Wolfram Language™

Enumere estruturas de PCB e compartilhe via EntityStore

Um bifenilo policlorado (PCB) é um composto orgânico com a fórmula química . Os PCBs eram usados para inúmeras aplicações industriais, incluindo transformadores eléctricos. Aqui, a geração e armazenamento de todos os bifenilos policlorados (PCB) possíveis como entidades customizadas em um banco de dados de entidade é ilustrada.

ChemicalData já contém a estrutura da molécula PCB, difenil (também chamado de "bifenilo").

In[1]:=

Entity["Chemical", "Biphenyl"]["ColorStructureDiagram"]

Out[1]=

ChemicalData também contém um congênere particular da molécula de PCB.

In[2]:=

Entity["Chemical", "PCB"][ EntityProperty["Chemical", "ColorStructureDiagram"]]

Out[2]=

A estrutura genérica do PCB envolve 10 posições, indicadas abaixo pela letra X. Para obter todos os possíveis derivados mono a deca-clorados (ex congêneres), junte substituintes de cloro nessas 10 posições de todas as formas possíveis. Aqui, a estrutura genérica como representação de formato de "MOL" é carregada de CloudObject pré definido.

In[3]:=

molString = CloudGet[CloudObject[ "https://www.wolframcloud.com/objects/user-722de5bb-ef39-4cbd-\ 999d-546c888892d6/PCB_scaffold"]][[2]];

In[4]:=

ImportString[molString, "MOL"]

Out[4]=

Com alguma teoria de grupo básica, todas as estruturas de PCB podem ser enumeradas. A propriedade essencial de simetria de toda a estrutura molecular, expressa como um grupo de permutação, é o ponto de partida.

In[5]:=

biphenylSymmetry = PermutationGroup[{Cycles[{{6, 10}, {7, 9}}], Cycles[{{1, 5}, {2, 4}}], Cycles[{{1, 6}, {2, 7}, {3, 8}, {4, 9}, {5, 10}}]}];

Forme um índice de ciclo de polinômio com o teorema de enumeração de Pólya e manipule os seus coeficientes para obter uma enumeração de 210 congêneres (incluindo a estrutura de hidrocarboneto não substituído, o que não é um PCB, devido à sua falta de cloro).

In[6]:=

ci = Factor[ CycleIndexPolynomial[biphenylSymmetry, Array[Subscript[x, #] &, 4]]]

Out[6]=

In[7]:=

Total[CoefficientList[Expand[ci /. Subscript[x, i_] -> (x^i + 1)], x]]

Out[7]=

Depois de alterar o nome das posições utilizando substituições simples de cadeias de caracteres, é possível gerar todos os 209 nomes de acordo com as regras da IUPAC.

In[8]:=

conPos = Flatten[(PositionIndex /@ First /@ GroupOrbits[biphenylSymmetry, Permutations[#], Permute]) & /@ (LowerTriangularize[ ConstantArray["Cl", {10, 10}]] /. 0 -> "H")] /. Thread[Range[10] -> {"2", "3", "4", "5", "6", "2'", "3'", "4'", "5'", "6'"}];

In[9]:=

(names = Flatten[{StringJoin[Riffle[Sort[#["Cl"]], ","]] <> "-" <> (Length[#["Cl"]] /. Thread[Range[10] -> {"Chloro", "Dichloro", "Trichloro", "Tetrachloro", "Pentachloro", "Hexachloro", "Heptachloro", "Octachloro", "Nonachloro", "Decachloro"}]) <> "biphenyl"} & /@ conPos] /. "2,2',3,3',4,4',5,5',6,6'-Decachlorobiphenyl" -> "Decachlorobiphenyl") // Short

Out[9]//Short=

Da mesma maneira, gere exaustivamente todas as estruturas congêneres.

In[10]:=

PCBstruct = ImportString[ StringReplacePart[molString, #, StringPosition[molString, "X"]], "MOL"] & /@ Flatten[(First /@ GroupOrbits[biphenylSymmetry, Permutations[#], Permute]) & /@ (LowerTriangularize[ ConstantArray["Cl", {10, 10}]] /. 0 -> "H"), 1];

In[11]:=

TextGrid[Transpose[{names, PCBstruct}] // Take[#, 2] &, Dividers -> All]

Out[11]=

Para incluir propriedades mais detalhadas de congêneres, importe PCB como um conjunto de dados de um CloudObject previamente calculado.

In[12]:=

imp = CloudGet[CloudObject[ "https://www.wolframcloud.com/objects/user-722de5bb-ef39-4cbd-\ 999d-546c888892d6/PCB_congeners_propertylist"]];

In[13]:=

TextGrid[Take[imp, 5], Background -> {Automatic, {LightBlue}}, Dividers -> All]

Out[13]=

Combine os dados que foram importados com as estruturas e nomes previamente computados.

In[14]:=

TextGrid[(PCBdata = SortBy[MapThread[ Flatten[{#1, Pick[imp[[3 ;;]], imp[[3 ;;, 1]], #2]}] &, {PCBstruct, names}], #[[3]] &]) // Take[#, 2] &, Dividers -> All]

Out[14]=

Crie um banco de dados de entidade personalizado para essas estruturas PCB.

In[15]:=

entities = Association @@ Map["PCB" <> ToString[#[[3]]] -> <| "ColorStructureDiagram" -> #[[1]], "IUPACName" -> #[[2]], "CASNumber" -> #[[4]], "BZNumber" -> #[[3]], "PCBDescriptors" -> #[[5]], "Label" -> "PCB-BZ#" <> ToString[#[[3]]] |> &, PCBdata];

In[16]:=

properties = <| "ColorStructureDiagram" -> <|"Label" -> "structure diagram"|>, "IUPACName" -> <|"Label" -> "IUPAC name"|>, "CASNumber" -> <|"Label" -> "CAS number"|>, "BZNumber" -> <|"Label" -> "Ballschmiter-Zell number"|>, "PCBDescriptors" -> <|"Label" -> "congener shorthand notation"|>, "Toxicity" -> <| "DefaultFunction" -> Function[e, If[StringCount[e["PCBDescriptors"], ","] == 3, "highly toxic", "toxic"]], "Label" -> "dioxin-like toxicity" |>, "NumberOfChlorineSubstituents" -> <| "DefaultFunction" -> Function[e, If[e["IUPACName"] == "Decachlorobiphenyl", 10, StringCount[e["IUPACName"], NumberString]]], "Label" -> "number of chlorine substituents" |> |>;

In[17]:=

classes = <| "CoplanarPCB" -> <| "Entities" -> {"IUPACName" -> (StringFreeQ[ "2" | "2'" | "6" | "6'" | "Deca"])}, "Label" -> "Coplanar or non-ortho PCBs" |>, "NoncoplanarPCB" -> <| "Entities" -> {"IUPACName" -> StringContainsQ["2" | "2'" | "6" | "6'"]}, "Label" -> "Noncoplanar PCBs" |> |>;

In[18]:=

store = EntityStore[ "PCB" -> <| "Label" -> "polychlorinated biphenyl", "LabelPlural" -> "polychlorinated biphenyls", "Entities" -> entities, "Properties" -> properties, "EntityClasses" -> classes |>]

Out[18]=

Registre o banco de dados para esta sessão.

In[19]:=

PrependTo[$EntityStores, store];

Faça um teste com o banco de dados e solicite uma entidade aleatória.

In[20]:=

EntityValue[RandomEntity["PCB"], "PropertyAssociation"]

Out[20]=

Para que todas as entidades personalizadas estejam disponíveis em sessões futuras ou para aplicações públicas, passe o banco de dados de entidades para um CloudObject.

In[21]:=

CloudPut[store, "PCB_entity_store", Permissions -> "Public"]

Out[21]=