Химические приложения топологии и теории графов - Кинг Р.
Скачать (прямая ссылка):
(Другие виды моделей, построенные с этой целью, рассматриваются в [11].)
Тем не менее наша модель в общем отражает реакционную способность,
поскольку для данного числа атомов увеличение Ст будет означать большее
число функциональных групп и, следодательно, большую реакционную
способность. В конечном счете ограничения модели определяются той
проблемой, для которой она применяется, как это обсуждается в следующем
разделе.
4. НАДЕЖНОСТЬ МОДЕЛИ
Проверкой надежности модели является проверка прогнозов, сделанных на
основании ее. Мы должны показать сейчас, что наша модель выходит за рамки
забавного интеллектуального развлечения, что она способна делать полезные
прогнозы. Большинство терминов, относящихся к молекулярной сложности и
процитированных во введении, используются химиками-органиками,
занимающимися синтезом (к числу которых принадлежу и я сам);
следовательно, рассмотренные здесь приложения будут связаны с
планированием синтеза.
При рассмотрении систематического построения синтеза Хендриксон [13]
строил граф синтеза, в котором вершины представляли молекулы (исходные
вещества, требуемый продукт и интермедиаты), а линии - реакции,
превращающие одну молекулу в другую. Углерод располагался внизу графа,
молекула искомого продукта - вверху, а вдоль левой стороны - вертикальная
стрелка, помеченная "молекулярная сложность". Наша модель дает масштаб
для таких осей.
Метод, используемый для построения таких графов синтеза, называется
"ретросинтетическим анализом" [12]" и включает анализ всех возможных
путей, по которым искомый продукт может быть разложен на более простые
структуры, к которым затем применяется метод. Поскольку сложность ранее
не была определена, не была определена и простота. Сейчас можно
определить, действительно ли данное ретросинтетическое превращение будет
упрощающим и насколько. На rhc. 4 представлены 6 молекул, использованных
252
С. Бертц
22
а д
6
-21 - 39
РИС. 4. Разъединения стратегических связей.
2
а
е
Кори для иллюстрации своих правил "разъединений стратегических связей"
[31]. Связи, изображенные жирными линиями, являются связями,
определяемыми этими правилами на основе "логики и эвристики" как
стратегические. В пяти случаях (а, в-е) Мы правильно предсказываем
стратегические связи, и в трех из них мы можем предсказать, что некоторые
связи будут в большей степени стратегическими, чем другие. Впечатляющий
пример этого показан на рис. 4, г, где мы можем идентифицировать одну
связь как наиболее стратегическую. Мы также идентифицировали связь С-О
как вторую по значимости; однако к этой связи правила, сформулированные
для разъединенных циклических систем, неприменимы.
Рис. 4, б является, по-видимому, исключением; но это оказывается
"исключением, подтверждающим правило". По нашим прогнозам, разрыв
центральной связи ведет к наиболее значительному упрощению; однако Кори
признал это неприемлемым на том основании, что циклы с 8 или больше
атомами трудно синтезировать. Связи (эквивалентные по симметрии),
являющиеся, как мы предсказали, вторыми по значимости, оказываются
единственными связями, выбранными Кори. В настоящее время образование
макроциклов является областью интенсивных исследований, и мы надеемся,
что уровень развития экспериментальных методов будет когда-либо
усовершенствован до такой степени, что в соответствии с нашими
предсказаниями центральная связь станет рассматриваться как
стратегическая. Тот факт, что наш индекс не связан с современным уровнем
экспериментальных методов (т.е. зависит только от внутренних, но не от
внешних факторов), позволяет использовать его в качестве "индикатора"
уровня развития экспериментальных методов в органической химии и выявлять
с его помощью те области, которые необходимо исследовать в большей
степени. С
Математическая модель молекулярной сложности
253
другой стороны, эмпирические индексы (.12] отражают уровень развития
органической химии и могут оказаться более полезными для прогнозирования
наиболее эффективного пути достижения "рога изобилия синтеза", который
можно получить, используя ЭВМ для проведения ретросинтетического анализа.
Примером того, как наш метод может быть использован в качестве критерия
развития методов органической химии, является его применение для
классификации реакций синтеза [19]. Точно так же, как может быть
рассчитана величина упрощения, достигаемого в результате осуществления
стадии ретросинтеза, может быть рассчитано с использованием нашего
индекса и увеличение сложности, обусловленное применением известных или
гипотетических реакций ("реакций будущего") к типичным субстратам. Таким
образом мы можем классифицировать химические реакции в соответствии с их
способностью увеличивать молекулярную сложность и тем самым понять и даже
судить о том, насколько важными могут стать гипотетические реакции.
Важным результатом этого обсуждения является то, что мы можем сейчас с
большей ясностью видеть различие между "сложной молекулой" и "сложной
