Компьютерный синтез

КОМПЬЮТЕРНЫЙ СИНТЕЗ, методология планирования синтеза органических соединений с использованием специально разработанных компьютерных программ. В основе таких программ лежит ретросинтетический анализ структуры целевого соединения, т. е. поиск молекул-предшественников и химических реакций, позволяющих синтезировать из доступных исходных соединений целевую молекулу. Молекулы-предшественники на очередной стадии многостадийного синтеза рассматриваются в качестве целевых соединений, для которых, в свою очередь, устанавливаются возможные предшественники. Компьютерный синтез возник в конце 1960-х годов.

Существуют следующие основные подходы к решению проблемы компьютерного синтеза: эмпирический подход основан на анализе баз данных органических реакций, выявлении возможных типов реагирования или трансформации молекул, в том числе с учётом внешних условий; неэмпирический - на трансформации целевой структуры в структуры-предшественники с помощью формальных методов математической химии и теории графов (в частности, используя различные рассечения и перераспределения связей в целевой структуре для получения структур-предшественников); полуэмпирический - на неэмпирических подходах, дополненных экспертными правилами (выведенными на основе известных принципов реагирования органических молекул) для отбора наиболее вероятных типов трансформации структур.

Реклама

Программы компьютерного синтеза, в которых реализован эмпирический подход, как правило, дают наиболее реалистичные варианты синтеза целевого соединения, но не позволяют найти новые органические реакции. Программы неэмпирического компьютерного синтеза, напротив, способны предложить среди возможных путей синтеза неожиданные варианты, основанные на неизученных принципах реагирования; однако вероятность протекания таких реакций сложно оценить. Неэмпирический подход наиболее продуктивно используется при планировании синтеза сложных каркасных структур и исследовании их возможных перегруппировок. Оптимальным является сочетание в программах компьютерного синтеза различных подходов.

Несмотря на значительный прогресс в развитии компьютерного синтеза, надёжное прогнозирование выхода целевого продукта органических реакций остаётся нерешённой проблемой. Поэтому успешное применение большинства программ компьютерного синтеза требует привлечения высококвалифицированных специалистов в области органического синтеза, способных осуществлять экспертную оценку предлагаемых программами решений и выбор наиболее подходящих вариантов на каждом этапе синтеза.

Лит.: Зефиров Н. С., Гордеева Е. В. Компьютерный синтез // Успехи химии. 1987. Т. 56. Вып. 10; Зефиров Н. С. Компьютерный синтез // Соросовский образовательный журнал. 1997. № 7.

В. А. Палюлин.