Einsatz von Syntheseplanungsprogrammen

Stellt man aus heutiger Sicht einen Rückblick auf gut 35 Jahre computergestützte Syntheseplanung an, so muß zweifelsohne eingeräumt werden, daß die Verwendung von Syntheseplanungsprogrammen von der eigentlichen Zielgruppe, dem im Labor arbeitenden Synthesechemiker, nach wie vor mit größter Skepsis betrachtet wird. Ähnliches gilt für Programmsysteme zur Reaktionsvorhersage. Ein möglicher Grund für diese Zurückhaltung ist, daß ein Chemiker die Planung einer organischen Synthese als seine ureigene Kompetenz ansieht, und der Einsatz entsprechender Programme für diesen Zweck als Einbruch in die eigene Zuständigkeit verstanden wird.
Eine der Hauptursachen für dieses Verständnis dürfte sein, daß viele der früh entwickelten Programmkonzepte zur Syntheseplanung tatsächlich darauf abzielten, die Synthese einer vorgegebene Zielverbindung automatisch abzuleiten, ohne daß der Chemiker darauf Einfluß nehmen kann/muß (z.B. SYNGEN/SYNCHEM). Genau aus diesem Grund wird aber eine von einem Programm vorgeschlagene Synthesestrategie von einem Chemiker als wenig transparent empfunden. Mit anderen Programmsystemen, z.B. LHASA, kann zum Teil zwar in interaktiver Weise an der Synthesestrategie einer Verbindung gearbeitet werden, allerdings wird dem Chemiker oft eine starre Abfolge aufgezwungen, wie er die Methoden des Programms anzuwenden hat. Dies entspricht aber nicht der natürlichen Vorgehensweise eines Chemikers bei der Planung einer Synthese. Vielmehr versucht dieser häufig, zunächst ihm bekannte Ausgangsverbindungen in der Zielverbindung zu erkennen, um von dort aus wieder in Richtung seines Syntheseziels zu gelangen.

Bidirektionale Suche nach einer geeigneten Synthesestrategie. Die Synthesestrategie wird sowohl von der Zielverbindung als auch von bereits erkannten Ausgangsmaterialien her versucht

Diese bidirektionale Suche nach der geeigneten Synthesestrategie besteht zunächst aus einem losen Netzwerk, das zwischen der Zielverbindung, verfügbaren Ausgangsmaterialien, noch nicht präzisierten Intermediaten sowie bekannten Syntheseschritten gespannt wird. Um die Synthesestrategie vollständig auszuarbeiten, wird dieses Netzwerk Schritt für Schritt verfeinert und überarbeitet, bis alle Lücken gefüllt sind.

Ein weiteres typisches Merkmal von Syntheseplanungsprogrammen ist es, daß sie für ihr chemisches Wissen auf Wissensbasen zurückgreifen. Diese Wissensbasen werden auf unterschiedliche Weise durch Interpretation und Wissensextraktion aus gemessenen experimentellen Daten oder bekannten Reaktionen aufgebaut und enthalten sämtliche ihrer Informationen in sehr generalisierter Form. Das heißt andererseits, daß vor allem für einen Chemiker, der das Programm später anwenden will, nicht immer nachvollziehbar ist, welche konkreten Informationen sich hinter jedem Eintrag der Wissensbasis verbergen. Macht das Programm einen Vorschlag auf Grundlage seiner Wissensbasis, stellt sich auch hier für den Chemiker oft ein Gefühl mangelnder Transparenz ein. Ein weiteres häufiges Problem in der Verwendung von Wissensbasen ist es, daß ihre Einträge oft systematisch auf ein Syntheseziel angewendet werden. Dies führt oft zu breiten und nicht ausbalancierten Synthesebäumen, deren Informationsgehalt nur schwer zu überblicken ist.

© Prof. Dr. J. Gasteiger, Dr. Th. Engel, M. Sitzmann, CCC Univ. Erlangen, Thu Apr 22 13:31:25 2004 GMT
 BMBF-Leitprojekt Vernetztes Studium - Chemie