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该工具在规划多步骤合成时重复应用这些神经网络

14 8月 , 2019  

化学家有了新的实验室助手:人工智能。研究人员开发出一种深度学习计算机程序。其可产生创建诸如药物化合物等小型有机分子所需的反应序列“蓝图”。表面上看,该工具展现的路径和人类化学家设计的一样好。

这种在日前出版的《自然》杂志上得以描述的工具,并非利用AI替代人类技能和直觉的首个软件。但化学家将此项进展视为一个里程碑,因为它能加速药物研发进程并且使有机化学变得更加高效。

“我们从中看到的是这种AI可获取专业知识。”在英国曼彻斯特大学设计出合成预测工具的Pablo
Carbonell将最新研究描述为“具有里程碑意义的成果”。

传统上,化学家搜寻其他人记录的反应列表,并且利用其自身的直觉制定一步一步的路径,从而产生特定化合物。他们通常逆向操作,从想要创建的分子入手,然后分析哪些现成的试剂和反应序列可被用于合成。该过程被称为逆合成,需要几个小时甚至好几天的规划。

由德国明斯特大学有机化学家和人工智能研究人员Marwin
Segler和同事研制的最新AI工具,利用深度学习神经网络吸收了几乎所有已知的单步有机化学反应。这使其得以预测可被用于任何单步骤的化学反应。该工具在规划多步骤合成时重复应用这些神经网络,将想要的分子解构,直到最终获得可利用的原料。

Segler和团队成员测试了该程序在双盲试验中构建的路径,以便确定有经验的化学家能否将AI的合成路径同人类设计的路径区分开来。他们向来自中国和德国两家机构的45名有机化学家展示了针对9个分子的潜在合成路线:一种由AI系统构建,另一种由人类设计。化学家对于哪种最好并未显示出偏好。

自上世纪60年代起,研究人员一直试图利用计算能力规划有机化学合成,但收效甚微。Segler团队的工具是近年来开发的利用AI标记潜在反应路线的若干程序之一。

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