Na łamach niezwykle prestiżowego czasopisma Nature ukazała się praca pt. "Computational prediction of complex cationic rearrangement outcomes", której współautorem jest dr inż. Sebastian Baś z Zespołu Stereokontrolowanej Syntezy Organicznej Zakładu Chemii Organicznej Wydziału Chemii UJ. Publikacja jest efektem współpracy naukowców z Instytutu Chemii Organicznej PAN, Uniwersytetu Illinois (Szkoły Nauk Chemicznych, Instytutu Laboratorium Twórców Molekuł, Instytutu Biologii Genomicznej oraz Szkoły Medycznej), Wydziału Chemii Uniwersytetu w Bazylei, Wydziału Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego, Katedry Nauki i Inżynierii Biosystemów Politechniki Federalnej w Zurychu, Instytutu Nauk Podstawowych w Korei, Narodowego Instytutu Nauki i Technologii w Ulsan w Korei Południowej oraz firmy AllChemy.
Dotychczasowe osiągnięcia w zastosowaniu sztucznej inteligencji oraz sieci neuronowych w rozwijaniu nowoczesnej chemii organicznej zrewolucjonizowały podejście do syntezy związków organicznych o skomplikowanych cząsteczkach, w tym nowych leków oraz związków naturalnych. Opracowane metody komputerowe opisane w opublikowanej pracy opierały się jednakowoż o dostępną wiedzę i reakcje chemiczne opracowane przez człowieka. Należy zaznaczyć, że metody komputerowe wykorzystywane do projektowania nowych reakcji chemicznych w chemii organicznej bazują na znanych reakcjach opisanych w literaturze i nie są w stanie proponować nowych transformacji chemicznych w oparciu o znajomość podstaw chemii oraz mechanizmów reakcji. Opublikowana praca jest pionierska pod kątem zrozumienia procesów chemicznych przez sztuczną inteligencję, która w oparciu o szczegółową bazę reguł fizykochemicznych, mechanikę kwantową oraz obliczenia kinetyczne jest w stanie przewidzieć strukturę chemiczną potencjalnego produktu reakcji. Algorytm HopCat będący integralną częścią oprogramowania AllChemy opracowanego i rozwijanego przez zespół prof. Grzybowskiego (https://HopCat.allchemy.net/) jest w stanie przewidzieć struktury produktów jednych z najbardziej złożonych reakcji – przegrupowań karbokationów. Wspomniane przegrupowania dość często w istotnym stopniu zmieniają trójwymiarową strukturę cząsteczek w sposób na tyle zawiły i nieoczywisty, że stanowi on wyzwanie nawet dla doświadczonych chemików. Zaprezentowane rozszerzenie AllChemy jest w stanie w ciągu kilku minut zaproponować możliwe produkty przegrupowania, przedstawić ścieżkę etapów prowadzących do określnych struktur oraz obliczyć prawdopodobieństwo ich otrzymania.
Wiarygodność wyników otrzymywanych z algorytmu AllChemy-HopCat została zweryfikowana przez międzynarodowy zespół naukowców między innymi na Wydziale Chemii UJ, Instytutu Chemii Organicznej PAN, Uniwersytetu Illinois w Urbana-Champaign oraz Uniwersytetu w Bazylei we współpracy z firmą prof. Grzybowskiego AllChemy. Część badawcza związana z Wydziałem Chemii UJ dotyczyła porównywania zgodności wyników proponowanych przez program z rzeczywistym składem mieszaniny produktów powstałych w wyniku przegrupowania karbokationów otrzymanych z naturalnych terpenów takich jak linalol (obecny w herbacie) oraz fenchol (składnik perfum). Program był w stanie zaproponować nie tylko etapy poszczególnych przemian prowadzących do otrzymania obserwowanych związków w formie ścieżek mechanistycznych, ale również poprawnie przewidywał zmiany ich procentowej zawartości (selektywność) w mieszaninie wraz ze zmianą temperatury reakcji. Ponadto AllChemy zidentyfikował nieznane dotychczas produkty reakcji oraz umożliwił weryfikację danych pozyskiwanych z oprogramowania przeznaczonego do analizy związków i pozwolił wyeliminować niepoprawnie przypisane struktury, co również zostało potwierdzone eksperymentalnie.
Po więcej szczegółów zapraszamy na stronę oprogramowania AllChemy: https://allchemy.net/
Serdecznie gratulujemy!
Zgodnie z wykazem czasopism naukowych i recenzowanych materiałów z konferencji międzynarodowych Ministerstwa Edukacji i Nauki liczba punktów przypisana czasopismu Nature wynosi 200 (Impact Factor = 64.8).
Nature (2023) https:/doi.org/10.1038/s41586-023-06854-3
