Ricerca di sottostruttura

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1 Ricerca di sottostruttura In genere, più che alla ricerca di una molecola esatta, si è interessati alla ricerca di tutti i composti nel database aventi una particolare caratteristica In tale ambito, il metodo forse più diffuso è quello della ricerca per sottostruttura, ovvero nella selezione di tutte le molecole che contengono una specifica parte strutturale

2 Ricerca di sottostruttura La complessità e dalla varietà delle strutture chimiche genera la necessità di fare interrogazioni di sottostruttura dettagliate Per esempio si può chiedere di individuare le molecole o i gruppi: con uno gruppo acido carbossilico con un alogeno in una certa posizione composti da ossigeno, carbonio, ma non azoto in cui certi atomi fanno (o non fanno) parte di un anello in cui certi atomi sono legati ad atomi di idrogeno (oppure no) in cui fra due atomi ci può essere sia un legame singolo che uno doppio in cui in una certa posizione ci sono uno o più sostituenti con una specifica stereochimica

3 SMARTS SMILES ARbitrary Target Specification Per permettere ricerche di sottostruttura si introduce la notazione SMARTS che mantiene la sintassi SMILES ed include: simboli speciali per atomi e legami l'uso di operatori logici ; AND (priorità bassa), OR & AND (priorità alta)! NOT PRIORITÀ CRESCENTE

4 SMARTS: proprietà degli atomi [*] qualsiasi atomo non idrogeno [a] qualsiasi atomo aromatico [A] qualsiasi atomo alifatico [C] carbonio alifatico [c] carbonio aromatico [#6] qualsiasi atomo con numero atomico 6 [35*] qualsiasi atomo con massa 35 [35Cl] atomo di cloro con massa 35 [++] atomo con 2 cariche positive [+2] atomo con 2 cariche positive [O-] atomo di ossigeno con 1 carica negativa

5 SMARTS: proprietà dei legami - legame singolo = legame doppio # legame triplo : legame aromatico ~ qualsiasi legame fra 2 atomi appartenenti ad un anello. "not necessarily connected" / directional bond "up" \ directional bond "down" /? directional bond "up or unspecified" \? directional bond "down or unspecified"

6 SMARTS cc coppia di atomi di C aromatici legati c:c coppia di atomi di C aromatici uniti da un legame aromatico c-c atomi di C aromatici uniti da un legame alifatico (bifenile) [#6]~[#6] coppia di atomi di carbonio qualsiasi legati da in legame qualsiasi

7 SMARTS: connettività [D3] atomo connesso a 3 atomi esclusi H [CD4] atomo di carbonio quaternario [X3] atomo connesso a 3 atomi inclusi H [CX4] atomo di carbonio legato a 4 atomi (C alchilico) [v3] atomo con valenza 3 (con 3 legami)

8 SMARTS: idrogeno [H] atomo di idrogeno esplicito [H3] ogni atomo legato a 3 atomi di H [H0] ogni atomo che non sia legato ad atomi di H [NH2] gruppo amminico [nh+] atomo di azoto aromatico protonato

9 SMARTS: cicli [R] atomo in un anello (R=ring) [r] atomo in un anello [R2] atomo in comune a 2 anelli [r5] atomo in un anello a 5 termini [CR] atomo di C alifatico in un anello [cr] atomo di C aromatico in un anello [CR2] atomo di C in comune a 2 anelli [Nr5] atomo di N in un anello a 5 termini

10 , OR Come definire un generico atomo di carbonio? [C,c] Come definire un qualsiasi alogeno? [F,Cl,Br,I] Come definire un qualsiasi atomo di azoto o di ossigeno (ovvero qualsiasi accettore)? [N,n,O,o] [#7,#8] ; AND (priorità bassa), OR & AND (priorità alta)! NOT

11 ; AND Come definire una generica ammina protonata primaria? (R-NH 3 + ) [N;H3;+][C;X4] ; AND (priorità bassa), OR & AND (priorità alta)! NOT Atomo di azoto alifatico che sia legato a 3 atomi di H e abbia una carica positiva, legato a atomo di carbonio alifatico che sia connesso a 4 atomi qualsiasi (inclusi H)

12 & AND Come definire un atomo di carbonio aromatico con idrogeno implicito o un atomo di azoto aromatico con idrogeno implicito? [c,n;h] Come definire un atomo di carbonio aromatico o un atomo di azoto aromatico con idrogeno implicito? [c,n&h] ; AND (priorità bassa), OR & AND (priorità alta)! NOT

13 ! NOT Come definire un eteroatomo qualsiasi? Come un non atomo di carbonio: [!#6] Come definire 2 atomi qualsiasi legati da un legame non di anello? *!@* ; AND (priorità bassa), OR & AND (priorità alta)! NOT

14 Atomo di azoto o di ossigeno legato almeno ad un atomo di idrogeno (in grado quindi di fungere da H donatore nel legame idrogeno, si noti che un O aromatico non può avere H legati) [N,n,O;!H0] [#7,#8;!H0] Atomo con carica formale non nulla contenuto in un anello [!+0;R1] Carbonio alifatico insaturo [C;!X4] ; AND (priorità bassa), OR & AND (priorità alta)! NOT

15 Recursive SMARTS Le espressioni SMARTS possono essere usate per specificare in modo dettagliato l'intorno di un atomo scrivendo uno SMARTS che inizi con l'atomo di interesse nella forma: $(SMARTS_string) Tali definizioni sono chiamate recursive smarts e sono considerate come proprietà atomiche Le espressioni SMARTS permettono di descrivere situazioni complesse

16 Recursive SMARTS: esempi $(NC=*) stringa che indica un atomo di azoto legato con un legame singolo a un atomo di carbonio che è doppiamente legato a un atomo qualsiasi [$([CX2]#C)] stringa che indica un atomo di carbonio acetilenico [$([O-]C=O),$(O=C[O-])] In un acido carbossilico la carica negativa è delocalizzata su entrambi gli atomi di ossigeno; la stringa designa entrambi gli atomi come anionici

17 Recursive SMARTS: come indicare un C in posizione orto rispetto ad un O e in posizione meta rispetto a un N? CaaO C in orto rispetto ad O CaaaN C in meta rispetto a N Caa(O)aN C in orto rispetto ad O e in meta rispetto a N, ma solo 2O,3N Caa(O)aaaN C in orto rispetto ad O e in meta rispetto a N, ma solo 2O,5N C[$(aaO);$(aaaN)] C in orto rispetto ad O e in meta rispetto a N, in ogni caso

18 SMARTS may contain "zero-level" parentheses which can be used to group dot-disconnected fragments

19 Reactions SMARTS Quando si pianifica una sintesi è necessario trovare informazioni concernenti le reazioni, quali ad es.: ricerca di struttura o sotto-struttura di reagenti e/o prodotti (in modo da sapere per esempio se esiste una procedura di sintesi per un composto di interesse) trasformazioni di gruppi funzionali (sintesi di aminotiazoli...) ricerca di specifici reagenti, catalizzatori, solventi, condizioni di reazione (T, p, resa, ph, Keq,...) combinazione di criteri (riduzione di una aldeide alifatica ad alcol a T>50 e resa>75%)

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