Entwicklung des Annotationsprogramms ChemFrag zur Aufklärung von Fragment-Ionen in Massenspektren und Fragmentierungswegen sowie eines Verfahrens zum schnellen Testen von Molekül-Äquivalenzen (MET)

Abstract

In dieser Arbeit erfolgte die Entwicklung des Programms ChemFrag für die Detektion von Fragmentierungswegen und der Annotation von Fragment-Ionen aus MS/MS-Spektren mit chemisch plausiblen Strukturen. ChemFrag kombiniert dafür einen quantenchemischen mit einem regelbasierten Ansatz. Aus den quantenchemischen Ausgaben lassen sich die chemische Plausibilität der Fragment-Ionen und die Stärke der Bindungen ableiten. Komplexe Spaltungen und Umlagerungen simuliert ChemFrag durch implementierte Regeln. In Experimenten zeige ich, wie ChemFrag aufgebaut ist und dass ChemFrag eine höhere Plausibilität als etablierte Methoden aufweist. Eine weitere wichtige Fragestellung der Arbeit ist die Äquivalenzerkennung von Molekülstrukturen. Dazu habe ich einen Molekül-Äquivalenz-Tester (MET) entwickelt. MET berücksichtigt mehr chemische Eigenschaften als existierende Methoden. In Experimenten weise ich eine höhere und schnellere Äquivalenzerkennung mittels MET im Vergleich zur Konkurrenz (SMSD, CDK, VF2++) nach.

In this work, the programme ChemFrag was developed for the detection of fragmentation pathways and the annotation of fragment ions from MS/MS spectra with chemically plausible structures. ChemFrag combines a quantum chemical approach with a rule-based approach. The chemical plausibility of the fragment ions and the strength of the bonds can be derived from the quantum chemical outputs. Complex bond cleavages and rearrangements are simulated by ChemFrag through implemented rules. In experiments, I show how ChemFrag is constructed and that ChemFrag has a higher plausibility of annotation than established methods. Another important issue of the thesis is the equivalence recognition of molecule structures. For this purpose, I have developed a Molecule Equivalence Tester (MET). MET takes into account more chemical properties than existing methods. In experiments, I demonstrate a higher and faster equivalence recognition using MET compared to competitors (SMSD, CDK, VF2++).