Vom Anfang der Entwicklung der modernen Chemie an hat es eine unmittelbare Wechselwirkung zwischen der chemischen Schreibweise und dem Fortschritt bei den chemischen Theorien gegeben. Die abstrakten Erklärungen neuerer Meßergebnisse beeinflußten die Schreibweise der Chemiker beziehungsweise haben sie gezwungen, neue symbolische Darstellungsformen zu schaffen. Gleichzeitig stellten die so gewonnenen, erweiterten Schreibweisen dem Theoretiker Denkschemata zur Verfügung, die allgemeinere Abstraktionen erlaubten. Ein von CDC entwickeltes Software-System genannt Synthavision -, das dreidimensionale Körper in die Ebene projiziert, kann auch komplizierte Moleküle zweidimensional abbilden und modifizieren.
Für viele Arbeiten über relativ einfache Zuckermoleküle sind sogenannte Fischer-Projektionen ausreichend. Biologisch wichtige Moleküle sind aber oft so kompliziert, daß deren Projektionen nur sehr schwer zu erstellen sind; für große Moleküle sind sie äußerst kompliziert und mühsam zu zeichnen.
Andere Modelle, zum Beispiel Stäubchen und Kugelmodelle, in drei Dimensionen aufgebaut, wurden notwendig. Solche Modelle haben auch Nachteile. Sie sind nicht leicht zu erstellen und schwierig zu ändern und zu transportieren. Gerade hier, wo dreidimensionale Modelle verlangt werden, bieten Computer-gesteuerte Entwürfe und Zeichnungen Vorteile. CDC-Synthavision wurde von dem Unternehmen Magi, im Staate New York, entworfen und von Control Data zur Marktreife entwickelt. Das Produkt wurde ursprünglich entwickelt, um das Drehen von Zeichentrickfilmen zu erleichtern. Dieses Programm erlaubt die Projektion von dreidimensionalen Körpern in die Ebene. Ein Grundkörper (zum Beispiel Kugel, Zylinder, Ellipsoid, Torus etc.) wird durch Angabe von Koordinatenachsen, Mittelpunkten, Radien, Seitenlängen etc. definiert und steht danach für weitere Verwendungen zur Verfügung. Der auf diese Weise definierte Körper kann um eine Achse innerhalb oder außerhalb des eigenen Koordinatensystems beliebig gestaucht, gestreckt oder gedreht werden. Die wichtigsten Systemoperationen können durchgeführt werden. Durch entsprechende Einstellung einer simulierten Kamera kann das Gebilde von jedem beliebigen WinkeI aus betrachtet und dabei verkleinert oder vergrößert werden. Bereits definierte Körper können beliebig zusammengesetzt werden, damit komplexere Systeme entstehen. Die Anwendung von Farben und verschiedenen Schattierungen und Schatten von simulierten Lichtquellen ist möglich.
Anschauung extrem komplexer Moleküle
CDC-Synthavision bietet vielfache Anwendungsmöglichkeiten in der Chemie. Auf dem Gebiet der Struktur der Materie kann man zum Beispiel die Möglichkeiten des Aufbaus und der Anschauung von extrem komplexen chemischen Molekülen wie von DNA sehen. Verschiedene Atome werden durch Kugeln mit charakteristischen Radien und eventuell auch mit Farben dargestellt. Danach können Radikale oder Aminosäuren einmal definiert und durch Angabe von Koordinaten immer wieder aufgerufen werden. Ist Benzol einmal definiert und in einer Datei gespeichert, dann ist der Aufbau von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffes relativ einfach durch wiederholtes Verwenden des Benzolgrundkörpers. In der chemischen Kinetik, wo man die zeitliche Entwicklung von Reaktionen, zum Beispiel den Aufbau oder Zerfall eines Moleküls, studiert, kann Synthavision verwendet werden,. um geringe Unterschiede zwischen Stufen einer Reaktion zu zeigen. Selbst die einfachsten Moleküle, die auch normalerweise zweidimensional dargestellt werden, haben eine räumliche Ausdehnung. Für Unterrichtszwecke ist es oft vorteilhaft, diese Ausdehnung zu zeigen und betonen, was mit CDC-Synthavision einfach ist.
Die Abbildungen wurden mit Hilfe von CDC-Synthavision erstellt. Verschiedene Ansichten eines Graphitschichtgitters, das durch die Verknüpfung von zahlreichen C6-Ringen miteinander in einer Ebene entsteht, werden gezeigt. Die Kohlenstoffatome sind durch Kugeln dargestellt. Die Schichten werden mit verschiedenen Vergrößerungen und von verschiedenen Winkeln aus betrachtet - einmal von der Seite, einmal von oben und einmal von unten. Dem Chemiestudenten wird dadurch die räumliche Ausdehnung der Atome klar. Der Forscher kann die Abstände zwischen den Schichten variieren, die Schichten übereinander gleiten lassen und die Auswirkungen von Störstellen ausprobieren, indem er manche C-Atome wegläßt oder durch andere Atome ersetzt. Dies alles geschieht durch geringe Änderungen in der Eingabe.
Computer-gesteuerte Darstellungen können somit als ein Schritt in der Entwicklung der symbolischen Sprache der Chemie betrachtet werden. Je anspruchsvoller die Vorstellungen der Chemie werden, desto notwendiger werden Methoden, komplizierte dreidimensionale Gebilde schnell und zuverlässig zu zeichnen.
Informationen: Control Data GmbH, *Dr. David F. Ilten, Stresemannallee 30, 6000 Frankfurt/
Main 70, Tel.: 06 11 /63 05-358.