Die ACD Labs Programmsuite

Dr. Wolf-D. Ihlenfeldt

Computer Chemistry Center, University of Erlangen-Nuernberg Naegelsbachstrasse 25, D-91052 Erlangen (Germany)
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Zu den interessantesten Newcomern auf der Chemiesoftware-Szene gehört mit Sicherheit die kanadisch-russische Firma ACD (Advanced Chemistry Development). In den Jahren von 1991 bis 1994 wurden von den späteren Firmengründern an der Moskauer Universität die grundlegenden Konzepte eines umfassenden Programmpakets zur Berechnung chemischer Eigenschaften entwickelt. Seit der offiziellen Firmenregistrierung 1994 wird von Toronto/ Kanada aus speziell der nordamerikanische Markt versorgt. Die Markteinführung der ersten Produkte erfolgte 1995. Die Softwareentwicklung findet weiterhin hauptsächlich in Rußland statt. Nach der Entwicklung des ersten Basispakets, bestehend aus einem Struktureditor, Vorhersagemodulen für molekulare Eigenschaften (unter anderem ¹³C und ¹H-NMR, logP, Siedepunkt) sowie einem Programm zur Generierung von IUPAC-Namen, folgte die konsequente Expansion in neue Bereiche. Dabei wurde konsequent auf die Stammmodule aufgebaut. Zwei Hauptrichtungen sind dabei zu erkennen: Einerseits Spektroskopiesoftware, die Datenbankfunktionalität, Spektreninterpretation, Annotation und Simulation unter einem Dach vereinigt, andererseits die WWW-basierte Verwaltung von Labordaten (LIMS). An Analysemethoden werden mittlerweile NMR, IR, MS, UV und GC abgedeckt. Daneben entstehen immer noch neue Vorhersagemodule für Stoffeigenschaften, und die bestehenden Verfahren werden weiterentwickelt. Über die Angebote von ACD auf dem WWW, der als erster kommerzieller Anbieter die Vorhersage physikochemischer Eigenschaften über WWW-Formulare und Kreditkartenabrechnung anbietet, haben wir bereits vor einiger Zeit in dieser Kolumne berichtet. Die Firma vertreibt mittlerweile mehr als 40 Programmmodule. Dies ist Anlaß genug, in einem größeren Artikel eine Reihe dieser Programme etwas ausführlicher unter die Lupe zu nehmen. Aufgrund des enormen Umfangs der gesamten Suite müssen wir uns in dieser Besprechung auf ausgewählte Kernmodule konzentrieren.

ChemSketch

Das Kernstück der Suite, das dem Benutzer immer wieder entgegentritt, ist der Struktureditor ChemSketch, Er liegt mittlerweile in der Version 3.5 vor. Gewissermaßen als Appetithappen ist dieses bemerkenswerte Stück Software auch frei zum Herunterladen von der Website von ACD erhältlich. ChemSketch dient sowohl zur Struktureingabe für Berechnungen als auch zur Erzeugung von Graphiken in Publikationsqualität. Diesem dualen Konzept gehorchend, gibt es konsequenterweise zwei Betriebsmodi des Programms, zwischen denen nach Belieben umgeschaltet werden kann. Immerhin ist es auf diese Weise ausgeschlossen, daß ein Linienquadrat, mit dem ein Bereich einer Struktur hervorgehoben wird, bei der späteren Konvertierung in eine Strukturdatei als Cyclobutan erscheint. Solche Effekte begegnen uns regelmäßig bei der multimedialen Aufarbeitung von Dissertationen aus der Chemie, und sind sicherlich auch schon bei der Datenaufnahme für Inhouse-Datenbanken im Firmenumfeld unangenehm in Erscheinung getreten. Mit einer durchdachten Software wie dieser treten solche Probleme nicht auf. ChemSketch dient auch als Kommandozentrum für viele der zusätzlichen Module von ACD, speziell zur Berechnung verschiedenster physikochemischer Eigenschaften, die weiter unten besprochen werden.

ChemSketch ist von den graphischen Fähigkeiten her einer der leistungsfähigsten Editoren, die uns bisher begegnet sind. Strukturen werden auf beliebig vielen einzelnen Seiten, die auch gleich für Poster etc. auf gebräuchliche Papierformate skaliert werden können, gezeichnet. Eine umfangreiche und vom Benutzer erweiterbare Vorlagenbibliothek bietet dabei wertvolle Hilfen, die von Aminosäuren (als Strukturen) bis zu Glasgeräten oder Orbitallappen (als Zeichnungen) reichen. Leider sind allerdings nur wenige Strukturen aus dieser Sammlung mit stereochemischen Informationen versehen. Bei der Eingabe von wiederholten Strukturfragmenten ist auch der Mechanismus der instant templates sehr nützlich, bei dem gerade eingegebene Fragmente dupliziert und aneinandergereiht werden können. Bei der Zeichnung komplexer Strukturen, aber auch zum einfachen Nachschlagen, kommt zu den Templates noch eine Bibliothek von fast 50.000 Naturstoffen hinzu, die nach systematischen Namen, Handelsnamen, Trivialnamen, Abkürzungen etc. schnell durchsucht werden können. Per Drag&Drop kann die Struktur dann in die Zeichnung übernommen werden. Zusätzlich enthält das Nachschlagewerk noch Informationen über therapeutische Wirkgebiete und inhibierte Enzyme. Die Suche ist sehr schnell sowohl über die ersten Paar Buchstaben des Namens als auch nach eingebetteten Namensfragmenten möglich. Als weitere Methode zur Beschleunigung der Eingabe kann man auch noch Atomgruppen mit den üblichen Abkürzungen benennen, die später auch wieder in die voll ausformulierten Strukturen zurückverwandelt werden können. Dies ist ausgesprochen nützlich für Datenbankeingaben.

Die Werkzeuge zur Bearbeitung von Strukturen sind sehr umfangreich. Selbstverständlich werden alle gängigen Operationen unterstützt, deshalb konzentriere ich mich auf die Highlights. Das beginnt mit kleinen, wohldurchdachten Features wie dem unbegrenzten Undo und dem Erkennen von Ringen und Aromatizität beim Zeichnen, so daß Doppelbindungen automatisch auf der Innenseite von Ringen eingefügt werden, und man jederzeit zwischen einer Kekulé-Darstellung und einem p-System-Kreis hin- und herschalten kann. Vor Valenzüberschreitungen wird dezent durch eine Markierung auf den entsprechenden Atomen gewarnt. Gruppenkürzel wie CHO werden je nach Ligandenposition automatisch von links nach rechts oder umgekehrt eingesetzt. Die zuerst gezeichnete von zwei sich überschneidenden Linien wird automatisch unterbrochen, um den räumlichen Eindruck zu verstärken. Es ist möglich, die Bindungspriorität später noch zu ändern. Das Programm enthält einen integrierten Verschönerungsmechanismus, mit dem Winkel und Abstände der 2D-Zeichnung normalisiert werden können. Bei einfacheren Verbindungen funktioniert dies sehr schön. Gegenbeispiele sind allerdings bereits relativ einfache Verbindungen wie Cuban, und, wenn auch nicht völlig unbrauchbar, Adamantan. Bei o-tert-Butylbenzol liegen nach der Neuberechnung der Koordinaten zwei Atome der Liganden fast genau übereinander. Die Verschönerung nur einer Teilstruktur ist möglich, aber wegen der fehlenden Verschiebung der stehengelassenen Teile bzw. der nicht vorhandenen Anpassung des Algorithmus an die festgehaltenen Atome in der Praxis unbrauchbar. Die Stärke des Algorithmus liegt eindeutig bei nichtzyklischen Systemen und einfachen Ringsystemen, die aber wohl einen beträchtlichen Teil der Routinestrukturen bilden dürften. Neben der 2D-Bearbeitung beherrscht das Programm auch die Generierung von 3D-Modellen. Dazu wird einfach ein Molekül markiert, und nach kurzer Zeit ist ein 3D-Modell einschließlich der impliziten Wasserstoffatome erzeugt. Das zugrundeliegende Verfahren scheint eine einfache Kraftfeldoptimierung zu sein, ist aber nicht weiter dokumentiert. Sowohl echte 3D-Modelle als auch einfache flache Zeichnungen als pseudo-3D-Modell können im 3D-Raum rotiert werden und als 2D-Projektion erneut in die Zeichnung übernommen werden.

Im graphischen Zeichenmodus bieter das Programm eine breite Palette an graphischen Elementen, wie Kreise, Pfeile, Textblöcke, Sprechblasen und Polygone, mit dem dazugehörigen Operationen wie Drehen, Skalieren, Umordnen, Ausrichten etc.. Zahlreiche Attribute bis hin zu Farbverläufen, Pfeilwinkeln, Füllfarben etc. erzeugen eine Funktionsvielfalt, mit der sicherlich alle Bedürfnisse zur graphischen Aufbereitung erfüllt sein dürften. Einstellungen an graphischen Objekten können als Attributsätze gespeichert werden, so daß genormte Stilbibliotheken angelegt werden können. An Export-Formaten unterstützt ChemSketch alle wichtigen Bildformate (BMP, WMF, GIF, TIFF, PCX), das eigene ChemSketch-Format und die Zeichenformate der Konkurrenzprodukte ChemDraw und ISIS Draw sowie den MDL Molfile als Strukturaustauschformat. Insgesamt ist die Bedienung des Programms sehr intuitiv. Für eine Reihe von wichtigen Zeitschriften werden fertige Stilvorlagen für Schriftgrößen und -typen, Bindungslängen und andere Darstellungsattribute mitgeliefert. Eine praktische Unterstützung sind auch die in das Hilfstextsystem integrierten Autorenrichtlinien von etwa 20 wichtigen chemischen Zeitschriften.

Die Schwachstellen dieses Produkts liegen im Bereich der Spezifikationen von Suchanfragen für Daenbanken (Queries) und der Eingabe von Reaktionen oder Datensätzen mit mehr als einem Datenblock. In der Version 3.0 gibt es keinerlei Möglichkeit, Suchattribute für Atome und Bindungen wie zum Beispiel Kette/Ring oder Atomlisten einzugeben. Damit scheidet der Einsatz dieses Editors für viele Datenbankanwendungen aus. Es ist auch nicht möglich, Reaktionen zu erzeugen und in einem Austauschformat abzuspeichern, bei dem Edukte und Produkte unterscheidbar sind. Aufgrund der Tatsache, daß der einfache Single-Record MDL Molfile das einzige angebotene Strukturaustauschformat ist, ist die Eingabe von Datensätzen, die in einem SD-File oder einem ähnlichen Container gesammelt werden sollen, ebenfalls nicht möglich. Da man keine Kommentare, Namen oder sonstige Zusatzdaten eingeben kann, und keine Paritäten von Stereozentren geschrieben werden, sind die im alten pre-V2000-Format codierten Molfiles von begrenzter Nutzbarkeit. Der Datenaustausch über das gerade im WWW sehr populäre Format des SMILES-Strings fehlt ebenfalls noch in der Liste der Programmmerkmale. Ein weiterer unschöner Zug ist, daß der Editor sich gnadenlos jedes Fünkchen Prozessorleistung greift und immer die Last auf 100% hochtreibt, auch wenn er nur auf Eingaben wartet. Für Rechner, die im Netzwerk noch andere Aufgaben übernehmen, ist dies inakzeptabel. Unangenehmerweise wird dieses Verhalten auch von anderen Programmen der Suite, wie dem SpecManager, gezeigt.

Tautomere

Ein Modul, welches sehr eng mit dem Editor azusammenarbeitet, dient zur Erzeugung von Tautomeren. Nachdem im Editor die Struktur skizziert worden ist, wird diese per Mausklick an ein Modul mit einer eigenen Anzeige übertragen. Dort wird die Stabilität der eingegebenen Struktur bewertet. Man kann sich energetisch günstige bzw. im Vergleich zur Zeichnung günstigere tautomere Formen anzeigen lassen. Die qualitative Bewertung geschieht nach einem nicht dokumentierten, aber in den untersuchten Testfällen gut funktionierenden Mechanismus. Per Mausklick kann dann eine alternative Form an den Editor zurückübertragen werden. Das Werkzeug ist intelligent genug, symmetrieäquivalente Formen auszufiltern und ist eine sehr nützliche Erweiterung der Editorfunktionalität, die wir in dieser Form noch nirgendwo gesehen haben.

3D Viewer

Wie oben erwähnt, verfügt bereits der Editor über einen rudimentären 3D-Modelbuilder. Dort dient er dazu, 2D-Projektionen der skizzierten Verbindungen zu erzeugen. Zusätzlich liefert ACD Labs einen echten 3D-Viewer mit, der auch zur Anzeige importierter 3D-Molekülmodelle dienen kann. Auch hier ist das wesentliche Merkmal die enge Integration mit dem Editor als Schaltzentrale. Das Programm bietet die üblichen Darstellungsformen für kleine Moleküle (keine Proteine etc.) und unterstützt elementare 3D-Operationen wie interaktive Rotation und das Vermessen von Bindungsabständen, Bindungswinkeln und Torsionswinkeln. Darüberhinaus werden jedoch keine fortgeschritteneren Methoden angeboten. Annotationen, die Visualisierung von Mehrfachbindungen anstelle einfacher Zylinder oder die individuelle Wahl der Darstellungsattribute von ausgewählten Atomen oder Bindungen sind noch nicht implementiert. Das einzige Importformat ist das 3D-Molfile. Aus diesen Gründen werden für anspruchsvollere Darstellungen sicherlich andere 3D-Pakete noch eine Weile das Mittel der Wahl bleiben, aber für das schnelle Erzeugen eines Ausdrucks oder einer einfachen Abbildung ist das Programm brauchbar. Zudem muß es nicht separat erworben werden, sondern wird mit dem Editor mitgeliefert.

Berechnung molekularer Eigenschaften

Die sehr breite Palette an Modulen zur Berechnung der verschiedensten physikochemischen Eigenschaften ist eines der hervorstechendsten Merkmale der ACD Labs Programmsuite. Direkt in den Editor integriert sind folgende Module:

1. Aus der Formelzeichnung: Molekulargewicht, Elementzusammensetzung
   
   
2. Über Inkrementmethoden: Molvolumen, molekulare Refraktivität, Parachor, Polarisierbarkeit
   
   
3. Abgeleitet: Dichte, Refraktionsindex, Oberflächenspannung
   
   
4. Dielektrizitätskonstante

Die Algorithmen zur Berechnung dieser Eigenschaften sind im Prinzip nichts Neues. Zunächst wurde eine Datenbank von Strukturen und den gemessenen Eigenschaften zusammengetragen.Von den Eigenschaften unter 2) wird postuliert, daß sie additiv aus den Beiträgen aller Atome zusammengesetzt sind. Dann werden die Strukturen aus der Datenbank in Fragmente (Kernatom und eine Nachbarschaftssphäre, jeweils unter Berücksichtigung der Ordnung und der Aromatizität aller abgehenden Bindungen) zerlegt und mit den Datenbankwerten korreliert. Dadurch werden Parameter für die verschiedenen Atom/ Nachbarschaftsklassen gewonnen. Zur Berechnung der Eigenschaften einer Verbindung müssen nur noch die vorhandenen Atomtypen identifiziert und deren Beiträge mit den Parametern multipliziert und dann aufsummiert werden. Diese einfachen Verfahren sind naturgegeben sehr schnell und liefern trotzdem bei Strukturen nicht allzu ungewöhnlichen Aufbaus zuverlässige Ergebnisse. Die abgeleiteten Werte werden durch in jedem Physikbuch zu findende Gleichungen aus den Primärdaten berechnet. Die Dokumentation zur ACD Labs Software enthält erfreulicherweise Aussagen über die generelle Zuverlässigkeit der implementierten Verfahren. Die zugrundeliegenden Datenbanken und die verwendeten Parameter sind jedoch nicht offengelegt, so daß mit diesen Verfahren zwar im industriellen Umfeld, aber kaum in wissenschaftsnahen Bereichen mit dem Ziel einer Publikation abgeleiteter Ergebnisse gearbeitet werden kann.

Die oben erwähnten Module sind bereits in der Basisversion von ChemSketch enthalten. Zusätzlich können eine ganze Reihe weiterer Rechenmodule erworben werden:

5. logP, Wasserlöslichkeit
   
   
6. logD (Verteilungskoeffizient für partiell dissoziierte Moleküle als Funktion des pHs)
   
   
7. pKa
   
   
8. Hammet s_R Koeffizienten für beliebige Strukturfragmente
   
   
9. Bioconcentration Factor (BCF), Organic Carbon Adsorption Coefficient (Koc)
   
   
10. Siedepunkt, Dampfdruck, Verdampfungswärme

Die diesen zusätzlichen Verfahren zugrundeliegenden Methoden sind grundsätzlich ähnlich denen der Standardmodule, aber etwas komplexer strukturiert. Zusätzlich können für diese Verfahren die zur Entwicklung herangezogenen Struktur- und Meßwertdatenbanken erworben werden. Eigene Verbindungen können zum Training mit dem Ziel der Verbesserung der Vorhersagekraft für nicht ausreichend in der Datenbank repräsentierte Verbindungsklassen übernommen werden. Da dies Eigenschaften sind, die von hohem Interesse für Studien auf dem Gebiet der biologischen Aktivität sind und viele Firmen über umfangreiche interne Datenbanken verfügen, sind diese Module auch in speziellen Konfigurationen für die Stapelverarbeitung großer Datenmengen erhältlich.

NMR-Spektrenvorhersage

Die Programme zur Verwaltung, Vorhersage und Bearbeitung von NMR-Spektren bilden einen der umfangreichsten Teile der ACS Labs Programmsuite. Dabei sind zwei Hauptkomponenten zu unterscheiden: Ein generell einsetzbarer Spektrenmanager zur Bearbeitung und Speicherung von Spektralinformation, und Vorhersagemodule, die chemische Verschiebungen für verschiedene Kerne aus der Topologie von Molekülen vorhersagen. Uns standen bei den Vorhersagemodulen die Programme und Datenbanken für die Kerne ¹³C und ¹H zur Verfügung. Daneben existieren weitere Module für Fluor- und Phosphor-NMR.

Die Vorhersage von NMR-Spektren basiert auf dem bereits durch die SpecInfo-Datenbank (BASF/Chemical Concepts) seit längerem eingeführten Verfahren. In mehreren Sphären wird die Umgebung signalgebender Atome nach Art der Nachbarn, Bindungstypen und Stereochemie codiert (HOSE-Code) und nach Atomen mit gleichen oder ähnlichen Umgebung in einer großen Datenbank mit gemessenen Spektren gesucht. Für das ¹³C NMR Modul beträgt die Größe der Datenbank 50.000 Verbindungen mit 210.000 Shifts. Aus den ähnlichsten Einträgen wird die wahrscheinlichste Verschiebung interpoliert. Dieses Verfahren funktioniert für Verbindungen in einigermaßen üblichen Atomumgebungen sehr gut, sogar wesentlich besser als ab-initio oder semiempirische Verfahren. Die Genauigkeit für Standard-Stoffklassen liegt für ¹³C NMR bei 5 ppm oder besser. Aufgrund der Zahl und Art der herangezogenen ähnlichen Nachbarschaften kann die Zuverlässigkeit jeder einzelnen Vorhersage individuell eingeschätzt werden.

Neben der reinen Vorhersage bieten die NMR-Rechenmodule zahlreiche Zusatzfunktionen. Für in der Datenbank ungenügend vertretene Stoffklassen können eigene Meßergebnisse in die Datenbasis integriert werden. Um einen besseren Eindruck von realen Messungen zu vermitteln, können Effekte durch Lösungsmittel, Meßfrequenzen, Konzentrationen etc. simuliert werden. Im einfachsten Fall skizziert man jedoch lediglich das interessierende Molekül, transferiert es in den Prediktor, und erhält nach einigen Sekunden (¹³C) bzw. wenigen Minuten (¹H) Rechenzeit die Vorhersage. Bei ¹H-NMR werden auch Effekte wie Spin-Spin-Kopplungen, magnetische Äquivalenz etc. detailliert berücksichtigt. Sowohl die Zuordnung von Signalen zu Atomen als auch die Abfrage der Verschiebungen interessanter Atome sind sehr intuitiv. Zusätzliche Analysehilfsmittel wie die Anzeige von Subspektren, Zoomfunktionen, Integrale, Simulation von Entkopplungsexperimenten und Protokolle zu den Rechenvorgängen für jedes einzelne Atom sind zahlreich vorhanden und lassen kaum Wünsche offen. Zu Dokumentationszwecken kann ein Spektrum als graphisches Objekt in den Editor ChemSketch exportiert werden und dort mit weiteren graphischen Elementen versehen werden. Leider können die Ergebnisse außer als Graphiken und ASCII-Tabellen nur im ACD-internen CSP bzw. HSP Spektralformat exportiert werden. Austauschformate wie JCAMP werden leider nicht unterstützt, so daß eine Weiterverarbeitung außerhalb dieses Programms kaum möglich ist.

Spektrenmanagement

Der universell einsetzbare Spektrenmanager dient zur Verwaltung der verschiedenen Typen von NMR-, IR- und MS-Spektren. Je nach den erworbenen Modulen wird er um spektroskopiespezifische Bearbeitungsverfahren erweitert. Eng integriert sind auch die jeweiligen Vorhersagemodule sowie wiederum der Editor für die Erstellung von Annotationen. Für IR und MS gibt es allerdings (noch?) keine Vorhersagemodule. Der Spektrenmanager hat zwei Hauptkomponenten: Eine Arbeitsumgebung zur Manipulation von importierter, eingegebener oder aus Datenbanken extrahierter Spektralinformation und eine Spektrendatenbank.

Die Arbeitsumgebung bietet allgemeine Bearbeitungsverfahren wie Basislinienkorrektur, Normalisierung, das Löschen, Vermessen, Bezeichnen und Zuweisen von Peaks. Das automatische Erkennen und Vermessen von Peaks hat bei den untersuchten, auch komplizierten, Testfällen ausgezeichnet funktioniert. Neben der Spektralinformation wird auch Strukturinformation verwaltet. Zuordnungen von Signalen können, je nach Spektroskopietyp, automatisch oder manuell auf sehr komfortable Weise erfolgen. Das NMR-Modul bietet für alle Routinearbeiten zur Erfassung und Dokumentation von Standardspektren eine integrierte Umgebung, mit der vom rohen Gerätesignal (FID) bis hin zur Dokumentation und Verknüpfung von Atomen mit Signalen intuitiv gearbeitet werden kann. An die Leistungsfähigkeit und Vielseitigkeit der spezialisierten Verarbeitungsprogramme der bekannten Gerätefirmen kommt das Programm jedoch nicht heran. Dafür ist es jedoch auch von nicht-Spektroskopikern leicht bedienbar und der Funktionsumfang deckt den Bereich der Routineaufgaben ab. Auch die Qualität der Ausdrucke der Arbeitsergebnisse konnte überzeugen.

Bearbeitete Spektren können in einer integrierten Spektral- und Strukturdatenbank abgelegt werden. Diese Datenbank ist sowohl nach Peaks als auch mit Anfragen nach Strukturmerkmalen (Vollstruktur, Substruktur, Summenformel) und den Inhalten allgemeiner Datenfelder durchsuchbar. Die spektroskopischen Suchoperationen sind allerdings auf das Vorhandensein von Peaks in Bereichen (Masse, Wellenzahl) beschränkt. Spektrale Ähnlichkeitssuche, auch nach Subspektren, sind laut Handbuch für alle Spektroskopiearten implementiert. Sie konnten bei uns allerdings noch nicht getestet werden, weil uns nur die NMR-Module zur Verfügung standen. Der der Spektrenmanager zeigt zwar ohne Lizenzen für weitere Spektroskopiearten andersartige Spektren immer noch an und nicht-spektroskopische Suchoperationen auf den Datenbanken funktionieren weiterhin, aber der Transfer eines solchen Spektrums in den Sucheditor wird kommentarlos verweigert.. Dagegen funktionierte der gleichartige Transfer von Strukturen aus der Datenbank in den Editor zur Vorbereitung von Struktursuchen problemlos. Fortgeschrittenere Suchoperationen für spezielle Spektrentypen wie zum Beispiel modulo-14-Suchen bei Massenspektren sind noch nicht implementiert. Auch ist die Verknüpfung mehrerer Suchkriterien durch und/oder Bedingungen zwar prinzipiell möglich, aber durch das notwendige Hantieren mit Matchlisten für jedes einzelne Kriterium ziemlich umständlich.

Die Importfähigkeiten der Datenbank sind sehr gut. Zur Zeit sind Leseroutinen für 13 Formate vorhanden, unter ihnen die wichtigen Standards JCAMP/DX und Galactic SPC. Tests mit der offiziellen JCAMP Testsuite (http://www.isas-dortmund.de/projects/jcamp/), die zahlreiche JCAMP-Dateien mit besonderen Schwierigkeiten und auch - zum Test der Robustheit von Implementationen - mit häufig anzutreffenden Codierungsfehlern enthält, verliefen recht überzeugend, auch wenn nicht immer alle Daten in das Programm übernommen wurden. An Exportformaten sind nur das interne ACD Labs-Format, JCAMP/DX und ein ASCII-Tabellenformat realisiert. Zumindest bei NMR-Spektren ist man auf den Export der reinen Spektraldaten beschränkt und kann keine Peakdateien oder kombinierte JCAMP/CS+DX-Dateien schreiben. Auch bei diesem Programm besticht wieder die enge Integration mit dem Editor und anderen Modulen. Die Möglichkeit, mehrere verschiedene Spektren zu einer Struktur speichern zu können, ist ebenfalls ein interessantes Feature. Das Erzeugen von eigenen Datenbanken ist sehr einfach. Ohne daß aufwendig Felder spezifiziert werden müßten, werden einfach im Spektren- und/oder Struktureditor Spektren und Strukturen eingelesen oder eingegeben und an die Datenbank weitergeleitet. Die Datenbank speichert alle übergebenen Informationen, auch wenn diese von Spektrum zu Spektrum variieren sollten. Inwieweit sich dieses Modell für größere Datenbanken noch eignet, konnten wir leider aufgrund der fehlenden Möglichkeit, Multi-Record-JCAMP-Dateien einzulesen, und der nicht ausreichenden Geduld zur Erzeugung einiger tausend Einträge Stück für Stück, leider nicht ausgiebig testen. Inwieweit die internen NMR-Datenbanken für die Spektrenvorhersagemodule mit jeweils einigen zehntausend Einträgen gleichartig aufgebaut sind, konnten wir leider nicht in Erfahrung bringen.

ISIS Integration

Ohne Zweifel ist ChemSketch, der zentrale Struktureditor, ein mächtiges Werkzeug mit vielen guten Ideen. Dennoch läßt auch der Chemiker nicht gerne von seinen liebgewordenen Gewohnheiten los und sträubt sich manchmal, die Bedienung eines weiteren Editors zu erlernen. Zum Beispiel könnte er sich durch die nicht immer ganz einfachen Eingabemodalitäten von ISIS Draw gekämpft haben - und wegen der zur Zeit noch nicht ausreichenden Fähigkeiten zur Spezifikationen von Datenbank-Suchanfragen und Reaktionen ist ChemSketch noch kein vollwertiger Ersatz für ISIS Draw, auch wenn dieses Programm in vielen anderen Bereichen die Nase vorn hat. Auch ACD hat dies erkannt -und daher gibt es die wichtigsten Module (CNMR, HNMR, Namensgenerierung, pKa, 3D Strukturgenerator, logP, Siedepunkt) auch als ISIS/Base und ISIS/Draw Add-ins. Mittels des ISIS/Base Add-ins können sowohl ad hoc die Eigenschaften beliebiger Treffer einer Suchanfrage bei der Ansicht berechnet werden, ohne daß die Daten in der Datenbank gespeichert wären, als auch systematisch in ISIS/ Base Datenbankfelder mit den vorhergesagten Werten gefüllt werden, so daß diese auch ohne das Add-In anderenorts zur Verfügung stehen und Suchoperationen auf den Werten möglich werden. Nach der Installation des Add-Ins für ISIS/Draw nimmt ISIS/Draw praktisch den Platz von ChemSketch in der ACD Labs Programmsuite ein.

Systemanforderungen

Alle Software von ACD (mit Ausnahme der Web-basierten Java Applets - glücklicherweise entzieht sich die Firma in diesem Aspekt den Versuchungen von Microsoft) benötigen als Betriebssystem Windows 95 oder NT, laufen teilweise aber auch noch unter Windows 3.1/11. Die Testinstallation, die hier besprochen wurde, benötigt mit Dokumentation und Demodateien 137 Mb. Der überwiegende Teil des Speicherplatzes wird dabei durch die Parameter- und Strukturdateien für die Vorhersage von ¹H-NMR (50Mb) und ¹³C-NMR (65Mb) belegt.

Die Programme liefen während des Tests stabil. Kleinere Irritationen lösen hin und wieder Überbleibsel aus den Zeiten von Windows 3.x aus. Ein Beispiel das Erscheinungsbild der meisten Buttons, daß nicht den heute geltenden und von den Nutzern verinnerlichten stilistischen Vorgaben des Windows 95/NT4.0-Designs gehorcht. Auf die Funktionalität hat dies natürlich keine Auswirkungen. Etwas irritierend ist auch das voreingestellte Verhalten des Editors, beim Start den ganzen Bildschirm auszufüllen und dabei alle anderen Applikationen zu überdecken, und davon auch nach dem Klick auf den Verkleinerungsknopf in der Fensterleiste nicht abzulassen. Man ist gezwungen, danach noch einmal das Fenstermenu aufzurufen und explizit die Größe zu ändern, bevor man endlich mit anderen Programmen arbeiten kann. Unter Windows NT konnten wir, vor allem bei Hilfsfenstern des Editors, manchmal nicht vollständig wieder aufgefrischte Fenster nach dem Verschieben von darüberliegenden Fenstern beobachten. Ebenfalls unbedingt verbesserungswürdig sind die Dateiauswahlboxen, die immer noch keine langen Dateinamen unterstützen. Dieses Problem beginnt schon bei der Installation: Es ist nicht möglich, die Programmsuite direkt im deutschen Standardverzeichnis C:\PROGRAMME zu installieren, weil das Installationsprogramm diesen Verzeichnisnamen als zu lang zurückweist. Glücklicherweise finden sich die Programme auch nach einer späteren manuellen Verschiebung noch zurecht.

Preise

Die umfangreiche Programmsuite wird in separaten Modulen vertrieben, wobei der Zukauf von weiteren Paketen jederzeit möglich ist. Es gibt verschiedene Preisklassen für Hochschulen, andere öffentliche Einrichtungen und die Industrie. Industriepreise liegen, je nach Anwendung, um bis zu 100% über der günstigsten Kategorie der Hochschulpreise. Genauere Auskünfte gibt es auf den Webseiten des deutschen Vertriebs (http://www.scienceserve.com). Preisbeispiele (Industrie, ohne MWSt): ChemSketch 3.5 mit Basismodulen für elementare physikochemische Eigenschaften, 3D-Viewer, Tautomergenerator und Dictionary DM 249.-, IUPAC und CAS Namensgenerator Vollversion, aber ohne Batchfunktionalität je DM 8,990.-, CNMR und HNMR Generator je DM 999.-, CNMR und HNMR Spectra Predictor je DM 8,290.-, offengelegte und erweiterbare Datenbanken zu CNMR und HNMR je DM 8,290.-, Kombinationspaket wahlweise CNMR oder HNMR Predictor plus NMR Manager DM 46,660.-, IR und MS Manager mit Datenbank je DM 3,890.-, logP Calculator Basisversion DM 999.-, offengelegte und erweiterbare Datenbank hierzu DM 8,990.-, Batchbetrieb DM 17,990.-, die Preise für die pKa, logD etc. Module bewegen sich im gleichen Bereich.

Wettbewerb

Es sollte noch darauf hingewiesen werden, daß es für die Programmierer unter den Lesern zur Zeit eine interessante Möglichkeit gibt, Preise oder auch einige der besprochenen Pakete zu gewinnen. Die Programme von ACD können durch eine auf Basic aufbauende Sprache mit neuen Funktionalitäten versehen werden, ähnlich wie Microsoft-Produkte durch VBA. Die Firma veranstaltet dazu zur Zeit einen Programmierwettbewerb. Alle zur Teilnahme notwendige Software und weitere Informationen findet man auf den Webseiten von ACD. Durch das Lösen von vorgefertigten Aufgaben mit fester Punktzahl oder das Einreichen von eigener Inspiration entsprungenen Problemlösungen kann man verschiedene Preise vom Teebecher oder T-Shirt bis zu einem Softwarepaket im Werte von US$1.500 gewinnen.

Kontakte:

Deutscher Vertrieb:
ScienceServe, Dr. H. Hofmann
Sandrangen 3
D-91257 Pegnitz
Tel. 09241-91216
Fax 09241-217
Email info@scienceserve.com
WWW: http://www.scienceserve.com und http://www.acdlabs.com/
 

Glossar:

• LIMS: Laboratory Instrument Management System, Programmsystem zur Verwaltung und Dokumentation der anfallenden Daten von spektroskopischen Geräten etc.
• MDL Molfile: Ein wichtiges Format für Dateien mit chemischen Strukturen. Urspünglich von der Firma MDL eingeführt, hat es sich zu einem Standard entwickelt. Diese Dateien speichern exakt die Verknüpfung der Atome durch Bindungen, aber kaum graphische Layoutattribute. Das primäre Einsatzgebiet ist die Datenerfassung für Datenbanken, Modellingpakete etc.
• SD-File: Eine Weiterentwicklung des MDL Molfiles, die neben der reinen Strukturinformation auch einen Satz von Zusatzdaten enthalten kann. Außerdem können mehrere Einträge, die z.B. einen Datensatz bilden, in einer Datei zusammengefaßt werden (Multirecord-File, im Gegensatz zum einfachen Molfile, der immer Single-Record ist)
• SMILES: Eine von der Firma Daylight stammende einfache Notation für chemische Strukturen, bei dem die Moleküle durch eine einzeilige Zeichenkette codiert werden. Wird insbesondere im Umfeld des WWW bei der Eingabe in Formularfelder eingesetzt.
• Stereochemische Parität: Verfahren, bei dem unter Heranziehung der Numerierung der unmittelbaren Nachbaratome für Stereozentren und -bindungen die stereochemische Konfiguration eindeutig codiert wird. Konzeptionell wesentlich einfacher als die CIP-Regeln und deshalb für den Computereinsatz bevorzugt.
• Parachor: Eine Kennzahl von Flüssigkeiten, die z.B. zur Berechnung der Oberflächenspannung nützlich ist. Sie wird durch die Faktoren Molekulargewicht, Oberflächenspannung, Dichte der Flüssigkeit und Dichte des Dampfes im Gleichgewicht bestimmt.
• JCAMP: Weit verbreitetes Datenaustauschformat primär für Spektroskopiedaten.