1. SMILES简介
1.1 什么是SMILES
(1)SMILES(Simplified Molecular-Input Line-entry System,简化分子线性输入规范)是一种用ASCII字符串描述分子结构的文本编码,由Daylight Chemical Information Systems在20世纪80年代末开发。
(2)它基于分子图论,用少量语法规则即可指定化学结构,可被Open Babel、ChemDraw、MarvinSketch等软件解析。
(3)SMILES的核心价值是:用一行文本替代二维结构图,便于存储、检索和计算。例如,乙醇为CCO,阿司匹林为CC(=O)OC1=CC=CC=C1C(=O)O。
(4)在SMILES中,原子按分子图遍历顺序书写,环用数字标记闭合,双键用=表示,手性中心用@或@@表示,双键构型用/和\表示。
1.2 规范SMILES与异构SMILES
(1)规范SMILES(Canonical SMILES):由标准化算法生成,通常不含立体化学和同位素信息,主要用于标准化、去重和检索。
(2)异构SMILES(Isomeric SMILES):在普通SMILES基础上,保留手性、双键顺反构型和同位素等信息,适合区分立体异构体。
(3)若两者都有且相同,说明该物质无立体化学或同位素差异;若不同,优先复制异构SMILES。
1.3 适用范围提醒
(1)SMILES主要适用于结构明确的分子,如小分子和部分离子化合物。
(2)并非所有化学物质都有规范SMILES和异构SMILES。聚合物、合金、矿物、纳米材料、混合物、复杂天然提取物、UVCB物质、非化学计量化合物等,通常没有唯一SMILES。
(3)PubChem中部分条目可能没有SMILES字段,或只有规范SMILES,没有异构SMILES;也可能两者都有但完全相同。
(4)若页面没有SMILES字段,不要强行拼凑,应改用CAS号、分子式、InChI或InChIKey等标识。
2. 适用对象与场景
2.1 适合谁
(1)已有化合物英文名、IUPAC名或CAS号,需要快速获得SMILES;
(2)需要将化合物结构录入建模软件、检索系统或化学数据库。
2.2 典型场景
(1)论文或报告中只有化合物名称,需要SMILES输入计算工具;
(2)已知CAS号,想查询权威的结构编码。
2.3 不适用或建议咨询专业人士
(1)聚合物、金属配合物、Markush结构等复杂体系;
(2)化合物名称有歧义,PubChem返回多个结果且无法判断;
(3)同一化合物存在多个立体异构体,不确定该用哪一个。
3. 前置条件
(1)可联网的浏览器,能访问 https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov;
(2)至少一个化合物标识:英文名、IUPAC名或CAS号;
(3)可选:化合物的结构图或分子式,用于最后比对确认。
(4)时间预期:单个化合物查询通常1—2分钟,校验再花1—3分钟。若名称有歧义或PubChem查不到,建议改用CAS号、ChEMBL、ChemSpider交叉验证,不要反复尝试同一名称。
4. 操作步骤
4.1 第1步:搜索化合物
(1)打开PubChem首页,在搜索框中输入化合物名称或CAS号。PubChem Quick Search接受化学名称、同义词、系统命名法、CAS号等多种输入类型,且不区分大小写;
(2)点击搜索,在结果列表中选择目标化合物,核对分子式、分子量和结构图是否与预期一致;
(3)注意:若名称有歧义,如“维生素D”对应D2、D3等多种形式,PubChem会返回多个结果,需根据分子式或结构图确定正确条目。
4.2 第2步:查找并复制SMILES
(1)进入化合物详情页,在“Computed Descriptors”或“Names and Identifiers”栏目下查找SMILES字段;
(2)先判断是否存在SMILES字段。若没有或为空,说明该物质可能不适合用SMILES表示,不要继续强行获取;
(3)若同时提供规范SMILES和异构SMILES,优先复制异构SMILES;
(4)若只有规范SMILES,可使用,但要注明该SMILES不含立体化学信息;
(5)若两者相同,任选其一即可;
(6)将SMILES粘贴到文本编辑器保存,并记录来源条目和CAS号。
4.3 第3步:校验
(1)回到PubChem结构搜索页面,使用SMILES输入框或结构编辑器,查看渲染出的结构是否与原化合物一致;
(2)也可以使用其他在线SMILES查看器,确认SMILES能正常解析并显示正确结构;
(3)完成标志:渲染结构与原化合物一致,无报错。
5. 材料/数据清单
(1)化合物名称或CAS号;
(2)可选:原结构图、分子式,用于比对;
(3)保存建议字段:name, cas, isomeric_smiles。
6. 常见错误与避坑提示
6.1 复制规范SMILES导致丢失手性信息
(1)现象:结构“看起来一样”,但手性中心信息丢失;
(2)原因:规范SMILES由标准化算法生成,不包含立体化学和同位素信息;
(3)正确做法:优先复制异构SMILES。
6.2 化合物名称有歧义
(1)现象:同名不同物,搜索返回多个结果;
(2)原因:通用名或商品名可能对应多个盐型、异构体或代谢物;
(3)正确做法:用CAS号搜索,或核对分子式与结构图确认目标条目。
6.3 不校验直接使用
(1)现象:SMILES粘贴到下游软件后报错或生成错误结构;
(2)原因:SMILES语法错误,或立体信息丢失;
(3)正确做法:粘贴到PubChem结构搜索或在线SMILES查看器验证。
6.4 误以为所有物质都有SMILES
(1)现象:查不到SMILES,或字段为空,反复尝试同一名称;
(2)原因:部分化学物质没有明确共价结构,或PubChem未生成SMILES;
(3)正确做法:改用CAS号、分子式、InChI或InChIKey,或换ChEMBL、ChemSpider等数据库交叉验证。
7. 下一步建议
(1)保存异构SMILES,并记录来源条目和CAS号;
(2)如需跨库比对的唯一标识,可直接从PubChem页面复制InChIKey,它通常位于“Names and Identifiers”栏目下;
(3)若名称有歧义、查不到或结构复杂,可改用其他数据库交叉验证,或请教化学信息学专业人士。
