2.2.2.2: Anatomi av en MOL-fil

Hack-a-Mol

Här finns en webbplats vid St Olaf College där du kan leka med förhållandet mellan 2D-strukturer, 3D-renderingar, identifierare och anslutningstabeller, tack vare cheminformatikern Bob Hanson. Det finns en länk på sidan till ett dokument som förklarar ”Hur det fungerar” (även länkat här). Under kursens gång kommer du att lära dig hur vi kommunicerar med NCI resolver och PubChem, och många av de grundläggande funktionerna bakom detta program.

Vi har också bäddat in Hack-a-Mol nedan, och när du gör dina uppgifter kanske du vill öppna i ett nytt fönster.

Låt oss ta en ny titt på bensoesyra. Rensa 2D-skissfönstret med hjälp av knappen för den vita rutan högst upp, andra från vänster, och rita sedan bensoesyra. Klicka på knappen för den högra pilen. Det borde rendera en 3D-struktur i fönstret till höger och generera en MOL-fil i textfönstret nedan. (För detaljer om varifrån dessa data kommer, se avsnitten ”2D till 3D” och ”3D till strukturdata” i ”Hur det fungerar”.)

Nu kan du ta en titt på MOL-filen i textfönstret. Du kommer att märka att Hack-a-Mol som standard inkluderar explicit H i de MOL-filer som den genererar. (Se diskussionen om explicit och implicit H tidigare i den här modulen för mer information.)

Identifiera de atomer och bindningar som utgör ringen. (Dessa kommer att variera beroende på hur du ritade molekylen – 2D-skissapplikationen numrerar atomer och bindningar i den ordning de ritas). Kom ihåg att de två första kolumnerna i varje post i bindningstabellen hänvisar till rader i atomtabellen, och den tredje kolumnen anger bindningstypen (1=enkel, 2=dubbel osv.) som förbinder dessa två atomer. (Du kan kontrollera själv genom att hålla muspekaren över atomer i 3D-fönstret eller genom att klicka på länken ”labels” ovanför det här fönstret.)

När du har identifierat de sex ringbindningarna i MOL-filen, justerar du dem manuellt för att generera den andra Kekulé-strukturen för ringen. (Det vill säga, byt ut 1:orna mot 2:orna och 2:orna mot 1:orna i bindningstypfälten (tredje kolumnen) i bindningstabellens poster för de sex ringbindningarna). Tryck på enter med markören kvar i textfönstret. Detta bör generera den andra Kekulé-strukturen för bensoesyra i både 3D- och 2D-fönstren.

Vi kan för skojs skull generera en nonsensstruktur. Ändra alla ringbindningar till dubbelbindningar och tryck på enter. Du bör nu ha en kemiskt offensiv struktur som involverar en cyklohexenring med sex positivt laddade kolatomer som bryter mot valensreglerna. Det finns en lärdom här – programvaran kommer inte att tala om för dig att dina strukturdata är kemiskt nonsens om den inte är programmerad att göra det.

Vänd tillbaka till bensoesyra, antingen genom att ändra tillbaka bindningarna manuellt eller bara genom att rensa 2D-skissfönstret, rita om och klicka på högerpilknappen igen.

Nu ska vi klistra in en kloratom på bensenringen. Med hjälp av atom- och bindningstabellerna letar du upp atomtabellsposten för ett ringväte ortho, meta eller para till karboxylgruppen (välj själv!). Ändra atomsymbolen i denna atomtabellpost från H till Cl och tryck på enter. Du bör nu ha den valda klorbensoesyraisomeren i både 3D- och 2D-fönster.

En övning till: låt oss göra vår bensoesyra till pyridin-3-karboxylsyra – det vill säga bensoesyra med N i stället för ett av ringens kolväten meta till karboxylgruppen. Detta är den förening som är mer känd som niacin (vitamin B3).

(Tangential fun fact: niacin, som upptäcktes som en sur reaktionsprodukt av nikotin, hette ursprungligen nikotinsyra. På 1930-talet fann man att det var det essentiella näringsämne som förhindrade pellagra, en förödande sjukdom som var mycket utbredd i den amerikanska södern i början av 1900-talet. Folkhälsomyndigheter förespråkade att mjöl skulle berikas med nikotinsyra, och pellagraepidemin började försvinna. Läkare och forskare oroade sig dock för att namnet ”nikotinsyra” gav intryck av att de botade en massjukdom genom att lägga tobak i brödet. En kommitté inom National Research Council beslutade att ändra ämnets namn till niacin, en förkortning för nikotinsyravitamin.)

Annorlunda: hitta posten för en ringkolmeta till karboxylgruppen. (Tips: 1) Använd atom- och bindningstabellerna för att identifiera den kolatom som är bunden till de två syreatomerna. 2) Hitta det ringkol som är bundet till detta karboxylkol. 3) Hitta ett ringkol två bindningar bort från detta karboxylsubstituerade ringkol.) Ändra det kolet till N och tryck på enter.

Nu har vi N-atomen i vår ring, men du kommer att märka att den är positivt laddad. Vi ändrade inte någon av de explicita vätgaserna, så N-atomen förblir protonerad, precis som C-atomen som den ersatte. Låt oss göra oss av med den väteatomen. Leta upp posten för N-H-bindningen i bindningstabellen och posten för motsvarande H-atom i atomtabellen och radera båda. Tryck på enter.

Om du inte hade mycket tur borde du nu ha en monstruös röra i 3D-fönstret och ingenting alls i 2D-fönstret. Uh-oh. Gå tillbaka till MOL-filfönstret, tryck ctrl-Z två gånger för att ångra raderingen av dessa rader och tryck Enter. Det tar dig tillbaka till N-protonerat niacin.

Då vi raderade en rad i atomtabellen, numrerade vi om alla efterföljande poster i atomtabellen. Eftersom vi inte ändrade atomreferenserna i bindningstabellen bröt detta alla bindningar till dessa omnumrerade atomer.

En gång till raderar du den där N-H-bindningen från bindningstabellen och posten för den där H-atomen i atomtabellen. Nu korrigerar du dock referenserna i bindningstabellen genom att **minskat atomnumret med 1** för alla atomer under den rad som du raderade. (Det vill säga, om väte som du tog bort var den 13:e posten i atomtabellen, ändra varje 14 i de två första kolumnerna i bindningstabellen till en 13, och ändra varje 15 i de två första kolumnerna i bindningstabellen till en 14.)

Hit enter. Usch – din struktur är antagligen fel **återigen**, även om du gjorde all denna omnumrering korrekt. Du kan till och med ha förlorat din ring, av någon anledning.

Ta en titt på räkneraden i MOL-filen – raden ovanför atomtabellen, precis under filhuvudet. De två första siffrorna på denna rad hänvisar till antalet atomer och bindningar i molekylen. Eftersom vi tog bort en atom och en bindning måste vi minska var och en av dessa från 15 till 14. Gör det och tryck sedan på enter igen. Du bör nu ha niacin.

Whew. Tack och lov att hantering av anslutningstabeller är så lätt att automatisera!

Lek lite mer med Hack-a-Mol. Ta en titt på sidan ”Hur det fungerar” – många av de beteckningar, program och processer som det hänvisas till på den här sidan kommer att behandlas under kommande veckor. Det kan vara bra att fortsätta att återkomma till den här sidan och leka med den när du går vidare i kursen.