Компьютерный синтез химических соединений с заданными свойствами

Проект направлен на разработку и демонстрацию новой вычислительной методологии для проектирования химических структур с заданными свойствами, дополняемыми возможными химическими реакциями. Методология будет основана на новых методах машинного обучения, которые были разработаны в лаборатории профессора Игоря Тетко. Эти методы будут в дальнейшем расширяться, настраиваться и проверяться в нескольких типах химических реакций, основываясь на превосходном дополнительном опыте в химическом синтезе принимающего института (ИХР РАН). Цели проекта включают в себя: 1) методы искусственного интеллекта (ИИ) для получения химических соединений с желаемыми свойствами; 2) Автоматизированная система планирования синтеза предлагаемых соединений на основе заранее определенных наборов химических реакций. Основным результатом проекта станет экспериментально подтвержденная методология для предсказания оптимизированных химических реакций с целью синтеза химических веществ с желаемыми химическими свойствами, а именно: 1) циклические (порфирины) и линейные (дипиррометенаты бора (BODIPY) и фосфора (PODIPY)) олигопирролы, структурные аналоги тетрапиррольных макроциклов АВВВ, АВАВ, ААВААВ, АВВАВВ и АВАВАВ типов, которые широко используются в качестве молекулярных датчиков, рецепторов, систем доставки лекарств, фотодинамических терапевтических агентов, зондов биовизуализации, органических фотоэлектрических элементов, проводящих органических материалов и свето-излучающих материалов; 2) Ионные жидкости, которые являются незаменимыми материалами для зеленой химии, но также используются в фармацевтике, используется в фармацевтике, топливных элементах, солнечных батареях и других полифункциональных материалах. Хотя химические реакции для многих из этих соединений уже известны и ИХР РАН является ведущим мировым экспертом в этой области, целью проекта будет использование искусственного интеллекта и передового машинного обучения для поиска оптимальных условий и альтернативных путей реакции для оптимизации выхода и скорости процесса с целью сведения к минимуму количества стадий реакции, стоимости материалов, а также негативного экотоксикологического внешнего воздействия. Этому будет способствовать: 1) модуль для создания химических структур с желаемыми свойствами, в том числе; 2) модели для прогнозирования целевого свойства; 3) конвейер генерации структуры для интеграции моделей; 4) модуль для прогнозирования одно- и многоступенчатого органического синтеза. Все эти модули будут доступны на онлайн-портале. Поскольку создание такого портала с нуля является очень трудоемкой задачей, он будет разрабатываться на веб-платформе OCHEM (онлайновая база данных CHEmical и среда моделирования), созданной исследовательской группой доктора Тетько и лицензированной BIGCHEM GmbH. Модули, разработанные в этом проекте, будут интегрированы в OCHEM и будут лицензироваться как коммерческое программное обеспечение (BIGCHEM GmbH сохранит 25% для маркетинговых целей), что обеспечит частичное финансирование лаборатории после завершения проекта. Эта система будет доступна в Интернете бесплатно для академических исследователей (сейчас у OCHEM около 6,7 тыс. пользователей) для некоммерческих исследований с целью продвижения разработанного программного обеспечения.