnie ponownie naciśnij enter. Powinieneś teraz mieć niacynę.

Whew. Dzięki Bogu, że obsługa tabeli połączeń jest tak podatna na automatyzację!

Zabaw się jeszcze trochę z Hack-a-Mol. Spójrz na stronę „Jak to działa” – wiele z notacji, aplikacji i procesów, o których mowa na tej stronie, będzie omawianych w kolejnych tygodniach. Może się okazać, że warto wracać do tej strony i bawić się nią w miarę postępów w tym kursie.

.