计算机辅助有机合成

传统的有机合成方法中，需要有机化学家记住和熟练地应用大量的典型的有机化学反应，根据合成原料和目标产物，设计合成路线，这是纯经验性的，合成是否成功，在很大程度上取决于有机化学家的丰富经验和智慧。1969年，科里（EJ.Corey）和他的学生在其提出的“逆合成分析原理”构建复杂分子的基础上，吸收计算机程序设计的思维方法，开发了第—个计算机辅助有机合成程序OCSS（Organic Chemical Systhesis Simulation）。计算机辅助合成路线设计的发展，使有机化学家的合成工作从根本上摆脱了纯经验的摸索。

计算机辅助合成路线设计系统分为两类：经验性与非经验性系统。经验性计算机辅助合成系统中存储有大量的有机化学反应，当确定了要合成的目标分子结构之后，按一定的规律切断目标分子的一个或几个化学键，使目标分子形成些较简单的分子片段或化合物，正确的切断具有合理的反应机理，按—定机理切断的键一定会有相应的合成反应。计算机从数据库中査寻可能获得该目标分子结构的前体结构和应该使用的有机化学反应，前体结构可能有几个。在逆向合成分析中，还需考虑碳碳键的连接或骨架的重排，官能团的转化、加成和消去，使合成适应合成过程中激烈的反应条件并选择性地进行反应。计算机所找到的前体结构又成为下一步转换反应的目标分子，根据这些前体结构，计算机继续査寻能获得该前体分子结构的有机化学反应，获得新的前体结构，依此类推，直到在数据库中找到的前体结构是易于得到的比较简单的合理的起始化合物——合成原料为止，这样便构成了以目标分子为根、逐渐生长起来的逆向推理的所谓“合成树”。

合成树的每一个结点表示一种化合物，结点之间的连线表示反应路线，一棵反应树表示可由许多可能的反应路线获得目标分子。在实际合成工作中通常只能从这些可能的路线中选择一两条、最多几条路线去合成目标分子，这就需要确定若干准则，比如技术上成功的可能性、经济上的合理性和学术上的创新性等来评价和筛选合成路线。就像果园工人修剪果树一样，剪去不好的枝条，留下茁壮的枝干和枝条，最终从中选择出最合理的合成路线合成目标分子。

非经验性计算机辅助合成系统是应用原子、价键电子、化学结构等信息建立数学模型，由计算机提出许多可能的合成路线。在这些可能的合成路线中，有可能包含一些没有实际意义的合成路线，准确性较差，但包含了人们前所未知的合成路线，启发人们去发现新的反应，虽然目前仍处于实验室阶段，但其应用的潜力很大。