Pytanie:
Ile istnieje unikalnych cząsteczek? A ile istnieje tylko dzięki syntezie?
poshest
2014-10-01 19:38:57 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Interesuje mnie

  • Ile unikalnych cząsteczek (wszystkich typów: organicznych i nieorganicznych itp.) istnieje w świecie dostępnym dla człowieka (przyjrzyjmy się wykluczyć czarne dziury i centra gwiazd itp.)?
  • Jaki podzbiór tych odrębnych typów istnieje tylko dzięki syntezie dokonanej przez człowieka?

Aby to uprościć, ignoruj ​​warianty, takie jak cząsteczki z różnymi izotopami atomów i różnymi konfiguracjami wiązań (np. cis, trans). Na przykład. woda standardowa i „ciężka woda” to $ \ ce {H2O} $ i liczą się jako jeden.

Szukam teoretycznego oszacowania, więc wymagane są tylko rzędy wielkości. Nie szukam liczby rekordów w jakimś katalogu bazy danych chemikaliów.

Proszę wyjaśnić metody określania szacunków. To nie jest zbyt pomocne.

Nie mogę sobie nawet wyobrazić, jak można udzielić właściwej odpowiedzi na to pytanie. Biorąc pod uwagę rozległość Wszechświata i to, ile z niego w rzeczywistości nie wiemy, a także biorąc pod uwagę mnogość możliwych środowisk chemicznych, trudno byłoby odpowiedzieć na to pytanie bez dokonywania wielu grubych przybliżeń. Co masz na myśli przez * różne typy *?
Zdefiniuj „typy cząsteczek”.
Czy masz na myśli „organiczny”, „nieorganiczny”, „biologiczny”…?
@LordStryker Nie wiem, jak lepiej wyjaśnić „odrębne cząsteczki” niż przez rozwinięcie przykładu w moim pytaniu: H2O jest jeden. O2 to dwa. CO2 wynosi trzy. Etanol C2H6O to cztery. Parahydroksybenzoesan metylu CH3 (C6H4 (OH) COO) to pięć ... Czy ma sens? Jeśli chodzi o „ogrom”, szukam tylko rzędów wielkości.
@Wildcat czy mój przykład dla LordStryker pomaga? Co nie jest jasne?
@AngusTheMan, nie, nie klasy lub ogólne grupy cząsteczek. Zobacz mój komentarz do LordStrykera. Czy to ma sens?
@poshest, to $ \ ce {SiO2} $ tego samego typu co $ \ ce {CO2} $?
@Wildcat no. Liczą się jako jeden. Myślę, że słowo, którego powinienem był użyć, to „unikalne” cząsteczki, a nie „odrębne” (przepraszam, pochodzi z tła bazy danych).
@poshest, to mam wrażenie, że twoje pytanie dotyczy liczby cząsteczek o różnych * wzorach molekularnych *. Wątpię, czy można to oszacować.
Czy możemy zapytać, jaka jest motywacja do tego pytania? Wygląda na to, że chcesz oszacować syntetyczne cząsteczki względem wszystkich cząsteczek. Czemu? Ciekawość czy coś innego?
@trb456 Tak, piszę artykuł i chciałem zacząć od kilku liczb, aby dać perspektywę we wstępie. Niepokoiło mnie, że w sieci nie ma nic na ten temat. Ale jerepierre dał mi tajny kod (hasło wyszukiwania) „przestrzeń chemiczna”
Jestem skłonny oszacować ponad 9000.
W zależności od precyzyjnej definicji terminów „cząsteczka” i „niepowtarzalny”, odpowiedzią może być bardzo duża liczba skończona lub [policzalna nieskończoność] (https://en.wikipedia.org/wiki/Countable_set) lub nawet [niezliczona nieskończoność] (https://en.wikipedia.org/wiki/Uncountable_set).
Odpowiedź prawdopodobnie będzie niepoliczalnie duża (większa, na przykład, liczba cząstek w obserwowalnym wszechświecie). Uważa się, że w przypadku samych prostych węglowodorów nienasyconych liczba izomerów strukturalnych przekracza 10 ^ 22 przy zaledwie 50 atomach węgla. A to tylko dwa typy atomów z ograniczeniami dotyczącymi łączności. W przypadku większej liczby typów atomów możliwości rosną szybciej niż wykładniczo. I możemy zrobić dłuższe łańcuchy.
@SherlockHolmes - moje bardziej szczegółowe oszacowanie to ponad 9001 ...
Sześć odpowiedzi:
Jason Patterson
2014-10-01 22:14:51 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Polimery sprawiają, że na to pytanie nie można odpowiedzieć.

Rozważmy ludzki chromosom 1, który zawiera około 249 000 000 par zasad. Nic nie mówi, że nie moglibyśmy uporządkować tych par w dowolny sposób, więc dla samego DNA, w ilości, która istnieje w każdym człowieku na Ziemi, istnieje możliwość dla 4 249000000 różnych cząsteczek . Uwzględnij takie rzeczy, jak alternatywne nukleotydy (prawie na pewno są co najmniej tysiące takich, które są możliwe) i dłuższe łańcuchy, a liczba stanie się jeszcze większa, a dotyczy to tylko DNA (i bliskich krewnych).

Nie ma prawdziwy sposób na uwzględnienie ich wszystkich, ponieważ musi istnieć ogromna liczba sposobów połączenia tych cząsteczek, których jeszcze nie znaleźliśmy.

Ile istnieje? Strasznie dużo, ilu istnieje tylko w naszych umysłach? Prawie wszystkie z nich (w końcu wszechświat zawiera tylko około 10 80 cząstek.

To świetne wyjaśnienie teoretycznego maksimum. W ten sam sposób myślałem o kombinacjach DNA. Jeśli chodzi o istniejące liczby, czy możesz uzyskać większą precyzję niż „bardzo dużo”? Masz pojęcie o proporcji tych, które istnieją tylko dlatego, że są stworzone przez człowieka?
Myślę, że ilość cząstek we wszechświecie jest bardzo niestabilna. Wiesz, czarne dziury, czarna masa i takie tam.
Bardzo dużo? Właściwie masz na myśli nieskończoność. Nie ma górnej granicy długości łańcucha polimerów, dlatego ich liczba jest nieskończona. Jedynym prawdziwym górnym wiązaniem jest rozmiar wszechświata i liczba w nim atomów.
Cóż, to daje nam rozsądną górną granicę. Każdy atom jest lub nie jest powiązany ze sobą atomem, więc szukamy sposobów podziału N = 10 ^ 80 pierwiastków, tj. Górna granica to Bell (10 ^ 80) = e ^ (e ^ (10 ^ 80)) . Zapisanie tej liczby jest jednak niemożliwe w tym wszechświecie, ponieważ zawiera ponad 10 ^ 80 cyfr (!)
@Greg Jeśli mamy być wybredni, nie byłoby to nieskończone, ale będzie absurdalnie duże. Powyżej pewnej granicy zachowanie cząsteczki będzie zdominowane przez wpływy grawitacyjne. Spraw, aby był dostatecznie duży, a zapadnie się w gwiazdę i rozpocznie fuzję, psując wiązania chemiczne. Najlepsze, co można zrobić dla czegoś, co kwalifikowałoby się jako pojedyncza cząsteczka, to górna granica masy dla białego karła. To ograniczy długość twojego łańcucha do około 10 ^ 57 atomów. Jest mnóstwo sposobów na ich ułożenie, ale nie jest to nieskończone. Uwielbiam te rzeczy ...
@JasonPatterson Masz rację. Jest to również ciekawy niechemiczny typ wiązania górnego.
jerepierre
2014-10-02 04:15:42 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Bez pewnych ograniczeń co do liczby atomów / masy cząsteczkowej, liczba możliwych teoretycznych związków jest nieskończona z powodu podanego przez Jasona Pattersona: zawsze możesz przedłużyć polimer o jedną jednostkę więcej.

Oszacowano, że istnieje 10 ^ 60 możliwych związków organicznych o masie cząsteczkowej poniżej 500 Sztuka i praktyka projektowania leków w oparciu o strukturę: perspektywa modelowania molekularnego. CAS może mieć duplikaty, ale nadal jest to najlepsza baza danych wszystkich znanych związków w literaturze, a mimo to nie jest wyczerpująca. Prawie cała baza danych CAS jest całkowicie syntetyczna. Wyszukiwanie wpisów w CAS o masie cząsteczkowej <500 daje 61 026 438 trafień, czyli około połowy całej bazy danych. Powyższe odniesienie sugeruje, że życie może istnieć z kilkoma tysiącami małych cząsteczek (tj. Związków o masie cząsteczkowej <500). Natura wytwarza znacznie więcej związków niż absolutne minimum, ale spodziewam się, że tylko zarysowaliśmy powierzchnię tego, co tam jest.

To powinno dać ci wyobrażenie o rzędach wielkości, o których mówimy. Należy pamiętać, że liczby będą rosły wykładniczo, gdy ograniczenie MW < 500 zostanie złagodzone. Krótko mówiąc, chemicy zsyntetyzowali dosłownie miliony różnych związków, ale w zasadzie żadnego w stosunku do możliwości.

Sugeruję zbadanie tematu "przestrzeni chemicznej", jeśli chcesz dowiedzieć się więcej na ten temat.

Myślę, że rozwarstwienie według mas cząsteczkowych to dobry sposób na rozwiązanie problemu. Kto oszacował 10 ^ 60? I jak? Nie mam książki, przepraszam. +1 za „przestrzeń chemiczną”! Magiczna formuła wyszukiwania! :)
Zawiera odniesienia do twoich liczb i wiele innych dobrych rzeczy http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3447393/
Reymond (w linku powyżej) zasugerował 10 ^ 60, ale inni zgodzili się, że liczba prawdopodobnie mieści się w tym zakresie. Te pytania zwykle mieszczą się w zakresie cheminformatyki.
iad22agp
2014-10-01 21:02:28 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Według Chemical Abstracts Service, CAS REGISTRY (SM) zawiera ponad 90 milionów unikalnych organicznych i nieorganicznych substancji chemicznych, takich jak stopy, związki koordynacyjne, minerały, mieszaniny, polimery i sole oraz ponad 65 milionów sekwencji - więcej niż jakakolwiek inna tego typu baza danych. Zawiera substancje zgłoszone w literaturze od początku XIX wieku i jest codziennie aktualizowana o około 15 000 substancji.

Rejestr CAS nie obejmuje substancji, o których jeszcze nie pomyślano lub które zostały odkryte. Rzeczywiście zawiera pięć przykładów.

Odpowiedź jest tak bliska, jak tylko przychodzi mi do głowy.

cóż, konkretnie poprosiłem o „nie liczenie rekordów w jakimś katalogu bazy danych chemikaliów”, ale doceniam twoją odpowiedź. Czy istnieje sposób, aby dowiedzieć się, jaka część CAS zawiera całkowicie nienaturalne (syntetyczne) cząsteczki?
Myślę, że udział naturalnie występujących substancji to stosunkowo niewielka część całości. Moje rozumowanie: Zwróć uwagę, że chociaż w przyrodzie istnieje wiele substancji, w przyrodzie niewiele istnieje w czystej, masowej postaci. Należy również zauważyć, że „chemia produktów naturalnych” jest specjalnością chemii organicznej związanej z substancjami wytwarzanymi w organizmach żywych. Istnieje wiele produktów naturalnych, które nie zostały jeszcze odkryte - ale wciąż jest to niewielki podzbiór możliwych substancji.
Ellert van Koperen
2014-10-02 03:16:07 UTC
view on stackexchange narkive permalink

W bazie danych obecnie dostępnych związków syntetycznych, które zbudowałem, jest 9,8 miliona syntetycznych i naturalnych związków dostępnych do kupienia oraz dodatkowe 27 milionów związków, które według sprzedawców mogą wyprodukować w razie potrzeby.

To wyraźnie obejmuje tylko czyste związki, które można opisać rysując strukturę, więc żadnych mieszanin i żadnych rzeczy takich jak DNA, w których można tylko zgadywać dokładną strukturę.

Uwzględniłem tylko około 30 godnych zaufania dostawców i ten zestaw w szczególności nie jest tym samym, co rejestr CAS, pamiętajcie, ponieważ jest on bardzo mocno zanieczyszczony miliardami duplikatów i odmian notacji. Ponadto dobrze wiedzieć: prawie wszyscy sprzedawcy kłamią na temat liczby posiadanych związków chemicznych.

Zbudowałeś to? Dobra robota! Alibaba chemikaliów. :) To świetny punkt widzenia na numery komercyjne. Masz pomysł, jaka proporcja istnieje tylko syntetycznie?
Dzięki za komplement :-) Naturalne związki można albo zsyntetyzować, aby były dokładnie takie, jakie występują w naturze, lub faktycznie odfiltrować je z naturalnego źródła. Mimo to to tylko niewielki ułamek wszystkich dostępnych związków, nie mam ich pod ręką, ale powiedziałbym, że górna granica 5% byłaby bardzo królewska. istnieją „na wolności” w bardzo małych ilościach. Mamy więc kolejną przeszkodę związaną z definicją: kiedy deklarujesz, że związek „istnieje” w przyrodzie? Jeśli masz jedną cząsteczkę?
Czy masz link? Czy jest dostępny online?
Niestety, nie jest on dostępny online, ale te dane oznaczają dużo pracy i narzędzi, które również nie są darmowe.
AkiraAiren
2017-11-22 20:15:03 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Nie musisz sięgać po polimery. Możesz już stworzyć ogromną ilość cząsteczek w dziedzinie małych cząsteczek (MW < 900 Da). Jest to interesująca dziedzina, ponieważ większość dzisiejszych leków to małe cząsteczki.

Oto link do grupy badawczej w Bernie w Szwajcarii, która wylicza wirtualne związki i próbuje je zaklasyfikować do wielu różnych kategorii. Jedna to syntetyczna dostępność.

W tym miejscu wyjaśniają, co robią

Oto narzędzia, które oferują

Oni mają wiele narzędzi z fantazyjnymi wizualizacjami dla niektórych. Miłej gry.

wis
2015-11-24 16:24:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink
  1. Wybierz górną granicę liczby atomów w cząsteczce. (np. max_a = 500)
  2. Wybierz, na które z pierwiastków atomowych chcesz zezwolić (np. els = 1..92)
  3. Wybierz atom z listy els
  4. Jaką możliwą liczbę wiązań może utworzyć ten typ atomu (np. B_el1 = {2,3,4})
  5. Wybierz liczbę wiązań w tym przypadku (np. Current_b = 3)
  6. Wybierz następny numer wiązania (bond_num = 1 w pierwszej iteracji)
  7. Wybierz następny atom dodatku z listy els, który ma być dołączony do bieżącego numeru wiązania
  8. Sprawdź atom dodatku pod kątem zgodności : typ wiązania, dostępność elektronów, dopasowanie przestrzeni
  9. Jeśli przejdzie wszystkie testy, to dodatek. Indeks licznika atomów +1.
  10. Jeśli nie przejdzie, wróć do kroku 7.
  11. Jeśli pozytywny, wróć do kroku 6.
  12. Jeśli wszystkie obligacje są pełne, zwróć do kroku 7
  13. Jeśli licznik atomów przekracza max_atoms, STOP
  14. Wyeliminuj nadmiarowości (które będą równe ilości końcówek-1)

Dla każdego z dostęp do danych dotyczących zgodności reakcji, algorytm ten generuje całkowitą liczbę możliwych cząsteczek do wybranego limitu. Nie wszystkie szczegóły są podane dla procedury „wyczerpującego wyszukiwania”, takiej jak śledzenie wszystkich rozgałęzień i jak radzić sobie z wiązaniami podwójnymi. ale można je dodać w prosty sposób. Funkcja „ustaw limit” jest niezbędna, aby uniknąć narażenia komputera na tysiąclecia przetwarzania liczb.

To tak naprawdę nie odpowiada na pytanie, na które i tak jest bardzo trudno odpowiedzieć. Ponadto wdrożenie tego algorytmu jest znacznie trudniejsze, niż mogłoby się wydawać. Na przykład „Sprawdź atom dodatku pod kątem kompatybilności: rodzaj wiązania, dostępność elektronów, dopasowanie w przestrzeni” jest zadaniem wysoce nietrywialnym i pojawia się również pytanie, na ile kompatybilny jest „kompatybilny”.
Ponadto ten algorytm nie może tworzyć pierścieni. Tak się składa, że ​​pierścienie i pierścienie skondensowane stanowią większość naturalnych związków węgla.


To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...