Утилиты для масс-спектрометристов

[Vit Nhoc]

Мне пришла в голову сделать в Chemcraft очень простую утилиту для расшифровки масс-спектров. Предположим, у вас есть пик в масс спектре и вы пока не знаете что его могло породить. Вы вводите брутто формулу предполагаемой молекулы, положение пика и погрешность положения пика; и программа перебирает все возможные осколки, которые могут образоваться при бомбардировке этой молекулы электронами, и отображает все варианты, которые могут дать этот пик. После этого для этих вариантов вы можете ещё указать уширение, и программа построит его теоретический масс спектр.
Конечно сейчас есть много утилит вроде xtb, которые сделают более серьёзный анализ и отбракуют невозможные осколки, но может моя утилита будет для кого-то удобнее.
Более продвинутый вариант - если пользователь указывает не один пик а несколько, когда у масс-спектрометра высокая разрешающая способность. Тут видимо получается чуть более сложная задача - программа должна отбраковать осколки, которые дают пики (с учетом уширения т.е. разрешающей способности прибора), которых вы в вашем спектре не наблюдаете.
Вам бы это пригодилось?

[Jokermaniak]

Ну тут встает вопрос целеполагания. Кому и для чего оно вообще надо. Для рутинного анализа где-то в индустрии, или, например, для секвенирования, всё уже давным-давно протабулировано и внесено в базы, встроенные в приборный софт, который по паттерну фрагментации выдает что это было. Более того, эти алгоритмы учитывают и соотношения интенсивностей пиков. Поэтому то, что предлагаете вы, (было бы) надо в основном тем, кто получает новое, то есть синтетикам.

Но синтетики не особо любят бомбардировать образцы электронами, да и в целом стараются не использовать методы ионизации, дающие осколки, наоборот, все хотят молекулярный ион. Неизвестную органику обычно ионизируют ESI, APPI/APCI, MALDI, DART или на худой конец FD. Ну и вдобавок синтетики предпочитают масс-спектры высокого разрешения, а это +- готовая брутто-формула иона.

Вот если бы что-то подобное со спектрами ЯМР делать - это было бы интереснее. ИМХО вычислительные мощности современных десктопов вполне достаточны.

[Vit Nhoc]

Ну тут встает вопрос целеполагания. Кому и для чего оно вообще надо. Для рутинного анализа где-то в индустрии, или, например, для секвенирования, всё уже давным-давно протабулировано и внесено в базы, встроенные в приборный софт, который по паттерну фрагментации выдает что это было. Более того, эти алгоритмы учитывают и соотношения интенсивностей пиков. Поэтому то, что предлагаете вы, (было бы) надо в основном тем, кто получает новое, то есть синтетикам.

Но синтетики не особо любят бомбардировать образцы электронами, да и в целом стараются не использовать методы ионизации, дающие осколки, наоборот, все хотят молекулярный ион. Неизвестную органику обычно ионизируют ESI, APPI/APCI, MALDI, DART или на худой конец FD.

Ну вроде то что я озвучил - крайне простая вещь, если хоть кому-то пригодится то работа окупится. Мне изначально предложили сделать такую утилиту электронографисты, им часто приходится иметь дело с масс спектрами.

Ну и вдобавок синтетики предпочитают масс-спектры высокого разрешения, а это +- готовая брутто-формула иона.

Поясните, что вы имеете в виду этой фразой. Может быть, в хорошем масс спектре всегда виден первичный ион, т.е. нерасколовшаяся молекула?

Вот если бы что-то подобное со спектрами ЯМР делать - это было бы интереснее. ИМХО вычислительные мощности современных десктопов вполне достаточны.

Ну это очевидно не для меня, я не умею писать софт, считающий теоретический ЯМР спектр. Это принципиально другая задача, неизмеримо более сложная, чем расчёт масс-спектра иона с заданной брутто формулой.

[Jokermaniak]

Ну и вдобавок синтетики предпочитают масс-спектры высокого разрешения, а это +- готовая брутто-формула иона.

Поясните, что вы имеете в виду этой фразой. Может быть, в хорошем масс спектре всегда виден первичный ион, т.е. нерасколовшаяся молекула?

Первичный, мы его называем молекулярным. Целостность молекулярного иона обеспечивается методом и параметрами ионизации. А высокое разрешение - это точность в 5 ppm, что позволяет из Exact mass иона (если она находится в пределах 1-2 кДа) однозначно восстановить брутто-формулу. К примеру, по масс-спектру низкого разрешения не отличить ион C3H7O+ от иона C2H3O2+, а по спектру высокого разрешения - различить, потому что будет разница в 615 ppm.

[Vit Nhoc]

Мою тему в "Лицом к лицу" удалили?
Ну ладно, повторю здесь.
Я сделал в Chemcraft описанную утилиту. Можно скачать программу тут:

https://chemcraftprog.com/files/Chemcra ... _win64.zip

Вы вводите брутто-формулу, и программа перечисляет все возможные осколочные ионы. Вы можете указать положение пика в DA, и программа подберёт все осколочные ионы, которые могут давать этот пик.
Тут возникает проблема - как отсеять невозможные осколки. Например если брутто формула C6H6, то программа может найти осколок H6. Есть два подхода к решению этой проблемы:
1) Сейчас я сделал отсеивание перегруппировочных ионов. Чтобы это использовать, надо задать не только брутто формулу но и структуру молекулы (даже если вы не знакомы с квантовой химией, нарисовать в Chemcraft молекулу совсем не сложно). Для молекулы бензола будут возможны осколки C3H2, CH и т.д., но не CH6.
Кто в теме - расскажите что такое перегруппировка Маклаферти и миграция двойной связи?
2) Могу сделать такую утилиту: пользователь указывает возможные валентности атомов. Например если у вас молекула C6H6 и вы указываете валентность C от 1 до 5 и валентность H 1 - программа сможет дать CH5 но не сможет CH6 или H3. Сгодится такое?
В целом, я не могу конкурировать с серьёзным софтом для рассчёта масс-спектров вроде QCxMS (который делает квантовые расчёты для оценки интенсивности ионов в масс спектре), но преимуществом моей программы будет максимальная простота и предсказуемость - пользователь будет точно знать, что от программы ожидать и что не ожидать.

[Jokermaniak]

А что помимо инфы из Вики вы хотите про эту перегруппировку узнать? Там вроде всë предельно понятно описано...

[Vit Nhoc]

А что помимо инфы из Вики вы хотите про эту перегруппировку узнать? Там вроде всë предельно понятно описано...

Это называется "в гугле забанили", но я сейчас зашёл на Википедию и по-прежнему практически не понимаю о чём речь.
В версии программы которую я выложил есть баг, вот исправленная:

https://chemcraftprog.com/files/Chemcra ... _win64.zip

Я таки сделал фильтр по возможным валентностям, но пока скорость алгоритма такая что это можно посмотреть только для молекул с размером до 10. Или баг какой-то может.

[Jokermaniak]

Ну, есть у вас молекула со связью C=Het, и есть в гамма-положении относительно неё связь C-H. И геометрия позволяет приткнуть хрен к носу протон к гетероатому с образованием циклического интермедиата (или конформера, кому как больше нравится). При этом может произойти миграция этого самого протона с образованием H-Het-замещенного диена (диенола, например), который радостно отбрасывает алкен с конца. Ну а оставшийся H-Het-замещенный алкен (енол, например), таутомеризуется обратно. Например, пропилкетон отбрасывает этил и становится метилкетоном.

[Vit Nhoc]

Мне сказали, что некоторые виды перегруппировочных ионов встречаются довольно часто. Вот если взять например такую молекулу:

изображение_2024-06-11_152745809.png

Я сейчас полагаю, что надо сделать такой алгоритм: перебрать в молекуле все пары (вариант - тройки) связей, которые мы удаляем, и смотреть осколки и их комбинации. Для этой молекулы, если удалить связи например C1-C10 и C4-C20, образуются три фрагмента, которые являются радикалами и могут перекомбинироваться, итого имеем такие варианты осколочных ионов:

изображение_2024-06-11_152934746.png

изображение_2024-06-11_153134804.png

изображение_2024-06-11_153230765.png

Сгодится такой алгоритм?

[Vit Nhoc]

Ну, есть у вас молекула со связью C=Het, и есть в гамма-положении относительно неё связь C-H. И геометрия позволяет приткнуть хрен к носу протон к гетероатому с образованием циклического интермедиата (или конформера, кому как больше нравится). При этом может произойти миграция этого самого протона с образованием H-Het-замещенного диена (диенола, например), который радостно отбрасывает алкен с конца. Ну а оставшийся H-Het-замещенный алкен (енол, например), таутомеризуется обратно. Например, пропилкетон отбрасывает этил и становится метилкетоном.

Честно говоря я забыл всё, о чём нас учили на органической химии. Попробую разобраться.
Вы про какую конкретно написали - перегруппировку Маклаферти и миграцию двойной связи?

Вроде такой процесс является перегруппировкой Маклаферти?

изображение_2024-06-12_062249784.png

->

изображение_2024-06-12_062332850.png

->

изображение_2024-06-12_062646800.png

Всё так?

Не понял только где здесь диен.

[Гесс]

Всё так?

Не понял только где здесь диен.

Все так. Ну не то чтобы диен, структура между вашей второй и третьей картинкой, когда H уже мигрировал к O, а связь C-C еще не порвалась.
Чтото похожее на бирадикал из реакции Норриша второго типа:

Norrish2.png

[040500]

Уберите дрянной пост с общехимического форума с тупыми и провокационными вопросами!

[Vit Nhoc]

Уберите дрянной пост с общехимического форума с тупыми и провокационными вопросами!

Вы о чём вообще?

[040500]

Уберите дрянной пост с общехимического форума с тупыми и провокационными вопросами!

Вы о чём вообще?

Извиняюсь, эта претензия не к вам, а к Гессу. На общехимических вопросах какая-то ненормальная из "Гвинеи" интересуется веществами для создания ядов и "реакциями, меняющими восприятие". Это запрещённые для нашего форума темы.

[Vit Nhoc]

В предыдущей версии Chemcraft опять была ошибка с подсчётом масс-спектров ионов, наконец всё исправил:

https://chemcraftprog.com/files/Chemcra ... _win64.zip

[Jokermaniak]

Да, диен это мой глюк. Там интермедиаты могут быть как бирадикальные, так и полярные. А кто-то вообще считает это согласованным процессом.

Если говорить про ваш алгоритм в целом - а что вы хотите? Симуляцию реальных превращений в МС, или комбинаторный поиск чего-то стабильного из того, что можно слепить из исходника? Разные подходы, требуют разных ограничений...

[SIG]

На самом деле это очень интресно, поскольку далеко не все пользуются ВЭЖХ с мягкими методами ионизации, и очень много приборов ( ГХ-МС), где именно реализуется электронный удар.

[Vit Nhoc]

На самом деле это очень интресно, поскольку далеко не все пользуются ВЭЖХ с мягкими методами ионизации, и очень много приборов ( ГХ-МС), где именно реализуется электронный удар.

Что именно интересно - моя идея с перебором удаляемых связей? И что такое ВЭЖК?

[SIG]

Интересно создание подобного иструмента. ВЭЖХ - высокоэффективная жидкостная хроматография, с коорой обычно сопрягают масс-спектрометрию со всевозможными мягкими методами ионизации, как писал коллега ESI, APPI/APCI, MALDI, DART. Он несколько бесится с жиру, поскольку спектры высокого разрешения доступны далеко не всем ( сейчас такой прибор по цене начинается от 700 килобаксов), как и на самом деле вообще ВЭЖХ- МС. И далеко не всегда там бывает молекулярный ион.

Наиболее распространней метод именно ионизация электронным ударом, что можно делать на относительно недорогих даже и отечественных ГХ-МС приборах, поэтому предсказание фрагментации, безусловно будет полезным. Иногда фрагментайция даже более полезна, чем точная масса, поскольку указывает косвенно на возможную структуру вещества.

[Vit Nhoc]

Наиболее распространней метод именно ионизация электронным ударом, что можно делать на относительно недорогих даже и отечественных ГХ-МС приборах, поэтому предсказание фрагментации, безусловно будет полезным. Иногда фрагментайция даже более полезна, чем точная масса, поскольку указывает косвенно на возможную структуру вещества.

Прошу прощения за занудство, ещё раз, насколько людям будет полезна вот такая утилита:
Пользователь рисует структуру молекулу; далее программа перебирает все комбинации связей, которые можно удалить, и если поставлена галочка "Check recombination ions" или как её назвать - перебирает также комбинации осколков после удаления связей (как на моих рисунках выше). Возможно, тут надо будет показывать не только брутто-формулы этих осколков, но и рисунки их структур, и в каких-то отдельных случаях алгоритм будет давать ерунду (когда фрагменты наползают друг на друга).
В настройках отсева будет опция - количество связей которые можно удалить. Точнее, возможно лучше будет два текстовых окна с этой цифрой - для одинарных связей и остальных (например, можно разорвать до двух одинарных связей и не более одной ароматической). Тип связей в его конкретной молекуле пользователь сможет сам указать редактором в Chemcraft.
Сгодится такое?