SYNCHEM

Das SYNCHEM-(Synthetic Chemistry) Projekt wurde in den frühen siebziger Jahren durch H. Gelernter und seiner Gruppe begonnen. Neben der Entwicklung von Methoden zur Planung organischer Synthesen wurde SYNCHEM auch aus der Idee heraus geboren, daß computergestützte Syntheseplanung eine ideale Plattform bietet, um Konzepte auf dem Gebiet der "Künstlichen Intelligenz" zu erarbeiten. Konzipiert wurde SYNCHEM als ein Werkzeug für organische Chemiker, das selbständig geeignete Synthesestrategien für eine vorgegebene Zielverbindung sucht, ohne daß dabei eine Beeinflussung durch den Anwender notwendig wird.
SYNCHEM gehört zu der Gruppe der wissensbasierten Systeme. Seine Wissensbasis besteht aus einer Reaktionsbibliothek mit ca. 1.000 Transforms (sog. 'Transform-Operatoren'), mit denen bekannte Reaktionen verschlüsselt werden. Als weiteren Teil seiner Wissenbasis besitzt SYNCHEM eine Strukturdatenbank aus ca. 5.000 ausgewählten Ausgangsverbindungen verschiedener Chemikalienhersteller. Ist die Zielverbindung vom Anwender eingegeben, versucht SYNCHEM die systematische Anwendung seiner Transform-Operatoren auf die Zielverbindung, was anschließend in gleicher Weise für alle abgeleiteten Vorstufen wiederholt wird. Dieser Prozeß wird fortgesetzt, bis im so generierten Synthesebaum entweder alle Zweige auf verfügbare Ausgangsmaterialien der Wissenbasis zurückgeführt sind, oder ein vom Benutzer vorgegebenes Abbruchkriterium erreicht ist (z.B. erster Synthesepfad ist vollständig bis zu verfügbaren Ausgangsmaterialien gelöst, Rechenzeit ist überschritten, Beschränkung der Zahl expandierbarer Knoten innerhalb des Synthesebaum ist erreicht). Um eine übermäßige Verzweigung des Synthesebaums in den einzelnen Knoten zu vermeiden, wird für jeden erfolgreich angewandten Transform-Operator unmittelbar überprüft, ob sich ein gültiger Retrosyntheseschritt ergibt. Zusätzlich wird der strategische Wert des dazugehörigen Reaktionsschritts eingeschätzt. Dabei berücksichtigt das Programm neben der Grundbewertung dieses Schritts aus seiner Wissenbasis auch Faktoren wie die Verträglichkeit funktioneller Gruppen, elektronische Effekte, Behinderung der Reaktion durch sterische Einflüsse, usw.

UND/ODER-Synthesebaum in SYNCHEM. Alle Reaktionsknoten (ODER-Knoten) in einer Ebene entsprechen zueinander alternativen retrosynthetischen Schritten (Transform-Operatoren). Strukturknoten (UND-Knoten) enthalten die Zielverbindung, Zwischenstufen oder verfügbare Ausgangsmaterialien. Mehrere UND-Knoten, die über einen übergeordneten Reaktionsknoten miteinander verknüpft sind, bilden die gemeinsamen Vorstufen der in diesem Knoten codierten Reaktion

Um den hohen Aufwand der Generierung der Wissenbasis zu vermeiden, wurden in der Gruppe von Gelernter schon sehr früh Methoden entwickelt, um aus Reaktionsdatenbanken automatisch Wissen zur Erweiterung der Wissensbasis abzuleiten. Daraus entstanden die Programmsysteme BRANGÄNE, ISOLDE und TRISTIAN, die Methodiken des induktiven und deduktiven Lernens implementieren.

© Prof. Dr. J. Gasteiger, Dr. Th. Engel, M. Sitzmann, CCC Univ. Erlangen, Thu Apr 22 13:31:24 2004 GMT
 BMBF-Leitprojekt Vernetztes Studium - Chemie