Moleküldesign

Moleküldesign

 

[engl. molecular modelling, computer-aided molecular design, Abk. CAMD], Bezeichnung für die Entwicklung von chemischen Substanzen, in erster Linie organischer Moleküle, mithilfe von Hochleistungsrechnern. An Rechenverfahren wird u. a. die Monte-Carlo-Methode verwendet.

 

Grundlage für das Moleküldesign ist der enge Zusammenhang zwischen Struktur und Funktion der Moleküle bei jeder chemischen Substanz, sodass aus bekannten Strukturen zu erwartende Reaktionen abgeleitet werden können bzw. umgekehrt aus bekannten Reaktionen auf die Struktur geschlossen werden kann. Mithilfe von Computern lassen sich z. B. in der pharmazeutischen Forschung die räumlichen Strukturen von Proteinen berechnen, die als Ziel für einen Arzneistoff in Betracht kommen, und dadurch bis zu einem gewissen Grad Eigenschaften und Wirkungen einer Substanz vorhersagen. In solche simulierten Raumstrukturen werden dann Moleküle nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip eingepasst und optimiert. Die Zahl der bei der Entwicklung von Arzneimitteln erforderlichen Tierversuche und klinischen Tests am Menschen wird damit eingeschränkt.

 

Seit den 1990er-Jahren ist den Computerchemikern bei Kunststoffen und Fasern das Modellieren makroskopischer Werkstoffeigenschaften sowie das Modellieren von Katalysatoren gelungen. Derzeit werden in chemischen Reaktionen auf Molekülebene Strömungen (z. B. in Reaktoren) sowie Werkstofffestigkeit simuliert. Für die Zukunft fasst man die Simulation großtechnischer Prozesse und molekularer Strukturen mit über 100 000 Atomen ins Auge.