रसायनज्ञ पूरी तरह से एआई एल्गोरिदम द्वारा पूर्वव्यापी पूर्वानुमान का परीक्षण करते हैं

पहली बार, जब तक मुझे पता है, जब एक कंप्यूटर प्रोग्राम संश्लेषण की भविष्यवाणी करता है और आप प्रयोगशाला में जाते हैं - bam! - और यह काम करता है

- यह है कि बार्टोज़ ग्रेज़ीबोस्की ने अपने कैमेटिका कार्यक्रम का वर्णन कैसे किया।

प्रागितिहास

रासायनिक सिंथेसिस के कंप्यूटर एडेड प्लानिंग का विचार नए से दूर है। हार्वर्ड विश्वविद्यालय के एलियास जे। कोरी ने 1970 के दशक में इस तरह के एक कार्यक्रम (तर्कशास्त्र और सांख्यिकी विश्लेषण पर लागू) के पहले संस्करण को विकसित किया था, लेकिन यह कभी भी अपनी अपेक्षाओं पर खरा नहीं उतरा। Chematica कई नए प्रतिद्वंद्वी सॉफ्टवेयर उत्पादों में से एक है जो पिछले कुछ वर्षों में दिखाई दिए हैं। बार्टोस ग्रेज़ीबोस्की (उल्सान नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी, साउथ कोरिया और द पोलिश एकेडमी ऑफ साइंसेज) ने मई 2017 में मिलिपोरेस्गमा को बेचने से पहले 15 साल तक इस कार्यक्रम पर काम किया।

आमतौर पर, केमिस्ट पूरी तरह से अपने अनुभव और ज्ञान पर निर्भर करते हैं - रासायनिक अंतर्ज्ञान - प्रतिक्रियाओं का एक क्रम विकसित करने के लिए जो छोटे ब्लॉक अणुओं के एक बड़े अणु का नेतृत्व करना चाहिए। केमिस्ट को विभिन्न प्रतिबंधों को भी ध्यान में रखना चाहिए, जैसे कि कुछ प्रतिक्रिया परिस्थितियों में कार्यात्मक समूहों की असंगति।


Chematica ने सफलतापूर्वक आठ सिन्थेटिक रूप से जटिल अणुओं के संश्लेषण की भविष्यवाणी की और कुछ मामलों में, प्रतिक्रिया उत्पादों की पैदावार में सुधार करने में सक्षम था।

ग्राज़बोस्की के अनुसार, एक रेट्रोसिंथेसिस की योजना बनाना शतरंज खेलने की तरह है: इसमें कई बुनियादी चालें हैं। खेल के दौरान, प्रत्येक कदम एक अलग परिणाम प्राप्त करने के लिए एक नई शाखा खोलता है। लेकिन कार्बनिक संश्लेषण में, "मूल चरणों की संख्या - मुख्य प्रकार की प्रतिक्रियाएं - बस विशाल है।" प्रत्येक सिंथेटिक चाल के बाद, अगले संभावित चरणों में से लगभग एक सौ का चुनाव होता है। इसका मतलब है कि संश्लेषण के जितने अधिक चरण, संभव चरणों का सेट उतना ही प्रभावशाली।

लेकिन रसायनज्ञ पक्षपाती हैं, सारा ट्राइस (सारा ट्राइस, जो कि हाल ही में केमेटिका नामक कंपनी खरीदी गई है, में केमिनफोर्मेटिक्स प्रौद्योगिकी के लिए व्यापार विकास प्रौद्योगिकी के प्रमुख हैं) बताते हैं, अर्थात, अतीत में जो सफल रहा है, उसका उपयोग करने की प्रवृत्ति है। ग्राज़ीबोस्की का मानना ​​है कि केमेटिक, पूर्वाग्रह को खत्म कर देगा। Chematica एल्गोरिदम को पिछले 15 वर्षों में 50,000 से अधिक नियमों में प्रशिक्षित किया गया है, साथ ही इस विशाल रासायनिक स्थान में विकल्प खोजने और वांछित प्रतिक्रिया अनुक्रम विकसित करने का भी साधन है।

कसौटी

अवधारणा के आकर्षण के बावजूद, यह पुष्टि करने के लिए कोई सबूत नहीं था कि यह वास्तव में काम करता है। लेकिन अब रसायन विज्ञान प्रयोगशाला परीक्षणों में प्रासंगिकता सिद्ध कर चुका है। एल्गोरिथ्म में आठ अणुओं के लिए महत्वपूर्ण पथ पाए गए: छह छोटे जैविक रूप से सक्रिय यौगिक, एक ब्लॉकबस्टर दवा और एक प्राकृतिक यौगिक अणु।

इन छह दवा यौगिकों में से अधिकांश के लिए पहले से प्रस्तावित मार्गों में कम उत्पाद की पैदावार के साथ समस्याएं थीं, और उनमें से कुछ को बिल्कुल भी संश्लेषित नहीं किया गया था। केवल पारंपरिक अभिकर्मकों का उपयोग करते हुए 10 से कम सिंथेटिक चरणों के साथ केमेटिक विकसित मार्गों। फिर भी, टीम पिछले प्रयासों की तुलना में, उच्च पैदावार के साथ लक्ष्य उत्पादों को प्राप्त करने में सक्षम थी - कुछ मामलों में प्रयोगशाला के अनुसंधान पर समय और धन की बचत करते हुए।

कार्यक्रम के कुछ पूर्वव्यापी विभाजन असामान्य थे - जैसे कि क्विनोलोन-आर्टिकुलेटेड लैक्टम के एकल स्टीरियोसिस्टर के पथ में तीन-घटक अजा-हेनरी प्रतिक्रिया । "यह रसायनज्ञों के लिए संश्लेषण के कुछ चरणों को पूरा करने के लिए असामान्य था, क्योंकि उनकी वृत्ति ने उन्हें बताया कि यह यहां काम नहीं कर सकता है," ट्रिस हंसते हैं। ग्रेज़ीबोस्की का कहना है कि "खेल के नियम इस तरह थे: आप पूर्वव्यापी विभाजन को नहीं बदल सकते हैं और आपको सामान्य पद्धति का पालन करने की आवश्यकता है।"

प्रतिबंध

चूंकि चेमैटिका प्रत्येक प्रतिक्रिया के लिए सटीक स्थितियां प्रदान नहीं करता है, इसलिए संश्लेषण को अनुकूलित करने के लिए परीक्षण और त्रुटि से गुजरने के लिए सब कुछ आवश्यक है। हालांकि, यथार्थवाद के लिए, समय और वित्त प्रत्येक प्रतिक्रिया के लिए पांच प्रयासों और प्रत्येक पूर्ण संश्लेषण के लिए अधिकतम 70 घंटे तक सीमित थे।

अतालता के खिलाफ ब्लॉकबस्टर दवा, ड्रोन ड्रोनडारोन, एक अन्य समस्या के उदाहरण के रूप में सेवा की जाती है: इसका संश्लेषण 46 पेटेंट द्वारा संरक्षित है।



Chematica एंटीरेंथिसिया के खिलाफ ड्रोन ड्रोनडारोन के संश्लेषण की योजना बनाने में सक्षम था, जो सभी पेटेंट विकल्पों से बचता था। कार्यक्रम यह भी जानता है कि उत्पादन के लिए अभिकर्मकों की लागत को कैसे ध्यान में रखा जाए और सस्ता संश्लेषण मार्गों का चयन किया जाए।

रिचमंड सर्पॉन्ग (कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले) और उनकी शोध टीम को भी नए टूल का परीक्षण करने का मौका मिला। “हम अवसरों से बहुत प्रभावित थे। एल्गोरिथ्म कुछ संरचनात्मक टुकड़ों के समाधान खोजने में विशेष रूप से प्रभावी है। इस भाग में, मुझे लगता है कि कार्यक्रम मानव की तुलना में अधिक सक्षम है। ”

हालांकि, सर्पॉन्ग बताते हैं कि "लोगों की तरह, कार्यक्रम वास्तुशिल्प रूप से जटिल अणुओं की भागीदारी के साथ भविष्यवाणी करने की कोशिश कर रहा है जहां स्टीरियो इलेक्ट्रॉनिक सूक्ष्मताएं उत्पन्न होती हैं।" सर्पॉन्ग का समूह वर्तमान में केमेटिक द्वारा अनुमानित सिंथेटिक मार्गों में से एक पर काम कर रहा है।

ग्रेजिबोव्स्की का मानना ​​है कि अगला कदम जटिल प्राकृतिक यौगिक होगा। उनकी टीम नए पृथक प्राकृतिक क्षार के 15-चरण संश्लेषण को पूरा कर रही है। “मैंने खुद को कभी भी बहुत सक्षम कार्बनिक रसायनज्ञ नहीं माना है। यह मेरे जीवन का पहला पूर्ण संश्लेषण है। "मुझे लगता है कि यह वास्तव में उन लोगों की मदद कर सकता है जिन्होंने सिंथेटिक रसायनज्ञ का शास्त्रीय प्रशिक्षण प्राप्त नहीं किया है," ट्रिस कहते हैं।

ग्रेज़ीबोस्की ने आसानी से ध्यान दिया कि केमिस्टा को रसायनज्ञों के अनुभव के लिए खतरे के रूप में नहीं देखा जाना चाहिए। क्योंकि एल्गोरिथ्म खुद को नई प्रतिक्रियाएं नहीं सिखा सकता है, "हमें अभी भी रसायन विज्ञान जैसे कार्यक्रमों को चुनौती देने और अणुओं को बनाने के लिए अभिनव तरीके खोजने के लिए तैयार बोल्ड कार्बनिक रसायनज्ञों की आवश्यकता है," मरिओला टोर्टोसा (विश्वविद्यालय में प्राकृतिक यौगिकों के संश्लेषण में विशेषज्ञता वाले एक कार्बनिक रसायनज्ञ सहमत हैं) मैड्रिड, स्पेन)। वह कहती हैं, "हालांकि, कार्यक्रम में काफी तेजी आ सकती है।

टैंगो थेरेप्यूटिक्स में रसायन विज्ञान के उपाध्यक्ष जॉन मैक्सवेल का मानना ​​है कि यह लेख यह साबित नहीं करता है कि रसायन विज्ञान की तुलना में रसायन विज्ञान बेहतर संश्लेषण की योजना बनाता है। वह बताते हैं कि जिन केमिस्टों के संश्लेषण को तुलना के लिए चुना गया था, उन्होंने जरूरी नहीं कि उत्पाद की उपज या प्रतिक्रिया श्रृंखला की लंबाई के लिए सिंथेस का अनुकूलन किया हो।

कुछ रसायनज्ञ यह सोच रहे हैं कि केमेटिक और मिलिपोरिग्मा बौद्धिक संपदा मुद्दों को कैसे हल करेंगे। रिचमंड सर्पॉन्ग ने कहा कि शोधकर्ता रसायन विज्ञान का उपयोग करने में संकोच कर सकते हैं, क्योंकि यह स्पष्ट नहीं है कि कंपनी को उन अणुओं तक पहुंच प्राप्त करनी होगी जो उपयोगकर्ता दर्ज करते हैं या जो सिंथेटिक मार्गों के बौद्धिक संपदा के मालिक होंगे। सारा ट्रिस, बताती हैं कि केवल उपयोगकर्ता ही लक्ष्य अणुओं को देख सकते हैं, और यह कि मिलिपोरेस्गमा रसायन विज्ञान द्वारा प्रस्तावित संश्लेषण विकल्पों की बौद्धिक संपदा को नियंत्रित नहीं करेगा।

कंपनी सॉफ्टवेयर का परीक्षण करने के लिए पहले से ही उद्योग और शैक्षणिक भागीदारों के साथ काम कर रही है और इस साल के अंत में एक व्यावसायिक संस्करण जारी करने की उम्मीद करती है।

मूल लेख सार्वजनिक रूप से उपलब्ध है। 10.1016 / j.chempr.2018.02.002

कौन परवाह करता है, यहां आप पढ़ सकते हैं कि वे पूर्वव्यापीकरण की योजना कैसे बनाते हैं।