Domanda:
Quante molecole uniche esistono? E quanti esistono solo per sintesi?
poshest
2014-10-01 19:38:57 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Sono interessato a

  • Quante molecole uniche (di tutti i tipi: organiche e inorganiche, ecc.) esistono nel mondo accessibili dall'uomo (si escludere i buchi neri e il centro delle stelle, ecc.)?
  • Quale sottoinsieme di questi tipi distinti esiste solo grazie alla sintesi da parte dell'uomo?

Per semplificare, ignorare le varianti come molecole con diversi isotopi di atomi e diverse configurazioni di legame (ad esempio cis, trans). Per esempio. acqua standard e "acqua pesante" sono entrambi $ \ ce {H2O} $ e contano come uno.

Sto cercando una stima teorica, quindi sono richiesti solo ordini di grandezza. Non sto cercando un conteggio dei record in un catalogo di database di sostanze chimiche.

Spiega i metodi per determinare le tue stime. Questo non è molto utile.

Non riesco nemmeno a immaginare come si possa offrire una risposta adeguata a questa domanda. Data la vastità dell'Universo e quanto di esso non sappiamo effettivamente, e data la moltitudine di ambienti chimici possibili, sarebbe difficile rispondere a questa domanda senza fare una serie di approssimazioni grossolane. Inoltre, cosa intendi per * tipi distinti *?
Definisci "tipi di molecole".
Intendi come "organico", "inorganico", "biologico" ...?
@LordStryker Non so come spiegare "molecole distinte" meglio che espandendo l'esempio nella mia domanda: H2O è una. O2 è due. La CO2 è tre. L'etanolo C2H6O è quattro. Il metil paraidrossibenzoato CH3 (C6H4 (OH) COO) è cinque ... Ha senso? Re "vastità", cerco solo ordini di grandezza.
@Wildcat il mio esempio per LordStryker aiuta? Cosa non è chiaro?
@AngusTheMan, no, non classi o gruppi generali di molecole. Si prega di vedere il mio commento a LordStryker. Ha senso?
@poshest, è $ \ ce {SiO2} $ dello stesso tipo di $ \ ce {CO2} $?
@Wildcat n. Contano come uno ciascuno nel conteggio. Penso che la parola che avrei dovuto usare fosse molecole "uniche", non "distinte" (scusate, provenienti dallo sfondo di un database).
@poshest, quindi ho la sensazione che la tua domanda riguardi il numero di molecole con diverse * formule molecolari *. Dubito che si possa stimarlo.
Potremmo chiederci qual è la motivazione di questa domanda? Sembra che tu voglia una stima delle molecole sintetiche rispetto a tutte le molecole. Perché? Curiosità o qualcos'altro?
@trb456 Sì, sto scrivendo un articolo e volevo iniziare con alcuni numeri per dare una prospettiva nell'introduzione. Mi ha disturbato il fatto che non ci fosse nulla sul web a riguardo. Ma jerepierre mi ha dato il codice segreto (termine di ricerca) "spazio chimico"
Sono propenso a stimare oltre 9000.
A seconda della definizione precisa dei termini "molecola" e "unico", la risposta può essere un numero finito molto grande o [infinito numerabile] (https://en.wikipedia.org/wiki/Countable_set), o anche [infinito non numerabile] (https://en.wikipedia.org/wiki/Uncountable_set).
È probabile che la risposta sia innumerevole (maggiore, ad esempio, il numero di particelle nell'universo osservabile). Per i soli idrocarburi insaturi semplici si ritiene che il numero di isomeri strutturali superi 10 ^ 22 per soli 50 atomi di carbonio. E questi sono solo due tipi di atomi con restrizioni sulla connettività. Le possibilità crescono più velocemente che in modo esponenziale per più tipi di atomi. E possiamo fare catene più lunghe.
@SherlockHolmes - la mia stima più raffinata è superiore a 9001 ...
Sei risposte:
#1
+25
Jason Patterson
2014-10-01 22:14:51 UTC
view on stackexchange narkive permalink

I polimeri rendono questa domanda più o meno senza risposta.

Considera il cromosoma umano 1, che contiene circa 249.000.000 di coppie di basi. Non c'è nulla che dica che non possiamo ordinare quelle coppie nel modo che ci piace, quindi per il solo DNA, in una quantità che esiste in ogni persona sulla Terra, esiste la possibilità di 4 249000000 molecole diverse . Includere cose come nucleotidi alternativi (ce ne sono quasi sicuramente almeno migliaia che sono possibili) e catene più lunghe e il numero diventa ancora più enorme, includendo solo il DNA (e parenti stretti).

Non c'è vero modo per includerli tutti, poiché ci deve essere un numero enorme di modi per mettere insieme queste molecole che non abbiamo ancora trovato.

Quanti esistono? Un sacco di cose, quante ne esistono solo nella nostra mente? Quasi tutti (l'universo contiene solo circa 10 80 particelle, dopotutto.

Questa è un'ottima spiegazione per un massimo teorico. Stavo pensando alle combinazioni di DNA allo stesso modo. Per quanto riguarda i numeri effettivi che esistono, puoi ottenere una precisione maggiore di "un sacco di cose"? Qualche idea sulla proporzione di quelli che esistono solo perché sono prodotti dall'uomo?
Penso che la quantità di particelle sia molto instabile nell'universo. Sai, buchi neri, massa nera e cose del genere.
Lotto orribile? In realtà, intendi infinito. Non esiste un limite superiore per la lunghezza della catena dei polimeri, quindi il loro numero stesso è infinito. L'unico vero legame superiore è la dimensione dell'universo e il numero di atomi in esso contenuti.
Bene, questo ci dà un limite superiore ragionevole. Ogni atomo è o non è legato l'uno all'altro, quindi stiamo cercando modi per partizionare N = 10 ^ 80 elementi, ovvero il limite superiore è Bell (10 ^ 80) = e ^ (e ^ (10 ^ 80)) . Scrivere quel numero è impossibile in questo universo, tuttavia, poiché contiene più di 10 ^ 80 cifre (!)
@Greg Se vogliamo essere pignoli, non sarebbe davvero infinito, ma sarà assurdamente grande. Al di sopra di un certo limite il comportamento della molecola sarà dominato dagli effetti gravitazionali. Rendilo abbastanza grande e collasserà in una stella e inizierà la fusione, rovinando i legami chimici. Il meglio che potresti fare per qualcosa che si qualificherebbe come una singola molecola sarebbe un limite di massa superiore per una stella nana bianca. Questo limiterà la lunghezza della catena a circa 10 ^ 57 atomi in totale. Ci sono un sacco di modi per organizzarli, ma non è infinito. Amo questa roba ...
@JasonPatterson Hai ragione. È anche un interessante tipo non chimico di legame superiore.
#2
+13
jerepierre
2014-10-02 04:15:42 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Senza alcun vincolo sul numero di atomi / peso molecolare, il numero di possibili composti teorici è infinito, per il motivo addotto da Jason Patterson: puoi sempre estendere un polimero di una unità in più.

È stato stimato che ci sono 10 ^ 60 possibili composti organici con peso molecolare inferiore a 500 L'arte e la pratica della progettazione di farmaci basati sulla struttura: una prospettiva di modellazione molecolare. CAS può avere duplicati, ma è ancora il miglior database di tutti i composti conosciuti in letteratura, e tuttavia non è completo. Quasi tutto il database CAS è interamente sintetico. Una ricerca di voci in CAS con peso molecolare <500 fornisce 61.026.438 risultati, circa la metà dell'intero database. Il riferimento sopra suggerisce che la vita può esistere con poche migliaia di piccole molecole (cioè composti con peso molecolare <500). La natura produce molti più composti del minimo assoluto, ma mi aspetto che abbiamo solo scalfito la superficie di ciò che è là fuori.

Questo dovrebbe darti un'idea degli ordini di grandezza di cui stiamo parlando. Tieni presente che i numeri cresceranno in modo esponenziale man mano che il vincolo di MW < 500 verrà allentato. In breve, i chimici hanno sintetizzato letteralmente milioni di composti diversi, ma essenzialmente nessuno relativo alle possibilità.

Ti suggerisco di ricercare l'argomento dello "spazio chimico" se vuoi saperne di più su quest'area.

Penso che la stratificazione in pesi molecolari sia un buon modo per scomporre il problema. Chi ha stimato il 10 ^ 60? E come? Non ho il libro, mi dispiace. +1 anche per "spazio chimico"! La formula di ricerca magica! :)
Questo ha alcuni riferimenti ai tuoi numeri e molte altre cose buone http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3447393/
Reymond (nel link sopra) ha suggerito il 10 ^ 60, ma altri hanno concordato che il numero è probabilmente in quella gamma. Queste domande di solito rientrano nella gamma della cheminformatica.
#3
+5
iad22agp
2014-10-01 21:02:28 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Secondo il Chemical Abstracts Service, CAS REGISTRY (SM) contiene oltre 90 milioni di sostanze chimiche organiche e inorganiche uniche, come leghe, composti di coordinazione, minerali, miscele, polimeri e sali e più di 65 milioni di sequenze, più di qualsiasi altro database del suo genere. Include sostanze riportate in letteratura all'inizio del 1800 e viene aggiornato quotidianamente con circa 15.000 sostanze.

Il registro CAS non include sostanze ancora da pensare o da scoprire. In effetti include i tuoi cinque esempi.

Questo è quanto di più vicino a una risposta mi viene in mente.

beh, ho specificamente chiesto di non un "conteggio dei record in qualche catalogo di database di sostanze chimiche", ma apprezzo la tua risposta. Esiste un modo per conoscere la proporzione di CAS che comprende molecole completamente innaturali (sintetiche)?
Penso che la proporzione di sostanze presenti in natura sia una percentuale relativamente piccola del totale. Il mio ragionamento: si noti che mentre molte sostanze esistono in natura, non molte esistono in natura in forma pura e sfusa. Si noti inoltre che la "chimica dei prodotti naturali" è una specialità della chimica organica che si occupa di sostanze prodotte all'interno di organismi viventi. Ci sono molti prodotti naturali là fuori che non sono stati ancora scoperti, ma questo è ancora un piccolo sottoinsieme di possibili sostanze.
#4
+3
Ellert van Koperen
2014-10-02 03:16:07 UTC
view on stackexchange narkive permalink

In un database di composti sintetici attualmente disponibili che ho costruito, ci sono 9,8 milioni di composti sintetici e naturali disponibili per l'acquisto e altri 27 milioni di composti che i fornitori pensano di poter produrre se necessario.

Ciò include esplicitamente solo composti puri che possono essere descritti disegnando una struttura, quindi niente miscele e niente come il DNA in cui è possibile solo indovinare la struttura esatta.

Ho incluso solo circa 30 fornitori affidabili e questo insieme non è specificamente lo stesso del registro CAS, attenzione, poiché quello è molto pesantemente inquinato da miliardi di duplicati e variazioni nella notazione. Inoltre, è interessante sapere: quasi tutti i fornitori mentono sul numero di composti che hanno.

L'hai costruito? Bel lavoro! L'Alibaba dei prodotti chimici. :) Questo è un ottimo punto di vista sui numeri commerciali. Qualche idea su quale proporzione esiste solo sinteticamente?
Grazie per il complimento :-) I composti naturali possono essere sintetizzati per essere esattamente come sono in natura, o effettivamente filtrati da una fonte naturale. Tuttavia, quelli sono solo una piccola frazione del totale dei composti disponibili.Non ho un conteggio a portata di mano, ma direi che un limite superiore del 5% sarebbe molto reale.Di tutti gli altri, la maggior parte dei composti potrebbe, per caso , esistono "in natura" in quantità molto ridotte. Quindi c'è il nostro prossimo ostacolo per la definizione: quando dichiari che un composto "esiste" in natura? Se hai una molecola?
Avete un link? È disponibile online?
Non è disponibile online, mi dispiace, questi dati rappresentano molto lavoro e strumenti che non sono gratuiti.
#5
+1
AkiraAiren
2017-11-22 20:15:03 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Non è necessario passare ai polimeri. È già possibile creare un'enorme quantità di molecole nel regno delle piccole molecole (MW < 900 Da). È un campo interessante poiché la maggior parte dei farmaci odierni sono piccole molecole.

Ecco il collegamento a un gruppo di ricerca a Berna, in Svizzera, che enumera composti virtuali e cerca di classificarli in molte categorie diverse. Uno è la disponibilità sintetica.

Qui è dove spiegano cosa fanno

Ecco gli strumenti che offrono

hanno molti strumenti con visualizzazioni fantasiose per alcuni. Buon divertimento.

#6
  0
wis
2015-11-24 16:24:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink
  1. Scegli un limite massimo per il numero di atomi in una molecola. (es. max_a = 500)
  2. Scegli quale degli elementi atomici vuoi consentire (es. els = 1..92)
  3. Seleziona atom dalla lista els
  4. Quale possibile numero di legami può creare questo tipo di atomo (es. B_el1 = {2,3,4})
  5. Seleziona quanti legami in questa istanza (es. Current_b = 3)
  6. Seleziona il numero di obbligazione successivo (bond_num = 1 nella prima iterazione)
  7. Seleziona l'atomo aggiuntivo successivo dall'elenco els, da allegare al numero di obbligazione corrente
  8. Controlla l'atomo dell'add-on per la compatibilità : tipo di legame, disponibilità di elettroni, adattamento allo spazio
  9. Se supera tutti i test, allora aggiungi. Indice atom counter +1.
  10. In caso contrario, torna al passaggio 7.
  11. In caso positivo, torna al passaggio 6.
  12. Se tutte le obbligazioni sono piene, restituisci al passaggio 7
  13. Se il contatore atom supera max_atoms, STOP
  14. Elimina le ridondanze (che sarà uguale al quant di termini-1)

Per chiunque abbia accesso ai dati di compatibilità della reazione, questo algoritmo genera il numero totale di molecole possibili fino a un limite scelto.Non tutti i dettagli sono forniti per una procedura di "ricerca esaustiva", come il monitoraggio di tutti i rami e come gestire i doppi legami. ma questi possono essere aggiunti in modo semplice. La funzione "imposta limite" è necessaria per evitare di sottoporre il computer a millenni di scricchiolio di numeri.

Questo in realtà non risponde alla domanda, a cui è comunque molto difficile rispondere. Inoltre, l'implementazione di questo algoritmo è molto più difficile di quanto sembri immaginare. Ad esempio, "Controlla l'atomo aggiuntivo per la compatibilità: tipo di legame, disponibilità di elettroni, adattamento dello spazio" è un compito molto non banale e c'è anche una domanda su quanto sia "compatibile".
Inoltre, questo algoritmo non può creare anelli. Di fatto, gli anelli e gli anelli fusi costituiscono la maggior parte dei composti naturali a base di carbonio.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
Loading...