Korrelierte Methoden basierend auf ersten Prinzipien zur Anwendung in der explorationsgestützten Syntheseplanung

• Antragsteller: Dr. Jan Patrick Unsleber
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 419148175

In diesem Antrag werden quantenchemische Berechnungen basierend auf ersten Prinzipien eingesetzt, um die Umsetzbarkeit von vorgeschlagenen Synthesepfaden zu testen.Zur Synthese von neuen chemischen Verbindungen werden meist mehrere mögliche Pfade aufgestellt, indem das Zielmolekül gedanklich schrittweise zerlegt wird. Dieser Prozess wird Retrosynthese genannt.Die verschiedenen, retrosynthetischen Vorschläge sollen mit Hilfe eines Computerprogramms auf ihre Durchführbarkeit getestet werden.Die Validierung der vorgeschlagenen Reaktionspfade soll dabei automatisch ohne manuelles Aufsetzen einzelner Berechnungen durchgeführt werden.Für ein derartiges Computerprogramm, das es erlaubt automatisiert Reaktionspfade zu validieren, ist es nötig, die einzelnen Berechnungen programm-intern automatisch zu prüfen und zu validieren.Für die zuverlässige Analyse von im allgemeinen unbekannten Substanzen und unbekannten Reaktionsvorschläge ist es daher von wichtig eine robuste, genaue Elektronenstrukturmethode zur Verfügung zu haben, um intern eine gute Referenz für mit schnellen, aber weniger genauen Methoden erzeugte Datenpunkte zu haben.Daher soll in diesem Projekt eine vom Rechenzeitaufwand vertretbare Multikonfigurationsmethode entwickelt und implementiert werden, die diesen Ansprüchen gerecht wird.Der gewählte Ansatz kombiniert die Beschreibung von kurzreichweitigen Elektron-Elektron-Wechselwirkungen mit Dichtefunktionaltheorie (DFT) mit der Beschreibung von langreichweitigen Elektron-Elektron-Wechselwirkungen mit einer Multikonfigurationswellenfunktion, die mit dem Dichte-Matrix-Renormalisierungsgruppe-(DMRG)-Algorithmus optimiert wurde.Um Spinkontaminierung, welche für Berechnungen an offenschaligen Systemen mit spin-unrestricted DFT-Methoden ein bekanntes Problem darstellt, zu beheben, wird Spinprojektion ausgenutzt.Das resultierende neue Comuterprogramm wird anschließend an ein bestehendes Programm zur automatisierten Exploration von Reaktionspfaden gekoppelt um retrosynthetische Reaktionsvorschläge zu analysieren.Hierzu wird das bestehende Programm so erweitert, dass es gerichtet einen vorgegebenen Pfad evaluieren und etwaige Nebenreaktionen suchen kann.Das finale Programm wird dann an Sythesen bekannter Wirkstoffen validiert, um in Zukunft in der Sythese neuer Moleküle eingesetzt werden zu können.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Gastgeber: Professor Dr. Markus Reiher