SMILES

Izvor: Wikipedia


SMILES
Filename extension .smi
Type of format Hemijski fajl format
SMILES formiranje: Otvori prstenove i zapiši ih kao grane na glavnom atomskom nizu.

SMILES, ili pojednostavljena molekulska specifikacija inputnih linijskih podataka (eng. simplified molecular input line entry specification'), je specifikacija za nedvosmisleno opisivanje strukture hemijskih molekula koristeći relativno kratke ASCII nizove simbola.[1][2][3][4] SMILES niske se mogu učitati u većinu molekulskih editora za konverziju nazad u dvo-dimenzionalne crteže ili tri-dimenzionalne modele molekula.

Originalnu SMILES specifikaciju su razvili Arthur Weininger i David Weininger kasnih 1980-tih godina. Ona je od tada bila modifikovana i proširena od strane drugih, pogotovu od strane kompanije Daylight Hemijski Informacioni Sistemi Inc. 2007. godine, otvoreni standard pod imenom OpenSMILES je razvijen od strane Blue Obelisk slobodni-kod hemijske zajednice. Neke of drugih postojećih 'linearnih' notacija su Wiswesser linijska notacija (WLN), ROSDAL i SLN (Tripos Inc).

Augusta 2006. godine IUPAC je uveo InChI kao standard za reprezentaciju formula. Za SMILES se generalno smatra da imaju prednost u pogledu lakoće čitanja u odnosu na InChI. Pored toga, SMILES imaju široku bazu softverske podrške sa opsežnom teoretskom (npr., graf teorija) zaleđinom.

Terminologija[uredi - уреди]

Termin SMILES se odnosi na linijsku notaciju za kodiranje molekulskih struktura. Specifični primeri struktura se striktno zovu SMILES nizovi simbola. Međutim, uobičajeno da se termin SMILES koristi za pojedinačne molekule i za nizove molekula; tačno značenje je očevidno iz konteksta. Termini kanonički i izomerni mogu da dovedu do zabune kad su primenjeni na SMILES. Termini opisuju različite atribute SMILES nizova znakova, i nisu međusobno ekskluzivni.

Tipično, više jednako validnih SMILES može biti napisano za molekul. Na primer, CCO, OCC i C(O)C svi specificiraju strukture etanola. Razvijeni su algoritmi koji omogućavaju da se isti SMILES generiše za molekul nezavisno od redosleda atoma u strukturi. Takvi SMILES su jedinstveni za svaku strukturu, mada su zavisni od korišćenog algoritma za kanonikalizaciju redosleda atoma u toku njihovog generisanja, i oni se nazivaju kanonički SMILES. Ti algoritmi prvo konvertuju SMILES u internu reprezentaciju molekulske strukture, i koriste molekularni graf kao bazu za određivanje jedinstvenog redosleda atoma. Oni ne manipulišu neposredno linerane nizove znakova. Različiti algoritmi za generisanje kanoničkih SMILES su razvijeni, uključujući one od strane Daylight Hemijskih Informacionih sistema, OpenEye naučnog softvera, MEDIT i Grupe za hemijsko računarstvo. Univerzalni način primene kanoničkih SMILES je indeksiranje i osiguravanje jedinstvenosti molekula u bazama podataka.

SMILES notacija omogućava specificiranje konfiguracije na tetraedarskim centrima, i geometrije dvostrukih veza. To su strukturne osobine koje se nemogu specifirati samo na osnovu konektivnosti i SMILES koji kodiraju te informacije se nazivaju izomerni SMILES. Značajna karakteristika ovih pravila je da ona dozvoljavaju rigoroznu delimičnu specifikaciju hiralnosti. Termin izomerni SMILES se isto koristi za SMILES kod kojih su izotopi specificirani.

Graf-bazirana definicija[uredi - уреди]

U smislu graf baziranih računarskih procedura, SMILES je niska koja se formira ispisivanjem simbola čvorova u redosledu dubinski prioritizovane pretrage drveta hemijskog grafa. Hemijski graf se pripremi odstranjivanjem vodonikovih atoma, i otvaranjem prstenova tako da se formira graf razgranatog drveta. Na mestima otvaranja prstenova, povezani čvorovi se obeležavaju numeričkim oznakama. Zagrade se koriste za označavanje grananja stabla.

Primeri[uredi - уреди]

Atomi[uredi - уреди]

Atomi su predstavljeni standardnim oznakama hemijskih elemenata, u uglastim zagradama, npr. [Au] za zlato. Zagrade se mogu izostaviti za "organski pod-skup": B, C, N, O, P, S, F, Cl, Br, i I. Svi drugi elementi moraju biti navedeni u zagradama. Ako su zagrade izostavljene, korektan broj implicitnih vodonikovih atoma se podrazumeva, npr. SMILES za vodu je jednostavno O.

Atom sa jednim ili više električnih naboj(a) se okružava zagradama (nezavisno od atomskog tipa), čemu sledi simbol H ako je atom vezan za jedan ili više atoma vodonika (tome dalje sledi broj vodonika ukoliko ih ima više: NH4 za amonijum), i iza toga dolazi znak '+' za pozitivni naboj ili '-' za negativni naboj. Broj naboja se specificira posle znaka (ukoliko je veći of jedan); međutim, isto je moguće napisati znak onoliko puta koliko naboja jon sadrži: umesto "Ti+4", može se napisati "Ti++++" (Titanijum IV, Ti4+). Iz ovoj sledi, da se hidroksid anjon predstavlja sa [OH-], oksonijum katjon sa [OH3+], i kobalt III katjon (Co3+) nože biti [Co+3] ili [Co+++].

Veze[uredi - уреди]

Veze između alifatičnih atoma se podrazumevaju da su jednostruke ukoliko nije drugačije specificirano i one proizilaze iz susednosti atoma u SMILES. Na primer SMILES za etanol može biti napisan kao CCO. Oznake za zatvaranje prstena se koriste za indiciranje povezanosti između ne-susednih atoma u SMILES, što se za cikloheksan i dioksan može napisati kao C1CCCCC1 i O1CCOCC1 respektivno. Za drugi prsten, oznake će biti 2 (naftalin: c1cccc2c1cccc2), itd. Posle 9, oznaka mora biti predhođena sa '%', da be se mogla diferencirati od dve različite oznake vezane za isti atom (~C12~ znači da je atom ugljenika mesto zatvaranja prstenova sa oznakama 1 i 2, dok ~C%12~ indicira samo jednu oznaku, 12). Dvostruke i trostruke veze se predstavljaju simbolima '=' i '#' respektivno kao što je ilustrovanu sa SMILES O=C=O (karbon dioksid) i C#N (cijanovodonik).

Aromatičnost[uredi - уреди]

Aromatični C, O, S i N atomi se pišu malim slovima 'c', 'o', 's' i 'n' respektivno. Benzen, piridin i furan se mogu predstaviti sa: c1ccccc1, n1ccccc1 i o1cccc1. Veze između aromatičnih atoma se podrazumevaju da su aromatične, mada se one mogu eksplicitno specifirati koristeći ':' simbol. Aromatični atomi mogu biti jednostruko vezani jedan s drugim, i bifenil se može zapisati kao c1ccccc1-c2ccccc2. Aromatični azot vezan za vodonik, kao što se nalazi u pirolu mora biti reprezentiran kao [nH], i imidazol se piše u SMILES notaciji kao n1c[nH]cc1.

Daylight i OpenEye algoritmi za generisanje kanoničkih SMILES se razlikuju u njihovom tretmanu aromatičnosti.

Vizualizacija 3-cijanoanizol kao COc(c1)cccc1C#N.

Grananje[uredi - уреди]

Grananje se opisuje zagradama, kao u CCC(=O)O propionsku kiselinu i C(F)(F)F za fluoroform. Supstituisani prstenovi se mogu napisati sa tačkom granja na ringu kao što je ilustrovano sa SMILES COc(c1)cccc1C#N (pogledajte prikaz) i COc(cc1)ccc1C#N (pogledajte prikaz) koji kodiraju 3 i 4-cijanoanizol izomere. Zapisivanje SMILES za supstituisane prstenove na ovaj način čini ih lakšim za čitanje.

Stereohemija[uredi - уреди]

Konfiguracija oko dvostruke veze se specificira koristeći znakove "/" i "\". Na primer, F/C=C/F (pogledajte prikaz) je reprezentacija trans-difloroetena, kod koje su atomi flora na suprotnim stranama dvostruke veze, dok F/C=C\F (pogledajte prikaz) je jedna of mogućih reprezentacija cis-difloroetena, kod koje su F atomi na istoj strani dvostruke veze, kao što je prikazano na slici.

Konfiguracija na tetrahedralnom ugljeniku se specificira sa @ ili @@. L-alanin, rasprostranjeniji enantiomer aminokiseline alanin se može zapisati kao N[C@@H](C)C(=O)O (pogledajte prikaz). Oznaka @@ ukazuje da, kad se posmatra od azota duž veze ka hiralnom centru, sekvenca supstituenata je vodonik (H), metil (C) i karboksilat (C(=O)O) u smeru kazaljki na satu. D-Alanin se može napisati kao N[C@H](C)C(=O)O (pogledajte prikaz). Redosled supstituenata u SMILES niski je veoma važan i D-alanin se isto tako može kodirati sa N[C@@H](C(=O)O)C (pogledajte prikaz).

Izotopi[uredi - уреди]

Izotopi se specificiraju sa brojem jednakim celobrojnoj izotopskoj masi ispred atomskog simbola. Benzen u kome je jedan atom ugljenik-14 se piše kao [14c]1ccccc1 i deuterohloroform je [2H]C(Cl)(Cl)Cl.

Primeri primene[uredi - уреди]

Molekul Struktura SMILES Formula
Diazot N≡N N#N
Metil izocijanat (MIC) CH3–N=C=O CN=C=O
Bakar(II) sulfat Cu2+ SO42- [Cu+2].[O-]S(=O)(=O)[O-]
Oenantotoksin (C17H22O2) Molekularna struktura oenantotoksina CCC[C@@H](O)CC\C=C\C=C\C#CC#C\C=C\CO
Piretrin II (C21H28O3) Molecular structure of pyrethrin II COC(=O)C(\C)=C\C1C(C)(C)[C@H]1C(=O)O[C@@H]2C(C)=C(C(=O)C2)CC=CC=C
Aflatoksin B1 (C17H12O6) Molecular structure of aflatoxin B1 O1C=C[C@H]([C@H]1O2)c3c2cc(OC)c4c3OC(=O)C5=C4CCC(=O)5
Glukoza (glukopiranoza) (C6H12O6) Molecular structure of glucopyranose OC[C@@H](O1)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)1
Kuskutin ili Bergenin (rezin) (C14H16O9) Molecular structure of cuscutine (bergenin) OC[C@@H](O1)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H]2[C@@H]1c3c(O)c(OC)c(O)cc3C(=O)O2
Feromon kalifornijkih štitastih vaši (3Z,6R)-3-methyl-6-(prop-1-en-2-yl)deca-3,9-dien-1-yl acetate CC(=O)OCCC(/C)=C\C[C@H](C(C)=C)CCC=C
2S,5R-halkogran : feromon potkorne bube Pityogenes chalcographus[5] (2S,5R)-2-ethyl-1,6-dioxaspiro[4.4]nonane CC[C@H](O1)CC[C@@]12CCCO2
Vanilin Molecular structure of vanillin O=Cc1ccc(O)c(OC)c1
Melatonin (C13H16N2O2) Molecular structure of melatonin CC(=O)NCCC1=CNc2c1cc(OC)cc2
Flavopereirin (C17H15N2) Molecular structure of flavopereirin CCc(c1)ccc2[n+]1ccc3c2Nc4c3cccc4
Nikotin (C10H14N2) Molecular structure of nicotine CN1CCC[C@H]1c2cccnc2
Alfa-tujone (C10H16O) Molecular structure of thujone CC(C)[C@@]12C[C@@H]1[C@@H](C)C(=O)C2
Tiamin (C12H17ClN4OS+)
(vitamine B1)
SMolecular structure of thiamin OCCc1c(C)[n+](=cs1)Cc2cnc(C)nc(N)2


Ilustracija molekula sa više od 9 prstenova, Cefalostatin-1[6] (steroidni trisdeka ciklični pirazin sa empirijskom formulom C54H74N2O10 izolovanog iz Indijskog Okeana iz hemichordata Cephalodiscus gilchristi):
Molecular structure of céphalostatin-1

Počevši od metil radikala na levoj strani slike dobija se:

C[C@@](C)(O1)C[C@@H](O)[C@@]1(O2)[C@@H](C)[C@@H]3CC=C4[C@]3(C2)C(=O)C[C@H]5[C@H]4CC[C@@H](C6)[C@]5(C)Cc(n7)c6nc(C[C@@]89(C))c7C[C@@H]8CC[C@@H]%10[C@@H]9C[C@@H](O)[C@@]%11(C)C%10=C[C@H](O%12)[C@]%11(O)[C@H](C)[C@]%12(O%13)[C@H](O)C[C@@]%13(C)CO

(Obratite pažnju na '%' ispred indeksa oznaka zatvaranja prstenova iznad 9, pogledajte paragraf "Veze", iznad).

Drugi SMILES primeri[uredi - уреди]

SMILES notacija je ekstenzivno opisana u SMILES teorijskom uputstvu koje je objavila kompanija Daylight Hemijski Informacioni Sistemi, i brojni ilustrovani primeri su dati. Daylight oruđe za prikaz pruža mogućnost korisnicima da provere njihove SMILES primere, i vredno je edukativno sredstvo.

Ekstenzije[uredi - уреди]

SMARTS (eng. SMILES arbitrary target specification) je linijska notacija za specifikaciju podstrukturnih obrazaca molekula. Dok ona koristi većinom iste simbole kao SMILES, ona takođe dozvoljava specifikaciju džoker atoma i veza, koji se mogu koristiti za definisanje podstrukturnih upita za pretragu hemijskih baza podataka. Jedna česta miskoncepcija je da se SMARTS-bazirana podstrukturna pretraga sastoji od podudaranja SMILES i SMARTS niski. Zapravo, SMILES i SMARTS niske se prvo konvertuju u internu graf reprezentaciju koja se pretražuje za podgraf izomorfizam. SMIRKS je linijska notacija za specificiranje reakcionih transformacija.

Konverzija[uredi - уреди]

SMILES se mogu konvertovati nazad u 2-dimenzionu reprezentaciju koristeći algoritam za generisanje strukturnog dijagrama (Helson, 1999). Ta konverzija nije uvek nedvosmislena. Konverzija u 3-dimenzionu reprezentaciju se može ostariti putem energijsko minimizacionih pristupa. Postoje mnogi dostupni programi i veb-bazirani konverzioni servisi.

Vidi još[uredi - уреди]

Literatura[uredi - уреди]

  1. Anderson, E.; Veith, G.D; Weininger, D. (1987). SMILES: A line notation and computerized interpreter for chemical structures (Report No. EPA/600/M-87/021 izd.). U.S. EPA, Environmental Research Laboratory-Duluth, Duluth, MN 55804. 
  2. Weininger, D. (1988). "SMILES, a chemical language and information system. 1. Introduction to methodology and encoding rules". J. Chem. Inf. Comput. Sci. 28 (31-36). DOI:10.1021/ci00057a005. 
  3. Weininger, D.; Weininger, A.; Weininger, J.L. (1989). "SMILES. 2. Algorithm for generation of unique SMILES notation". J. Chem. Inf. Comput. Sci. 29: 97-101. DOI:10.1021/ci00062a008. 
  4. Helson, H.E. (1999). "Structure Diagram Generation". Rev. Comput. Chem. edited by Lipkowitz, K. B. and Boyd, D. B. Wiley-VCH, New York: 313-398. 
  5. ISOLATION OF PHEROMONE SYNERGISTS OF BARK BEETLE, Pityogenes chalcographus, FROM COMPLEX INSECT-PLANT ODORS BY FRACTIONATION AND SUBTRACTIVE-COMBINATION BIOASSAY
  6. PubChem Compound CID=183413 (Cephalostatin-1)

Vanjske veze[uredi - уреди]

Specifikacije[uredi - уреди]

SMILES vezane softverske servisi[uredi - уреди]