3.3.9 Sonderfall Ozonolyse-Transformation

Alle bislang vorgestellten reaktionsklassen-orientierten Transformationssuchen manipulieren ausschließlich Bindungen zwischen Kohlenstoff- und Heteroatomen, mitunter wird auch die Bindungsordnung von CC-Bindungen verändert, jedoch werden skeletale Bindungen zwischen Kohlenstoffatomen nicht verändert. Die einzige Ausnahme von dieser Regel sind die Eliminierungs-Transformationen (siehe Abschnitt 3.3.8), weil dort freie Carbonsäuregruppen abgespalten werden, wodurch sich das C-Skelett verändert.

Es gibt jedoch Anwendungsfälle in der computer-gestützten Syntheseplanung, wo es wünschenswert ist, daß Verbindungen, deren C-Skelett nicht übereinstimmt, aber aus anderen Gründen in enger Relation steht, mittels eines Ähnlichkeitskriteriums gefunden werden sollten. Beispiele dafür sind 1,6-funktionalisierte Verbindungen, die aus Cyclohexenen erhalten werden können oder Aldehydfunktionen in Verbindungen mit Carbonsäuregruppen, die am einfachsten aus den entsprechenden Methylen-Verbindungen synthetisiert werden. Der diese Relation herstellende Reaktionstyp ist die Ozonolyse.

Übersicht 3 - 5 Ozonolyse als Ähnlichkeitskriterium

Ozonolyse

Nicht-aromatische CC-Doppelbindungen werden gespalten und als Aldehydfunktion gesättigt. Nur das größte Fragment bleibt erhalten.

Ein recht eindrucksvolles Beispiel für den Wert dieser Transformationsregel ist die Suche nach geeigneten Ausgangsmaterialien für den Semialdehyd (33) in Abbildung 3 - 32. Zieht man zunächst eine andere naheliegende Transformation heran (Maximale Reduktion), findet man im Janssen-Katalog fünf Asparaginsäure-Derivate. Mittels einer milden Oxidation ließe sich aus L-Homoserin (34) die Anfrageverbindung synthetisieren. Eine gute Alternative ist jedoch 2-Amino-pent-4-ensäure (35), das mit der Transformation Ozonolyse" als einzige Verbindung aus dem Katalog selektiert wird. Durch die Titelreaktion entsteht aus dem Ausgangsmaterial glatt der gewünschte Semialdehyd.

Abb. 3 - 32

Ähnlichkeitssuchen mit Asparaginsäure-semialdehyd (33, unten links) im Janssen-Katalog. Eine Suche mit dem Kriterium Maximale Reduktion" findet die oberen fünf Verbindungen. Die Transformation Ozonolyse" findet als einzige Verbindung das Penten-Derivat (35, unten rechts).


Folgende allgemeine Anwendungshinweise lassen sich ableiten:

Ô

Ô Ô Da sich diese Transformationsregel in tcl in sehr kompakter Form codieren läßt, sei die Hauptprozedur an dieser Stelle abgedruckt.

proc ozonolyze { dblock } {

set bonds2delete {}

foreach bond [ens get $dblock B_LABEL] {

if [bond get $dblock $bond B_ISAROMATIC] continue

if [bond get $dblock $bond B_ORDER]!=2 continue

if ![string match \

C C" [bond get $dblock $bond A_SYMBOL]] continue

lassign [bond get $dblock $bond A_LABEL] at1 at2

if $at1>$at2 continue

lappend bonds2delete [list $at1 $at2]

}

foreach pair $bonds2delete {

lassign $pair at1 at2

bond delete $dblock [findBond $dblock $at1 $at2]

bond create $dblock $at1 [atom create $dblock 8]" 2

bond create $dblock $at2 [atom create $dblock 8]" 2

}

return

}

Die Zahlen am rechten Rand sind kein Bestandteil des Skripts. Sie dienen nur der Erläuterung der Zeilen. Die Prozedur hat den Namen ozonolyze (Zeile 1) und ein Argument (dblock), das auf die zu behandelnde Verbindung verweist. Als erstes wird eine Variable initialisiert (Zeile 2). In einer Schleife über alle Bindungen der gerade untersuchten Verbindung (Zeile 3 bis 11) wird für jede Bindung geprüft: Ist die Bindung aromatisch? Wenn ja, wird sie ignoriert (Zeile 4). Ist die Bindung keine Doppelbindung? Wenn ja, wird sie ignoriert (Zeile 5). Für Bindungen, die bislang noch nicht verworfen wurden, wird nun geprüft, ob es sich um CC-Bindungen handelt. Das bond-Kommando in Zeile 7 liefert im Fall einer CC-Bindung die Zeichenkette C C" als Resultat. Wurde eine CC-Doppelbindung gefunden, werden für diese die Labels der Bindungsatome ermittelt (Zeile 8). Da im WODCA System Bindungen doppelt verwaltet werden (Richtung Atom1Atom2 und Atom1Atom2), wird mit der if-Anweisung in Zeile 9 gesichert, das eine bestimmte CC-Doppelbindung nur einmal prozessiert wird. Nach Abarbeitung der Schleife enthält die Variable bonds2delete die Atompaare aller interessierenden CC-Doppelbindungen. In einer zweiten Schleife (Zeile 12 bis 17) werden die Atomlabels ausgelesen (Zeile 13), die Bindung zwischen diesen Atomen gebrochen (Zeile 14) und für jedes Atom eine Doppelbindung zu einem neu erzeugten Sauerstoff (atom-Kommando) definiert (Zeilen 15 und 16). Danach kehrt die Prozedur in die aufrufende Ebene zurück. Dort findet noch eine Standard-Nachbehandlung statt (Normalisierung, Entfernung aller außer dem größten Molekül). Beendet wird die Arbeit von tcl mit einer Abfrage des Hashcodes für die dann mit dblock referenzierte Verbindung. Der Vergleich dieses Hashcodes mit denen der Katalogverbindung geschieht dann außerhalb von tcl.

Sicher ist das oben abgedruckte Skript kein Klartext. Jedoch wird jeder ein wenig mit Programmierung vertraute Chemiker relativ leicht den beschriebenen Algorithmus der Ozonolyseregel erkennen können. Ebenso einfach ist es dann natürlich auch, weitere solche Regeln zu programmieren.