化学信息学1

世纪60年代后期 ※ 20世纪 年代后期，日本启动采用几种波谱数据 世纪 年代后期， 解析化学结构的计算机系统
化学反应与合成设计 研究小组： ※ 1967年，Sheffield研究小组：在数据库中对化学 年 研究小组 反应进行编码
※ 1969年，Havard研究小组：计算机辅助合成设 研究小组： 年 研究小组 计(CASD)
※ 1964年，Free－Wilson分析被引入研究某些子结构的 年 － 分析被引入研究某些子结构的 存在与否与相应生物活性的关系
分子模拟 世纪60年代后期 ※ 20世纪 年代后期，普林斯敦大学的 世纪 年代后期，普林斯敦大学的Langridge： ： 在阴极射线管屏幕上实现了3D分子模型 在阴极射线管屏幕上实现了 分子模型
Brown，Medicinal Chemistry，1998,33:375～384 ， ， ～
化学信息学是一个广义的术语。它包括化学信息的设计、 化学信息学是一个广义的术语。它包括化学信息的设计、 建立、组织、处理、检索、分析、传播和使用。 建立、组织、处理、检索、分析、传播和使用。
G.Paris（美国化学会1999年8月会议） （美国化学会 月会议） 年 月会议
英国sheffield大学 大学 英国
化学信息学涉及化学、化工信息的获取、管理、 化学信息学涉及化学、化工信息的获取、管理、处理与控 计算推演与模拟和图形表示的技术和方法。 制、计算推演与模拟和图形表示的技术和方法。 缪强（化学信息学导论， 缪强（化学信息学导论，2001） 化学信息学利用计算机及计算机网络技术，对化学信息进 化学信息学利用计算机及计算机网络技术， 行表示、管理、分析、模拟和传播， 行表示、管理、分析、模拟和传播，以实现化学信息的提 转化与共享，揭示化学信息的内在实质与内在联系， 取、转化与共享，揭示化学信息的内在实质与内在联系， 促进化学学科的知识创新。 促进化学学科的知识创新。 邵学广（化学信息学， 邵学广（化学信息学，2001）
1.4 化学信息学的学习
♦ 化学家的基本问题能否得到解决，关键是必须能 化学家的基本问题能否得到解决，
预测化合物或混合体系的性质，包括物理的、 预测化合物或混合体系的性质，包括物理的、化 学的和生物的。 学的和生物的。 ♦ 化学信息学的学习可通过演绎和归纳两种方式。 化学信息学的学习可通过演绎和归纳两种方式。 （1） 演绎式学习： 演绎式学习：
第一章 前 言
1.1 化学的研究领域
♦ 化学信息学是一门应用信息学方法来解决化学问 化学信息学是一门应用信息学方法 信息学方法来解决化学问
题的学科。属化学、化工与信息科学、 题的学科。属化学、化工与信息科学、计算机科 学的交叉。 学的交叉。 ♦ 化学是研究化合物、化合物性质和化合物转化的学科 化学是研究化合物、 化合物 化学反应
性质
结构
化学研究的基本任务之二是进行合成设计和化学 反应规划。 反应规划。 目标结构 合成设计或 反应规划 起始物
化学研究的基本任务之三是进行结构解析。 化学研究的基本任务之三是进行结构解析。 产物
反应
结构解析
上述任务如仅靠量 子化学方法来解决 就太复杂了！ 就太复杂了！
化学信息学进入我们时代的原因…… 化学信息学进入我们时代的原因
化合物的三维结构
量子力学（薛定谔方程） 量子力学（薛定谔方程） • 理论发展不够 • 计算时间太长
化合物性质
归纳式学习： （2） 归纳式学习：
推导 一系列观察数据 模型 预测 新观察对象的性质
这样的例子很多， 这样的例子很多，如 诱导效应 共振效应 亲电芳香取代的机理 ……
从数据通过信息到知识的提炼过程： 从数据通过信息到知识的提炼过程：
化学信息学”的定义： “化学信息学”的定义：
1987年，法国诺贝尔化学奖获得者J.M.Lehn在其获奖报告 年 法国诺贝尔化学奖获得者 在其获奖报告 中首次提出化学信息学的概念； 中首次提出化学信息学的概念； 化学信息学是将数据转化为信息， 化学信息学是将数据转化为信息，再由信息转化为知识的 总称， 总称，其主要目的是使药物先导化合物的识别和优化领域 的决策变得更为有效。 的决策变得更为有效。
结构与活性（定量） 结构与活性（定量）关系
世纪50年代 ※ 20世纪 年代，Hammett和Taft：分别定量表征立体 世纪 年代， 和 ： 效应和电子效应对化学反应性的影响
分别定量表征立体效应、 ※ Hansch分别定量表征立体效应、静电效应和疏水效应 分别定量表征立体效应 对药物分子不同性质（不只限于生物活性） 对药物分子不同性质（不只限于生物活性）的影响
同时， 路易斯华盛顿大学的Marshall： 路易斯华盛顿大学的 ※ 同时，圣·路易斯华盛顿大学的 ： 在绘图屏幕上实现了蛋白质结构的可视化
结构解析 项目： ※ 1964年，斯坦福 年 斯坦福DENDRAL项目：开始应用人工 项目 智能技术 解决化学问题
化学结构产生器： ※ 化学结构产生器：质谱数据被用于删除一些不可 能的结构， 能的结构，尝试用质谱来解析化合物的结构
分子科学与工程信息学 （化学信息学） 化学信息学）
尹秋响 龚俊波
结晶中心 Tel：27405754 ： Email：srcict@tju.edu.cn ：
教学参考书目 1. 陈明旦 化学信息学，2005，化学工业出版社； 陈明旦. 化学信息学， ，化学工业出版社； 2. 〔德〕Johann Gasteiger，梁逸曾〔译〕. 化学信息 ，梁逸曾〔 学教程， 学教程，2005，化学工业出版社； ，化学工业出版社； 3. 王正烈 等. 化学化工文献检索与利用，2004，化学 化学化工文献检索与利用， ， 工业出版社； 工业出版社； 4. 邵学广 等. 化学信息学，2001，科学出版社； 化学信息学， ，科学出版社； 5. 董慧茹 等. 化学化工信息检索基础知识和检索工具， 化学化工信息检索基础知识和检索工具， 2005，化学工业出版社。 ，化学工业出版社。
抽象 知识 组织 信息 数据 测量、 测量、计算
1.5 化学信息学的历史
应运而生！ 应运而生！ 结构数据库 将化学结构及其相关信息存储于数据库， ○ 将化学结构及其相关信息存储于数据库，使之 可被方便地存取和搜索——化学信息学的开端 化学信息学的开端 可被方便地存取和搜索
※ 1957年，美国国家标准局：原子序列法检索化学结构 年 美国国家标准局： ※ 1960年，美国 社：结构图和文字方式检索化学结构 年 美国CA社 英国ICI公司：Wiswesser线性符号法检索化学结构 公司： ※ 英国 公司 线性符号法检索化学结构 英国Sheffield健康所：碎片筛选法加速分子结构的检索 健康所： ※ 英国 健康所
1.3 化学信息学的范畴
工作内容 对化学信息进行存取、 对化学信息进行存取、 操作和处理 化学文献、用计算机 化学文献、 方法处理化学信息 理论化学（量子力学） 理论化学（量子力学） 计算 领 域 “化学信息 学” ？ 计算机化学 计算化学
1973年，在荷兰举办划时代意义的“化学信息的计算机 年 在荷兰举办划时代意义的“ 表征与处理”研讨班：一个新的领域（化学信息学） 表征与处理”研讨班：一个新的领域（化学信息学）出 现了
化学信息学是一门应用信息学方法来解决化学问题的学科。 化学信息学是一门应用信息学方法来解决化学问题的学科。 Johann Gasteiger（化学信息学教程，2003） （化学信息学教程，
化学信息学是创建、检索、组织、 化学信息学是创建、检索、组织、分发和处理数据库中的 化学信息的一个令人激动的新学科。 化学信息的一个令人激动的新学科。
主要处理小分子问题
先导化合物
主要处理基因和蛋白质问题
基因
来自百度文库药物………蛋白质 蛋白质 药物
♦ 化学信息学的主要研究内容： 化学信息学的主要研究内容：
利用计算机技术和计算机网络技术对化学信息进行 表示和管理 利用计算机技术对复杂的化学信息进行解析， 利用计算机技术对复杂的化学信息进行解析，以快 捷、方便的方式最大限度地提取和利用有用信息 利用计算机对化学信息和化学体系进行模拟 利用计算机和计算机网络技术收集、 利用计算机和计算机网络技术收集、传播和共享化 学信息
Chemoinformatics
Cheminformatics
♦ 化学信息可分为两大部分： 化学信息可分为两大部分：
测量得到的物质的物理、 化学物质的化学信息 —测量得到的物质的物理、化 测量得到的物质的物理 学性质和结构信息， 学性质和结构信息，以及分子间的相互作用信息 包括化学反应信息） （包括化学反应信息） 媒体形式的化学信息 —化学信息的记录形式，如图 化学信息的记录形式， 化学信息的记录形式 期刊、专利、 书、期刊、专利、数据库及音像资料等 化学信息学” 生物信息学” “化学信息学”与“生物信息学”没有明显界限
1.6 主要任务
化学结构信息的学习 化学数据库的学习 CA化学化工文献信息及检索 化学化工文献信息及检索 SCI及EI化学化工文献信息及检索 及 化学化工文献信息及检索 化学事实数据库Crossfire Beilstein /Gmelin的使用 化学事实数据库 的使用 特种文献信息检索
化学的静态
化学的动态
化合物研究
化学反应研究
薛定谔方程求解？ 薛定谔方程求解？ 太复杂了 ！
量子力学方法求解？ 量子力学方法求解？ 只适用于小分子和 最简单反应的计算
实验 归纳式学 习
合理推理
预测
模型
化学信息学进入我们时代的契机…… 化学信息学进入我们时代的契机
1.2 化学家的基本问题
♦ 化学家的主要任务是合成和创造出具有理想性能 的化合物。 的化合物。 化学研究的基本任务之一是确定化合物结构－ 化学研究的基本任务之一是确定化合物结构－性质 结构 结构－活性之间的关系 之间的关系。 或结构－活性之间的关系。 （Q）SPR ） （Q）SAR ）