Virtuelle Erkundung chemischer Reaktionen
Neue Online-Plattform zur Erkundung computerberechneter chemischer Abläufe, die ein tieferes Verständnis und Design chemischer Reaktionen ermöglicht
Die Fortschritte in der computergestützten Chemie haben sich als großer Segen auf dem Gebiet des Reaktionsdesigns erwiesen und zur Entdeckung neuer Reaktionswege für die Synthese hochwertiger Verbindungen geführt. Die computergestützte Chemie erzeugt viele Daten, und die Organisation und Visualisierung dieser Daten ist von entscheidender Bedeutung, um sie für die künftige Forschung nutzen zu können.
Searching Chemical Action and Network (SCAN) verfügt über eine grafische Benutzeroberfläche (GUI), die für Datenanalysen und Datenvisualisierung verwendet werden kann.
Keisuke Takahashi
Ein Forscherteam der Universität Hokkaido unter der Leitung von Professor Keisuke Takahashi von der Fakultät für Chemie und Professor Satoshi Maeda vom Institute for Chemical Reaction Design and Discovery (WPI-ICReDD) hat eine zentrale, interaktive und benutzerfreundliche Plattform, Searching Chemical Action and Network (SCAN), entwickelt, um Reaktionswege zu erforschen, die durch computergestützte Chemie erzeugt wurden. Ihre Forschungsergebnisse wurden in der Zeitschrift Digital Discovery veröffentlicht.
"Aus rechnerischer Sicht können chemische Reaktionen als äußerst komplexe Netzwerke betrachtet werden, die aus zahlreichen molekularen Interaktionen bestehen", erklärt Takahashi. "Es wurden bereits viele Werkzeuge zur Berechnung dieser Netzwerke entwickelt, wie zum Beispiel die AFIR-Methode, die wir am WPI-ICReDD verwenden. Es werden jedoch auch Werkzeuge benötigt, um diese berechneten Netzwerke zu erforschen, was uns zu der aktuellen Studie geführt hat."
In groben Zügen bilden alle Rohdaten aus AFIR-Berechnungen einen "Datensee". Diese Daten werden dann einem Vorverarbeitungsschritt unterzogen, wodurch ein "Data Warehouse" entsteht. Der "Data Mart" schließlich greift auf Daten aus dem Data Warehouse zu und stellt Werkzeuge zur Visualisierung, Analyse und gemeinsamen Nutzung der abgerufenen Daten bereit.
"Der Schritt der Vorverarbeitung ist entscheidend", erläutert Maeda. "Die Rohdaten von AFIR enthalten eine immense Menge an Informationen, aus denen die für die SCAN-Plattform erforderlichen Schlüsseldaten extrahiert werden müssen. Diese Schlüsseldaten reichen aus, um eine interaktive Karte der Reaktionswege zu erstellen, die durchsucht und betrachtet werden kann."
SCAN ist über das Internet zugänglich. Der Quellcode für SCAN ist ebenfalls öffentlich zugänglich.
"Wir haben SCAN mit einer benutzerfreundlichen grafischen Benutzeroberfläche entwickelt", so Takahashi abschließend. "Die Benutzer können das durch die Berechnung des ersten Prinzips (AFIR) erzeugte Netzwerk chemischer Reaktionswege durchsuchen und erkunden. Das wird helfen, ein detailliertes Verständnis komplexer chemischer Reaktionswege zu erlangen."
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Originalveröffentlichung
Mikael Kuwahara, et al. Searching Chemical Action and Network (SCAN): Interactive Chemical Reaction Path Network Platform. Digital Discovery. July 5, 2023
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