FragmentRetro: Quadratische Retrosynthese mit Fragmentierungsalgorithmen

Die retrosynthetische Analyse, bei der ein Zielmolekül in einfachere Bausteine zerlegt wird, ist ein zentrales Element der computerunterstützten Syntheseplanung (CASP). Traditionell dominieren dabei baumbasierte Suchverfahren, die jedoch häufig mit exponentieller Rechenkomplexität konfrontiert sind. FragmentRetro stellt eine neue Methode vor, die auf Fragmentierungsalgorithmen wie BRICS und r‑BRICS setzt und damit die Komplexität auf quadratisch reduziert.

FragmentRetro kombiniert rekursiv Molekülfragmente und prüft deren Zugehörigkeit zu einer vorgegebenen Bausteinmenge. Durch die Integration von stock‑aware Exploration und Fingerprint‑Screening werden die Anzahl der zu prüfenden Substruktureinträge stark verringert. Die Methode liefert Sets von Fragmentkombinationen als retrosynthetische Lösungen, ohne komplette Reaktionspfade zu rekonstruieren.

Eine formale Analyse zeigt, dass klassische Baumbasierte Suche eine exponentielle Komplexität von O(b^h) aufweist, DirectMultiStep O(h^6) und FragmentRetro O(h^2), wobei h die Anzahl der schweren Atome im Zielmolekül und b der Branching‑Factor ist. In Tests mit den Datensätzen PaRoutes, USPTO‑190 und natürlichen Produkten erzielte FragmentRetro hohe Lösungsraten und konkurrenzfähige Laufzeiten, selbst in Fällen, in denen Baumbasierte Suche scheitert.

Durch die effiziente Identifikation fragmentbasierter Lösungen und die starke Reduktion der Substruktur‑Matching‑Kosten bietet FragmentRetro einen leistungsstarken Baustein für skalierbare retrosynthetische Planungswerkzeuge.