Quimio-Informática - Molecular Structures and Reactions Flashcards

Question

Representa o prop-2-yn-1-ylbenzene em SMILES notation.

Answer 1

C#CCc1ccccc1

Answer 2

CC(Cl)CC#N

Answer 3

CCC(C)(F)OC(=S)OC

Answer 4

◦ Não ambígua, visto que a notação SMILES representa uma só estrutura; ◦ No entanto, não é única para muitas estruturas, como é o caso da anilina, onde a sua estrutura pode ser representada pelas seguintes notações diferentes: Nc1ccccc1, c1ccccc1N, c1cc(N)ccc1.

Answer 5

O formato InChI é uma notação linear desenvolvida pela IUPAC para ser o equivalente digital ao nome IUPAC para um composto. A representação InChI é composta por camadas, cada uma com uma classe especifica de informações estruturais, como: fórmula, conectividade, isótopos, estereoquímica, tautómeros e carga, todas estas separadas por barras ‘/’. Foi, deste modo, desenvolvido um algoritmo que gera uma notação não ambígua e única.

Answer 6

...proporcional ao número de átomos na substância. Os números dentro de uma camada geralmente representam a numeração canónica dos átomos da primeira camada (fórmula química), exceto H.

Answer 7

Onde, caso não exista a notação InChI procurada na base de dados, é porque a estrutura em questão ainda não existe. Este formato foi desenvolvido para ser compacto, não legível, mas pode ser interpretado manualmente

Answer 8

É uma estratégia poderosa porque permite processar estruturas e subestruturas moleculares matematicamente usando teoria de grafos.

Answer 9

Uma estrutura molecular com n átomos pode ser representada por uma matriz de tamanho n × n (por vezes os átomos de H são omitidos)

Answer 10

Matriz de adjacência, Matriz de distâncias:

Answer 11

Matriz de adjacência: indica quais átomos estão ligados. Temos a matriz 6x6 em que, se os átomos estiverem ligados entre si aparece o nº1 e se não estiverem aparece o nº0. Pode ser simplificada se tirar os 0 para desocupar memória e ainda mais se eliminar a parte de cima/baixo (visto que são simétricas). (ver imagem slides)

Answer 12

Matriz de distâncias: Representa distância através do número de ligações entre átomos, pelo caminho mais curto possível codifica as distâncias entre átomos. (ver imagens slides)

Answer 13

Matriz de ligação: indica quais átomos estão ligados e as ordens de ligação correspondentes. Aqui já representa se uma ligação é simples, dupla ou tripla. (ver imagens slides)

Answer 14

Esta tem desvantagens porque aumenta o seu tamanho com o quadrado do número dos átomos, podendo ser tanto mais complexa quanto o tamanho da molécula.

Answer 15

tabelas de conectividade.

Answer 16

Estas apresentam uma lista dos átomos existentes na molécula, numerados, podendo ter, ou não, uma ordem aleatória (ex: pode ser 1,2,3,4 ou 2,3,1,4,…) e uma lista as ligações entre eles (pode incluir átomos de H ou não). Todas as ligações da molécula encontram-se descritas em termos de que átomos se encontram ligados e que ordem de ligação apresentam. Logo, é possível ter uma informação bastante útil sobre a conectividade da molécula.

Answer 17

resposta nos slides

Answer 18

Os formatos MDL Molfile e SDfile (.SDF) baseiam-se e utilizam tabelas de conectividade, observando-se a seguinte janela num ficheiro de texto: Ao abrir o ficheiro, observa-se desde já cada átomo distribuído por cada linha, acompanhado por uma série de colunas.

Answer 19

Bloco do título, Linha de contagem, Bloco dos átomos, Bloco das ligações e Bloco de propriedades.

Answer 20

...refere o nome do composto

Answer 21

...em que descreve o número de átomos e de ligações, isto é, neste caso existem 6 átomos, logo tem 6 linhas na tabela de distribuição dos átomos. Por outro lado, temos 5 ligações, logo, tem 5 linhas na tabela de conectividade.

Answer 22

...grupo referente à descrição de cada átomo. Pela linha e tabela seguintes, temos que vemos as coordenadas dos átomos (xyz), o simbolo (aaa), a diferença de massa(dd) no caso de isótopos, a carga(ccc) e a estereoparidade (sss).

Answer 23

...especificam-se os átomos carregados e os isótopos.

Answer 24

◦ Número dos átomos ao redor do centro estéreo com 1, 2, 3 e 4 por ordem do aumento do número atómico (posição bloco dos átomos). Por exemplo, um átomo de hidrogénio deve ser considerado átomo 4. ◦ Ver o centro a partir de uma posição de tal forma que a ligação que conecte o átomo de maior numeração (4) projeta atrás do plano formado pelos átomos 1, 2 e 3. ◦ A paridade é '1' se os átomos 1-3 forem dispostos no sentido horário em ordem numérica ascendente ou paridade '2' se no sentido anti-horário. Em SMILES usa-se o @ e @@.

Answer 25

O formato Molfile inclui um cabeçalho (header) e uma tabela de conectividade. O formato SDfile inclui informação estrutural (em formato Molfile) e dados associados, para um ou mais compostos. Existe uma variedade de software para a interconversão de formatos moleculares.

Answer 26

Vai ao ppt

Answer 27

Um diagrama de estruturas de Markush é um tipo de representação específica de uma série de compostos químicos. O diagrama não descreve apenas uma estrutura, mas várias famílias de compostos. Tem um esqueleto base e substituintes que são listados como texto, separadamente do diagrama. Estruturas de Markush são referidas por serem muito usadas em bases de dados de patentes.

Answer 28

Assim como um documento de texto pode ser indexado com base em palavras-chave especificadas, uma estrutura química pode ser indexada com base em características químicas específicas, geralmente fragmentos. ◦ Os fragmentos podem ser, por exemplo, pequenos grupos de átomos, grupos funcionais, anéis. Estes são definidos de antemão. Por exemplo: -OH, -COOH, >C=O, -NH2, -3-indole.

Answer 29

...ambígua (estruturas diferentes podem ter fragmentos comuns). No entanto, muito útil para a pesquisa de semelhanças entre moléculas.

Answer 30

Os Hashed Fingerprints, contrariamente aos métodos anteriores, codificam a presença de sub-estruturas (as quais podem, ou não, estar previamente definidas) através de um determinado número de valores binários (0/1).

Answer 31

◦ Começa por numerar as sequencias de átomos com determinados tamanhos, ou seja: → Por exemplo, sequências de 1 átomo (C, N, O), sequências de 2 átomos ligados entre si (C-C, C-N, C=O, C-O), etc. até ao número de sequências pré-definido na configuração do fingerprint (na linha de comandos). ◦ Depois, o algoritmo gera números a partir destas sequências que irão corresponder às posições do fingerprint a serem ativadas por essa sequência/padrão: C-N: posição 3 e 10 C-C-C: posição 5 e 10 ◦ Cada uma das posições do código que recebe um valor binário é designada por bit. Quando mudamos o tamanho da fingerprint as posições atribuídas dos bits ativados também mudam.!!!!!

Answer 32

Podem ocorrer colisões (onde dois padrões diferentes ativam o mesmo bit, por exemplo, C-N e C-C-C na posição 10), não sendo, deste modo, possível interpretar os fingerprints.

Answer 33

◦ O comprimento do fingerprint ◦ O tamanho máximo das sequências a ativar ◦ O número de bits ativados por cada sequência. Estes parâmetros influenciam a memória necessária assim como a capacidade dos fingerprints para distinguir moléculas diferentes.

Answer 34

◦ Comprimento do fingerprint, onde, se for: → muito curto - quase todos os bits=1, má discriminação das moléculas. → muito grande - muitos bits=0, muito espaço em disco necessário. ◦ Tamanho máximo dos padrões, onde, se for: → muito curto - má discriminação de moléculas. → muito grande - capacidade de discriminar moléculas, mas muitos bits=1. ◦ Se o número de bits a ativar num padrão for: → Poucos - má capacidade de discriminar padrões. → Muitas - capacidade de discriminar entre padrões, mas muitos bits=1.

Answer 35

A principal aplicação de hashed fingerprints é na pesquisa de semelhanças entre moléculas em grandes bases de dados. Ou seja, se uma estrutura for parecida com outra deverão ter muitas sequencias em comum, apresentarem muitos bits ativados tanto numa para outra e o fingerprint global terá tendencialmente os mesmos bits (posições quase iguais ou até mesmo iguais).

Answer 36

A semelhança entre dois compostos X e Y pode ser calculada com base na semelhança entre os seus hashed fingerprints. Definindo: a = nº de bits ‘1’ no composto X mas não no Y. b = nº de bits ‘1’ no composto Y mas não no X. c = nº de bits ‘1’ tanto no composto X como no Y. d = nº de bits ‘0’ tanto no composto X como no Y.

Answer 37

Coeficiente Euclidiano: (medida total que soma os bits que são 0 num e 0 noutro, 1 num e 1 noutro, dividido pelo número total de bits/tamanho do fingerprint): (𝑐+𝑑)/𝑛 (quantos bits são iguais em X e Y) Coeficiente de Tanimoto: (distingue os bits que são 1 num caso e no outro dos bits que são 0 num caso e no outro): 𝑐/(𝑎+𝑏+𝑐)

Answer 38

Os códigos de hash resultam de um algoritmo que transforma uma estrutura molecular em uma sequência de caracteres ou números que codificam a presença de fragmentos na molécula. Eles têm um comprimento fixo. Os códigos de hash não são interpretáveis. Eles são usados como identificadores únicos de estruturas, por exemplo em grandes bancos de dados de códigos de hash de compostos, permite a rápida perceção de uma correspondência exata entre duas moléculas. Os códigos de hash também podem ser definidos para átomos ou ligações.

Answer 39

...num sistema de coordenadas cartesianas, ou seja, nas coordenadas x, y e z de cada átomo. Para uma mesma conformação existem infinitas coordenadas possíveis, dependendo da orientação da estrutura relativamente aos eixos de referência.

Answer 40

◦ Métodos teóricos (ab initio, semi-empiricos, mecânica molecular…) ◦ Métodos empíricos (através de fragmentos de geometrias pré-definidas, regras, bases de dados e otimizações) rápidos para a estimação → MarvinSketch → CORINA → Standerdizer (Jchem, ChemAxon), não sendo possível, posteriormente, transmitir em SMILES; → PDB (Protein Data Bank) foi pensado para o arquivo de estruturas tridimensionais de macromoléculas biológicas (principalmente proteínas, ácidos nucleicos e seus complexos). → MDL Molfile, que permite listar as coordenadas 3D no bloco dos átomos da tabela de conectividade

Answer 41

A superfície molecular consiste, numa analogia, na “pele” do “esqueleto” de uma molécula, determinante das interações entre elas. É apresentada como dividindo o espaço 3D num volume interno e num volume externo. É enfatizado como esta definição é apenas uma analogia com objetos macroscópicos uma vez que as moléculas não podem ser tratadas simplesmente pelas leis da mecânica clássica. A densidade eletrónica é contínua e existem probabilidades de encontrar eletrões em qualquer ponto do espaço.

Answer 42

Superfície de van der Waals, Superfície de Connolly e Superfície acessivel ao solvente.

Answer 43

É a superfície mais simples. Pode ser determinado a partir do raio de van der Waals de todos os átomos. Cada átomo é representado por uma esfera. As esferas de todos os átomos são fundidas - o volume total é o volume de van der Waals e o envelope define a superfície de van der Waals. É rápido de ser calculado.

Answer 44

É gerado simulando uma esfera rolando sobre a superfície de van der Waals. A esfera representa o solvente. O raio da esfera pode ser escolhido (normalmente é definido em 1,4 Å, o raio efetivo da água). A superfície de Connolly possui duas regiões: a superfície de contato convexa (é um segmento da superfície de van der Waals) e a superfície côncava (onde a esfera toca dois ou mais átomos). O caminho do centro da esfera que gera a superfície Connolly define a superfície acessível ao solvente.

Answer 45

O caminho do centro da esfera que gera a superfície de Connolly define a superfície acessível ao solvente.

Answer 46

É possível verificar e analisar estas superfícies com o programa MarvinSpace da ChemAxon em “Display>Draw Type>Surface” podendo ter várias opções de visualização como “Dot, Mesh, Solid, Transparent”.

Answer 47

◦ Propriedades adimensionais, como o ponto de fusão e ponto de ebulição ◦ Propriedades em 2D, como espetros e cromatograma ◦ Propriedades 3D, como a técnica de GC-MS

Answer 48

◦ Armazenamento de informações sobre reações químicas (base de dados), bastante útil para verificar se uma dada reação existe, ou não; ◦ Recuperação de informações sobre reações químicas; ◦ Comparação e análise de conjuntos de reações, ou seja, não é só importante a comparação de compostos, mas também de reações e até conjuntos de reações; ◦ Definição do scope e limitações de um tipo de reação, que serve para comparar reações do mesmo tipo;

Answer 49

◦ Desenvolvimento de modelos de reatividade química, importante para que esta informação seja pesquisável e fácil de encontrar; ◦ Previsão da extensão/caminho de reações químicas; ◦ Análise de redes de reações, por exemplo, áreas como, sínteses orgânicas, vias metabólicas, vias de degradação química na atmosfera e desenvolvimento de métodos para o design de sínteses. Estas precisam de ter um suporte de informação em termos de reações guardadas num computador.

Answer 50

◦ Reações na notação SMILES. ◦ Reações no formato MDL RDF ◦ Especificação de centros de reação.

Answer 51

Reações na notação SMILES. Recorrendo à representação das reações com SMILES, a reação representa-se através dos SMILES dos reagentes e dos SMILES dos produtos. A seta de reação é representada por “>>” e o sinal “+” representa-se por “.”

Answer 52

ver slides

Answer 53

ver slides

Answer 54

De uma maneira bastante semelhante ao formato MDL Molfile, agora, no caso das reações, apresenta-se o MDL RXN, onde se arquiva a informação da reação. Agora, temos os vários Molfiles dos vários reagentes e os vários Molfiles dos vários produtos. A diferença consiste em: → Na linha de contagem, em vez de termos o número de átomos e número de ligações, temos o número de reagentes e o número de produtos. O primeiro Molfile será do primeiro reagente e assim sucessivamente.

Answer 55

A especificação de centros reacionais permite identificar reações idênticas com diferentes reagentes e permite caracterizar reações através de propriedades físico-químicas dos centros reacionais. Esta técnica ajuda-os a perceber qual é a reação e átomos envolvidos.

Answer 56

Caso esta informação não aparecesse, seria necessário procurar, individualmente, reações de aldeídos, carbonilos e aminas e depois filtrar, o que complicaria muito mais a pesquisa e seria muito mais indireta. Podemos imaginar o problema de identificar reações num conjunto de reações que sejam do mesmo tipo, apesar de ocorrerem em reagentes com estruturas muito variadas. A caracterização de uma reação é facilitada pela identificação do centro reacional – conjunto de átomos e ligações covalentes que são alterados com a reação.

Answer 57

◦ Uma ligação pertence ao centro reacional se for estabelecida, quebrada ou tiver alterado a sua ordem. ◦ Um átomo pertence ao centro reacional se estiver envolvido numa ligação do centro reacional ou se for alterado na sua carga, número de eletrões, valência, ou ligações implícitas a átomos de hidrogénio.

Answer 58

É possível marcar no ficheiro MDL RXN (formato RDF) quais os grupos que sofrem reações. No bloco das ligações, a última coluna pode ser usada para dizer se a ligação está ou não envolvida na reação. Mudar o número 0 para um número 4 indica que esta ligação foi estabelecida, quebrada ou alterou de ordem.

Answer 59

Através da técnica de mapeamento átomo a átomo. É, de facto, muito importante para representar reações, no entanto, complicado de automatizar, visto que é necessário o conhecimento químico para representar o mapeamento átomo a átomo. Esta é representada da seguinte maneira: ◦ Temos uma numeração continua nos reagentes e são correspondentes aos produtos, ou seja, sabemos que átomos dos reagentes se encontram nos produtos, assim como a sua localização exata nas moléculas. Esta informação pode-se verificar no bloco dos átomos do ficheiro MDL RXN, onde, na antepenúltima coluna (a rosa), que permite por a numeração do lado dos reagentes e a correspondente nos produtos, sendo assim possível realizar o mapeamento.

Answer 60

Recorre-se à representação estrutural no Marvinsketch através do símbolo “make or break”, clicando com o lado direito em cima de uma ligação. O mapeamento é efetuado em “structure”>“mapping”>“map atoms” e o programa aplica os números. Este logaritmo não é muito exato, por exemplo, numa hidrolise de um éster, o acido carboxílico que resulta pode ser o oxigénio da água ou do éster, ou seja, sem conhecer o mecanismo é possível atribuir números que façam sentido, podendo ou não, estar 100% corretos quimicamente. Apesar dos progressos no desenvolvimento de algoritmos e programas para o mapeamento átomo-a-átomo, este permanece um problema de grande complexidade que requer com frequência conhecimentos sobre mecanismos reacionais.