Syntheseplanung

Syntheseplanung bezeichnet den systematischen Prozess der Entwicklung von Synthesewegen, um ein Zielmolekül aus Ausgangsverbindungen herzustellen. Sie umfasst die retrosynthetische Analyse, den Entwurf der Reaktionsabfolge, die Wahl geeigneter Reagenzien sowie Schutz- und Entschützungsstrategien. Zudem werden Wirtschaftlichkeit, Verfügbarkeit von Vorstufen, Skalierbarkeit und Umwelt- bzw. Sicherheitsaspekte bewertet. Ziel ist es, effiziente, reproduzierbare und praktikable Synthesewege zu identifizieren, die sich für Forschungslabors oder industrielle Produktion eignen.

Historisch wurde die Syntheseplanung durch die retrosynthetische Analyse von E. J. Corey geprägt. In der modernen Praxis erfolgt sie oft sowohl manuell als auch computergestützt. Entscheidende Aufgaben sind die Zerlegung eines Zielmoleküls in einfachere Bausteine (Disconnections) und die Abfolge von Zwischenprodukten bis zu den Startmaterialien.

Methoden reichen von regelbasierten, template-basierten Ansätzen über heuristische Strategien bis hin zu datengetriebenen Algorithmen der Künstlichen Intelligenz. Computerunterstützte Syntheseplanung (CASP) nutzt Reaktionsdatenbanken, maschinelles Lernen und Suchverfahren (z. B. Monte-Carlo-Tree-Search), um geeignete Routevorschläge zu generieren. Beispiele für Systeme sind Synthia (früher Chematica) sowie KI-gestützte Plattformen wie RXN for Chemistry.

Anwendungen finden sich in Grundlagenforschung, der Arzneimittelentwicklung, der Chemie- und Materialindustrie sowie der Prozessentwicklung. Typische Bewertungskriterien sind Schrittzahl, Gesamtausbeute, Kosten, Verfügbarkeit der Vorstufen, Skalierbarkeit und Umweltaspekte. Herausforderungen umfassen unvollständige oder fehlerhafte Daten, Unsicherheiten in Reaktionsverhalten und Balancierung von Kreativität mit Reproduzierbarkeit.

Ausblick: Fortschritte in der Integration von Syntheseplanung mit automatisierten Laboren, Closed-Loop-Design, roboterbasierten Syntheseplattformen sowie Umwelt- und Nachhaltigkeitsaspekten versprechen effizientere, nachhaltigere Planungsprozesse.