Elements of Synthesis Planning

سنتز هسته اصلی شیمی آلی است. برای اینکه ترکیبات مورد مطالعه قرار گیرند - چه به عنوان دارو، مواد یا به دلیل خواص فیزیکی آنها - آنها باید اغلب در توالی های مصنوعی چند مرحله ای آماده شوند. بنابراین، ترکیب هدف در ابتدای برنامه ریزی سنتز است. سنتز شامل ایجاد ترکیب هدف از بلوک‌های ساختمانی کوچک‌تر و در دسترس است. بلافاصله، سؤالاتی مطرح می شود: از کدام بلوک های ساختمانی؟ در کدام سکانس؟ با کدام واکنش ها؟ طبیعت بسیاری از «محصولات طبیعی» بسیار پیچیده را از طریق آبشارهای واکنش ایجاد می‌کند، که در آن مجموعه‌ای از ترکیبات آغازین موجود در سلول توسط ترکیبات خاص (برای هر ساختار هدف) از آنزیم‌های مدولار در گونه‌ها به ترکیبات هدف تبدیل می‌شوند. [1، 2]. تقلید از این کارایی رویای یک سنتز ایده آل است [2]. با این حال، ما در حال حاضر آنقدر از ایجاد چنین عملیات "یک گلدانی" دور هستیم که سنتز واقعی باید از طریق دنباله ای از مراحل جداگانه منفرد حاصل شود. بنابراین، ما وظیفه برنامه ریزی هر سنتز را به صورت جداگانه به روشی بهینه داریم. برنامه ریزی سنتز باید با توجه به گونه های خاصی انجام شود که برخی از آنها به دلیل ساختار مولکول هدف هستند و برخی از آنها به پارامترهای خارجی مانند هزینه ها، سازگاری با محیط زیست یا تازگی مربوط می شوند. ما این جنبه های خارجی را در این زمینه در نظر نخواهیم گرفت. برنامه ریزی یک سنتز بر اساس مجموعه ای از اطلاعات در مورد واکنش های شیمیایی است که می تواند به طور قابل اعتماد و با عملکرد شیمیایی بالا اجرا شود.

Synthesis is at the core of organic chemistry. In order for compounds to be studied—be it as drugs, materials, or because of their physical properties— they have to be prepared, often in multistep synthetic sequences. Thus, the target compound is at the outset of synthesis planning. Synthesis involves creating the target compound from smaller, readily available building blocks. Immediately, questions arise: From which bui- ing blocks? In which sequence? By which reactions? Nature creates many highly complex “natural products” via reaction cascades, in which an asso- ment of starting compounds present within the cell is transformed by speci c (for each target structure) combinations of modular enzymes in speci c - quences into the target compounds [1, 2]. To mimic this ef ciency is the dream of an ideal synthesis [2]. However, we are at present so far from - alising such a “one-pot” operation that actual synthesis has to be achieved via a sequence of individual discrete steps. Thus, we are left with the task of planning each synthesis individually in an optimal fashion. Synthesis planning must be conducted with regard for certain speci - tions, some of which are due to the structure of the target molecule, and some of which relate to external parameters such as costs, environmental compatibility, or novelty. We will not consider these external aspects in this context. Planning of a synthesis is based on a pool of information regarding chemical reactions that can be executed reliably and in high chemical yield.