XYZ координаты

XYZ формат точно устанавливает геометрию молекулы, давая число атомов в декартовых координатах, которые можно прочитать на первой линии, комментарии – на второй линии, а линии атомных координат находятся на последующих линиях. Этот формат используется в программах компьютерной химии для импорта и экспорта геометрии. Эти единицы выражаются в большинстве случаев в ангстремах.

Формат состоит из:

<number of atoms>
comment line
atom_symbol₁ x-coord₁ y-coord₁ z-coord₁
atom_symbol₂ x-coord₂ y-coord₁ z-coord₂
...
atom_symbol_n x-coord_n y-coord_n z-coord_n

Некоторые варианты включают использование атомные числа вместо атомных символов или пропускание линии комментариев. Файлы, использующие XYZ формат, условно имеют.XYZрасширение.

Молекула этаналя также может быть описана в XYZ координатах, где помимо координат еще можно увидеть связи одних атомов с другими.

1 C -0.160231 -1.306546 0.000005 1 2 4 5 6 2 C -0.160231 0.233354 0.000005 1 1 3 7 8 3 O 1.187894 0.709982 0.000005 6 2 9 4 H -1.187894 -1.669875 0.000006 5 1 5 H 0.353592 -1.669875 -0.889983 5 1 6 H 0.353604 -1.669882 0.889982 5 1 7 H -0.674055 0.596682 -0.889983 5 2 8 H -0.674064 0.596691 0.889983 5 2 9 H 1.187894 1.669882 0.000003 21 3

координата Х координата Y координата Z связь с атомом

Большая часть стандартных форматов файлов для 3D информации о химической структуре содержит и 3D координаты атомов и продолжающуюся таблицу.

Продолжающиеся таблицы

Продолжающиеся таблицы (Connection Table) – это такое представление молекулы, котороеможет быть получено путем перечисления в табличной форме только атомов и связей молекулярной структуры. В этом случае, индексы ряда и колонки значений матрицы можно использовать для идентификации значения. Необходимо различать каждый атом и каждую связь в молекуле. Это достигается при помощи перечисления атомов и связей, давая соединения между атомами.

Существует много способов представления продолжающейся таблицы. Первый способ состоит в произвольной маркировке каждого атома молекулы и расположении их в перечне атомов (рис. 2.20).

Перечень атомов
	С
	С
	О
	Н
	Н
	Н
	Н

Перечень связей
1-ый атом	2-ой атом	Порядок связи

Рис. 2.20. Продолжающаяся таблица: структурная диаграмма этаналя с произвольно маркированными атомами определяется перечислением атомов и связей.

Тогда информация о связи находится во второй таблице с указанием атомов, которые соединяются связью. Кроме того, порядок связи соответствующего соединения записывается как целочисленный код (1=одинарная связь, 2= двойная связь и т.д.) и находится в третьей колонке.

Альтернативная продолжающаяся таблица в форме избыточной СТ показана на рис. 2.21.

атомный индекс	элемент	1-ый индекс атома	порядок связи	2-ой индекс атома	порядок связи	3-ий индекс атома	порядок связи	4-ый индекс атома	порядок связи
	С
	С
	О
	Н
	Н
	Н
	Н

Рис. 2.21. Избыточная продолжающаяся таблица этаналя.

Из рисунка видно, что первые две колонки таблицы дают индекс атома и соответствующий символ элемента. Перечень связей интегрируется в табличную форму, в которой характеризуются атомы. Атом может быть связан с различными другими атомами: атом с индексом 1 связан с атомами 2, 4, 5 и 7. это можно записать в одну линию. Данный ряд содержит фокусированный атом в перечне атомов, за которым следует указание всех атомов, с которыми этот атом связан. Порядок связи обозначается 1 для одинарной связи, 2 – для двойной связи и т.д. В нашем примере, атом 1 (атом углерода) связан с углеродным атомом 2 через одинарную связь и с атомами водорода 4, 5 и 6 через одинарную связь (рис. 2.21).

Кроме того, продолжающаяся таблица также содержит избыточную информацию, которая может быть исключена. Помимо дубликатов, атомы водорода также можно пропустить в «стандартных» органических соединениях (рис. 2.22).

атомный индекс	элемент	1-ый индекс атома	порядок связи	2-ой индекс атома	порядок связи
	С
	С
	О

атомный индекс	элемент	1-ый индекс атома	порядок связи
	С
	С
	О

Рис. 2.22. Неизбыточная продолжающаяся таблица этаналя. Рассматриваются только неводородные атомы, связи с самыми низкими индексами вычисляются один раз.

Почти все химические информационные системы работают со своим собственным специальным типом продолжающихся таблиц. Они часто используют форматы, отличающие внутренние и внешние продолжающиеся таблицы. Во многих случаях внутренние продолжающиеся таблицы являются дублирующими, тем самым, увеличивая скорость обработки данных. Внешние продолжающиеся таблицы обычно являются неизбыточными для сохранения пространства информации на диске. Хотя продолжающиеся таблицы можно представить разными способами, но в основе лежит перечень атомов и связей.

количество атомов количество связей координата Х координата Y координата Z

9 8 -0.1602 -1.3065 0.0000 C -0.1602 0.2334 0.0000 C 1.1879 0.7100 0.0000 O -1.1879 -1.6699 0.0000 H 0.3536 -1.6699 -0.8900 H атомы 0.3536 -1.6699 0.8900 H -0.6741 0.5967 -0.8900 H -0.6741 0.5967 0.8900 H 1.1879 1.6699 0.0000 H 1 2 1 1 1 4 1 1 1 5 1 4 1 6 1 7 связи 2 3 1 1 2 7 1 4 2 8 1 7 3 9 1 1

Рис. 222. Представление строения молекулы в виде продолжающейся таблицы

В таблице 2-6 можно увидеть обзор наиболее общих форматов файлов для информации о химической структуре и их возможности представления или кодирования строения, конфигурации, т.е. стереохимии, и 3Dструктуры или конформации. За исключением Z-матрицы все другие форматы файлов в таблице 2-6, которые способны кодировать информацию о 3D структуре, используют декартовые координаты для представления соединения в 3D пространстве.

Табл. 2-6. Общие форматы файлов для представления химических структур

Формат файла	Представление (кодирование)
Строение	Конфигурация	3D структура / конформация
MDL SDfile	да	да	да
SMILES	да	да	нет
SYBYL MOL2	да	не ясно	да
PDB	да	не ясно	да
XYZ	нет	нет	да
Z-МАТРИЦА	нет	не ясно	да

3D структура молекулы может быть получена или из эксперимента или при помощи вычислительных методов. Термин «автоматические генераторы 3D структуры» описывает компьютерные программы, которые способны к автоматическому предсказыванию без какого-либо вмешательства пользователя 3D молекулярной модели, исходя из строения и стереохимической информации молекулы (рис. 2.93).

Топологическая информация автоматический информация о 3D структуре

2D представление генератор

3D структуры

Рис. 2.93. Автоматическая генерация 3D структуры.

Дата добавления: 2015-06-04