Hack-a-Mol
Iată un site web de la St. Olaf College unde vă puteți juca cu relația dintre structurile 2D, reprezentările 3D, identificatorii și tabelele de conexiuni, prin amabilitatea cheminformaticianului Bob Hanson. Există un link pe pagină către un document care explică „Cum funcționează” (cu link și aici). Pe măsură ce acest curs avansează, veți învăța cum comunicăm cu rezolvatorul NCI și PubChem, precum și multe dintre caracteristicile fundamentale din spatele acestei aplicații.
Am încorporat, de asemenea, Hack-a-Mol mai jos, iar atunci când vă faceți temele este posibil să doriți să deschideți într-o fereastră nouă.
Să aruncăm o altă privire la acidul benzoic. Eliberați fereastra de schiță 2D folosind butonul cutiei albe din partea de sus, al doilea din stânga, și apoi desenați acidul benzoic. Faceți clic pe butonul cu săgeata din dreapta. Aceasta ar trebui să redea o structură 3D în fereastra din dreapta și să genereze un fișier MOL în fereastra de text de mai jos. (Pentru detalii despre modul în care de unde provin aceste date, consultați secțiunile „2D to 3D” și „3D to structure data” din „How it Works.”)
Acum, aruncați o privire la fișierul MOL din fereastra de text. Veți observa că, în mod implicit, Hack-a-Mol include H explicit în fișierele MOL pe care le generează. (Consultați discuția despre H explicit și implicit mai devreme în acest modul pentru mai multe informații.)
Identificați atomii și legăturile care alcătuiesc inelul. (Acestea vor varia în funcție de modul în care ați desenat molecula – aplicația de schițe 2D numerotează atomii și legăturile în ordinea în care sunt desenate). Rețineți, primele două coloane din fiecare intrare a tabelului de legături se referă la rândurile din tabelul de atomi, iar a treia coloană indică tipul de legătură (1=singură, 2=dublă etc.) care leagă acești doi atomi. (Puteți verifica singuri, trecând cu degetul peste atomi în fereastra 3D sau făcând clic pe linkul „labels” (etichete) de deasupra acestei ferestre.)
După ce ați identificat cele șase legături ale inelului în fișierul MOL, ajustați-le manual pentru a genera cealaltă structură Kekulé a inelului. (Adică, schimbați 1 cu 2 și 2 cu 1 în câmpurile de tip de legătură (a treia coloană) ale intrărilor din tabelul de legături pentru cele șase legături din inel). Cu cursorul încă în fereastra de text, apăsați enter. Acest lucru ar trebui să genereze cealaltă structură Kekulé pentru acidul benzoic, atât în ferestrele 3D, cât și în cele 2D.
Doar de dragul distracției, să generăm o structură fără sens. Schimbați toate legăturile inelare în legături duble și apăsați enter. Ar trebui să aveți acum o structură ofensivă din punct de vedere chimic care implică un inel ciclohexahexenic cu șase atomi de carbon încărcați pozitiv care încalcă regulile de valență. Există o lecție aici – softul nu vă va spune că datele structurii dvs. sunt lipsite de sens din punct de vedere chimic decât dacă este programat să facă acest lucru.
Întoarceți la acid benzoic, fie prin schimbarea manuală a legăturilor înapoi, fie pur și simplu prin ștergerea ferestrei de schiță 2D, redesenarea și apăsarea din nou pe butonul săgeată dreapta.
Acum, haideți să lipim un atom de clor pe inelul benzenic. Folosind tabelele de atomi și de legături, localizați intrarea din tabelul de atomi pentru un hidrogen al inelului orto, meta sau para față de grupul carboxil (alegeți dumneavoastră!). Schimbați simbolul atomului din această intrare din tabelul atomic din H în Cl și apăsați enter. Ar trebui să aveți acum izomerul acidului clorobenzoic ales de dvs. atât în ferestrele 3D, cât și în cele 2D.
Încă un exercițiu: să transformăm acidul nostru benzoic în acid piridin-3-carboxilic – adică acid benzoic cu N în locul unuia dintre carburile inelului meta față de grupa carboxilică. Acesta este compusul mai bine cunoscut sub numele de niacină (vitamina B3).
(Fapt amuzant tangențial: niacina, descoperită ca produs de reacție acidă a nicotinei, a fost inițial numită acid nicotinic. În anii 1930, s-a descoperit că este nutrientul esențial care a prevenit pelagra, o tulburare devastatoare larg răspândită în sudul Americii la începutul secolului al XX-lea. Oficialii din domeniul sănătății publice au promovat îmbogățirea făinii cu acid nicotinic, iar epidemia de pelagra a început să dispară. Cu toate acestea, medicii și oamenii de știință erau îngrijorați de faptul că denumirea de „acid nicotinic” dădea impresia că vindecau boli de masă punând tutun în pâine. Un comitet al Consiliului Național de Cercetare a decis să schimbe numele substanței în niacină, prescurtare de la vitamina acid nicotinic.)
În orice caz: Localizați intrarea pentru un carbon inelar meta la grupa carboxil. (Indicație: 1) folosiți tabelele de atomi și legături pentru a identifica atomul de carbon legat de cei doi atomi de oxigen; 2) găsiți carbonul inelar legat de acel carbon carboxilat; 3) găsiți un carbon inelar la două legături distanță de acel carbon inelar substituit cu carboxil). Schimbați acel carbon în N și apăsați enter.
Acum avem atomul N în inelul nostru, dar veți observa că este încărcat pozitiv. Nu am schimbat niciunul dintre hidrogenii expliciți, așa că atomul N rămâne protonat, ca și atomul C pe care l-a înlocuit. Să scăpăm de acest atom de hidrogen. Localizați intrarea pentru legătura N-H în tabelul de legături și intrarea pentru atomul H corespunzător în tabelul de atomi și ștergeți-le pe amândouă. Apăsați enter.
Dacă nu ați fost foarte norocos, ar trebui să aveți acum o mizerie monstruoasă în fereastra 3D și nimic în fereastra 2D. Uh-oh. Întoarceți-vă la fereastra fișierului MOL, apăsați ctrl-Z de două ori pentru a anula ștergerea acelor rânduri și apăsați enter. Aceasta vă va duce înapoi la niacina N-protonată.
Prin ștergerea unui rând din tabelul atomic, am renumerotat toate intrările ulterioare din tabelul atomic. Deoarece nu am schimbat referințele atomice din tabelul de legături, acest lucru a rupt toate legăturile cu acești atomi renumerotați.
Încă o dată, ștergeți acea legătură N-H din tabelul de legături și intrarea pentru acel atom H din tabelul de atomi. Cu toate acestea, reparați acum referințele din tabelul de legături prin **diminuarea numărului de atomi cu 1** pentru toți atomii de sub rândul pe care l-ați șters. (Adică, dacă hidrogenul pe care l-ați șters era a 13-a intrare în tabelul atomic, schimbați fiecare 14 din primele două coloane ale tabelului de legături cu 13 și schimbați fiecare 15 din primele două coloane ale tabelului de legături cu 14.)
Apăsați enter. Ugh – probabil că structura dvs. este din nou **încă o dată** greșită, chiar dacă ați făcut corect toată această renumerotare. S-ar putea chiar să vă fi pierdut inelul, dintr-un motiv oarecare.
Aruncați o privire la linia de numărătoare a fișierului MOL – rândul de deasupra tabelului atomic, chiar sub antetul fișierului. Primele două numere din această linie se referă la numărul de atomi și legături din moleculă. Deoarece am eliminat un atom și o legătură, trebuie să scădem fiecare dintre acestea de la 15 la 14. Faceți acest lucru și apoi apăsați din nou enter. Acum ar trebui să aveți niacina.
Whew. Slavă Domnului că manipularea tabelelor de conexiuni este atât de ușor de automatizat!
Jocati-vă mai mult cu Hack-a-Mol. Aruncați o privire la pagina „Cum funcționează” – multe dintre notațiile, aplicațiile și procesele la care se face referire pe această pagină vor fi abordate în săptămânile următoare. S-ar putea să vi se pară util să continuați să reveniți la această pagină și să vă jucați cu ea pe măsură ce avansați în acest curs.
EXERCIȚIU
1. Se descurcă Hack-A-Mol cu numărul 4 pentru o legătură aromatică? Cum vă puteți da seama? Puteți crea o structură sănătoasă din punct de vedere chimic, dar non-aromatică, folosind 4s în câmpul de legătură?
2. Acidul octanoic perfluorurat (PFOA) este un agent tensioactiv care a jucat un rol cheie pentru o lungă perioadă de timp în fabricarea polimerilor fluorurați, inclusiv Teflon. În ultimul deceniu, a fost subiectul unor preocupări semnificative în materie de sănătate publică și a unei grămezi de litigii.
Căutați PFOA în Hack-a-Mol introducându-l în căsuța de căutare text de sub fereastra 3D și făcând clic pe „search.”
2a. Modificați fișierul mol pentru a defluoriza PFOA, transformându-l în acid octanoic.
2b. Acum transformați-l în acid acetic. (Este posibil să faceți acest lucru într-un mod care să producă reprezentări 2D și 3D cu aspect corect, fără a modifica nicio coordonată XYZ, dar trebuie să fiți ***foarte atenți la modul în care ștergeți și reetichetați atomii și legăturile.)
CITĂRI ULTERIOARE
- https://en.wikipedia.org/wiki/Chemical_table_file
- CTFile Formats, iunie 2005, Elsevier/MDL, https://web.archive.org/web/20070630061308/http://www.mdl.com/downloads/public/ctfile/ctfile.pdf (Documentație pentru fișierul MOL v2000 și formatele de fișiere de tabele chimice aferente.)
- Hack-a-Mol: https://chemapps.stolaf.edu/jmol/jsmol/hackamol.htm
- (Documentație: https://chemapps.stolaf.edu/jmol/docs/misc/hackamolworkings.pdf)
Contribuitori
Evan Hepler-Smith, Harvard
Leach McEwen, Cornell
Bob Hanson (Hack-a-mol)
.