ИИ поможет в 180 раз быстрее открывать новые химические реакции

Химики создали цифрового «помощника» на основе искусственного интеллекта, который в 180 раз ускорил поиск новых химических реакций. Всего за несколько часов вместо нескольких лет алгоритм проанализировал десятки тысяч превращений, а отобранные им варианты химикам удалось проверить экспериментально всего за неделю. В результате авторы открыли ранее неизвестные реакции, которые могут быть полезны для создания новых противоопухолевых препаратов.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Angewandte Chemie International Edition​.

Для производства современных лекарств, умных материалов, эффективных удобрений и многих других продуктов ученые постоянно ищут новые химические реакции. Это крайне трудоемкий и медленный процесс, поскольку специалисты тратят месяцы и годы, чтобы из тысяч возможных комбинаций реагентов и условий получения выбрать те, что подойдут под конкретную задачу. Поэтому необходим способ автоматизировать и упростить такой поиск.

Исследователи из Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН (Москва) под руководством академика РАН Валентина Ананикова доказали​, что можно сократить многолетний процесс открытия химических реакций всего до одной недели, если специалистам будет помогать цифровой «со-эксперт».

В качестве примера такого инструмента авторы создали компьютерный алгоритм, обученный правилам, по которым идёт реакция циклоприсоединения. Это превращение для сборки сложных молекул в виде циклических структур, которые лежат в основе некоторых антибиотиков, противоопухолевых средств и других лекарств.

Сравнение традиционного поиска новых химических реакций и процесса с использованием цифрового «помощника»

Чтобы проверить, как работает цифровой «помощник», химики дали ему проанализировать набор данных о свойствах и строении 134 тысяч молекул. Опираясь на него, инструмент автоматически сгенерировал 31 тысячу возможных реакций циклоприсоединения. Затем он всего за несколько часов выбрал 205 наиболее реалистичных превращений, которые не требуют дорогих и редких реактивов, а также протекают в обычных условиях.

На следующем этапе специалисты выбрали четыре самые многообещающие реакции для лабораторной проверки, и в двух из них удалось получить новые полезные продукты. Интересно, что фрагменты синтезированных молекул встречаются в противоопухолевых препаратах, поэтому новые реакции могут использоваться для их создания. Исследователи также улучшили эти превращения, выбрав наиболее удобные и доступные исходные вещества для эксперимента. В результате анализ, который потребовал бы около 3,5 лет непрерывной работы, был выполнен за неделю.

«Предложенный нами цифровой помощник берет на себя тяжёлую и объёмную работу по первичному анализу, а человек принимает творческие решения на уже проработанном пространстве данных. Наше исследование демонстрирует, что даже без дорогостоящих роботизированных лабораторий возможно существенно ускорить открытие новых реакций, опираясь на доступные вычислительные инструменты и экспертный опыт. В дальнейшем мы планируем расширить эту методологию на другие химические процессы и сделать универсального ИИ-со-эксперта для химии», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Валентин Анаников, доктор химических наук, заведующий лабораторией металлокомплексных и наноразмерных катализаторов ИОХ РАН.

Ранее учёные разработали дешёвый катализатор на основе простейших солей никеля и фотоактивной добавки. С его помощью авторам удалось создать и описать более 250 продуктов, среди которых оказались молекулы-предшественники лекарств, пестицидов и других полезных соединений.

Источник: пресс-служба РНФ.