LSD
Logic for Structure Determination

Le logiciel LSD est un logiciel libre distribué sous license GPL.

En voici les instructions d'installation pour MS-DOS (Windows)
et le manuel d'utilisation .

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Description

Le but du programme LSD est de déduire toutes les structures moléculaires planes d'une substance organique qui sont compatibles avec un ensemble de données spectroscopiques. La construction des structures repose sur des informations de connectivité déduites de données de RMN 2D, sans faire référence à une base de données de déplacement chimique. Des molécules comportant jusqu'à 50 atomes (hydrogènes exceptés) ont été étudiées par le programme LSD.

Le protocole expérimental requis par le programme LSD nécessite l'enregistrement des spectres de RMN 1D du proton et du 13C, ainsi que des spectres 2D de corrélation des déplacements chimiques homonucléaires COSY et hétéronucléaire HMQC (ou HSQC) et HMBC.

Le statut de chaque atome doit être décrit et comprend le nom de l'élément chimique, l'état d'hybridation (sp3, sp2 ou sp), le nombre d'atomes d'hydrogène portés et la charge électrique formelle. Cette partie des données est généralement facile à écrire pour les atomes de carbone. La connaissance de la formule brute du composé étudié permet à l'utilisateur de définir le statut des hétéroatomes.

Des liaisons carbone-carbone sont aisément déduites par le programme LSD à partir des données de type COSY et HMQC. L'association des données des spectres HMQC et HMBC fournit un ensemble de paires d'atomes de carbones (repérés par leur déplacement chimique) qui sont, soit directement liés, soit liés à un atome commun qui peut a priori être tout autre atome de la molécule. Cette contrainte est relativement faible et ouvre un vaste espace de possibilités à explorer. Cependant, les contraintes imposées par le statut des atomes et d'autres fournies par l'utilisateur réduisent considérablement le nombre de solutions. La liste des voisins possibles d'un atome peut être restreinte afin de prendre en compte des considérations triviales de déplacement chimique ou de multiplicité des signaux de RMN du proton. Par exemple, il est possible de forcer un 13C à 70 ppm à avoir un voisin de type hétéroatome. L'utilisateur est seul responsable de l'introduction de telles contraintes. Des informations contradictoires conduisent le programme à ne fournir aucune solution.

La faible résolution des spectres HMQC et HMBC dans le domaine des déplacements chimiques des 13C cause des ambiguïtés d'interprétation. Il est possible dans LSD de définir des groupes de résonances. Ainsi, une corrélation ambiguë est nécessairement causée par un membre du groupe. La possibilité de traiter ce type de cas est indispensable à la résolution de problèmes réels.

Les solutions trouvées peuvent être triées par un filtre de sous-structures. Une sous-structure est donnée comme liste d'atomes et de liaisons. Le statut des atomes n'est pas fixé de manière rigide. Les structures qui violent de manière évidente la règle de Bredt (pas de double liaison en tête de pont de système bicyclique de faible taille) sont éliminées par algorithme non-énergétique.

Les données d'un problème sont codées par l'utilisateur dans un fichier texte. Les solutions sont aussi stockées dans un fichier texte. Un programme auxiliaire "outlsd" convertit le format de structure "passe-partout" en fichiers de coordonnées 2D, en chaînes SMILES, en coordonnées 3D (fantaisistes en l'absence de données stéréochimiques). Les coordonnées 2D sont traduites soit en dessins Postscript soit au format ".mol" (SDF) accepté par des logiciels commerciaux.

L'exécution du programme est contrôlée par des commandes spécifiques. Il est possible de :

- contrôler les données après leur stockage en mémoire
- choisir la mise en forme des structures obtenues
- accéder au plus gros fragment produit (débogage lorsqu'il n'y a pas de solution au problème)
- produire des structures incomplètes lorsque le nombre de solutions est énorme (structures communes à un ensemble de solutions)
- utiliser ou non l'information de sous-structure
- exécuter pas à pas (pas très pratique)
- demander comment chaque solution est obtenue
- imprimer des commentaires en cours d'exécution
- limiter le temps d'exécution et le nombre de structures produites

Des dizaines de structures ont été étudiées par le programme LSD, essentiellement dans le domaine des terpènes et des alcaloïdes. Les publications relatives à LSD concernent soit le principe soit les applications à l'élucidation de structures originales.

Bibliographie

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LSD, vu par ACD (in English).

Contributeurs

Bertrand Plainchont, Doctorant depuis septembre 2009 à l'Institut de Chimie Moléculaire de Reims, UMR7312.

Pr. Vicente de Paulo Emerenciano, Institut de Chimie, Université de São Paulo, pour la base de données SISTEMAT dont a été extraite la collection de squelettes de substances naturelles.

Etienne Derat, UMR 7611 CNRS "Laboratoire de Chimie Organique",
Université Pierre et Marie Curie Paris VI, France,
pour la création et le test des premiers exécutables sous Darwin.

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