Талидомид — препарат, который ранее применялся для облегчения утреннего недомогания у беременных женщин, демонстрирует различные свойства из-за оптических изомеров в организме: один изомер обладает седативным эффектом, тогда как другой вызывает серьёзные побочные эффекты, такие как врождённые дефекты. Этот пример показывает, что точные методы органического синтеза, которые селективно синтезируют только нужный оптический изомер, имеют решающее значение в разработке новых лекарств.
Преодоление ограничений традиционных методов
Исследовательская группа разработала первую в мире технологию для точного анализа 21 типа реагентов одновременно. Этот прорыв, опубликованный в Journal of the American Chemical Society, как ожидается, внесёт значительный вклад в разработку новых лекарств с использованием искусственного интеллекта (ИИ) и роботов.
Оптические изомеры — это пара молекул с одинаковой химической формулой, которые являются зеркальными отражениями друг друга и не могут быть наложены друг на друга из-за своей асимметричной структуры. Это аналогично левой и правой руке, которые похожи по форме, но не могут быть идеально совмещены.
Профессор Хён У Ким из исследовательской группы Департамента химии KAIST разработал инновационную технологию анализа оптических изомеров, подходящую для эпохи автономного синтеза на основе ИИ. Это исследование — первая в мире технология точного анализа асимметричных каталитических реакций с участием нескольких реагентов одновременно с использованием спектроскопии ядерного магнитного резонанса фтора высокого разрешения (¹⁹F NMR). Ожидается, что она внесёт вклад в различные области, включая разработку новых лекарств и оптимизацию катализаторов.
Автономный синтез на основе ИИ
Автономный синтез на основе ИИ — это передовая технология, которая автоматизирует и оптимизирует процессы синтеза химических веществ с помощью искусственного интеллекта. Она привлекает внимание как ключевой элемент для создания автоматизированных и интеллектуальных исследовательских сред в лабораториях будущего. ИИ прогнозирует и корректирует условия эксперимента, интерпретирует результаты и самостоятельно планирует последующие эксперименты, минимизируя вмешательство человека в повторяющиеся эксперименты и значительно повышая эффективность и инновационность исследований.
В настоящее время, хотя системы автономного синтеза могут автоматизировать всё — от разработки реакций до их проведения, анализ реакций всё ещё зависит от индивидуальной обработки с использованием традиционного оборудования. Это приводит к снижению скорости и возникновению узких мест, что делает его непригодным для высокоскоростных повторяющихся экспериментов.
Преодоление ограничений
Для преодоления этих ограничений исследовательская группа разработала технологию одновременного скрининга нескольких субстратов на основе ¹⁹F NMR. Этот метод включает в себя проведение асимметричных каталитических реакций с несколькими реагентами в одном реакционном сосуде, введение фтора в продукты и последующее использование разработанного группой хирального кобальтового реагента для чёткого количественного определения всех оптических изомеров с помощью ¹⁹F NMR.
Используя превосходное разрешение и чувствительность ¹⁹F NMR, исследовательская группа успешно провела асимметричные синтетические реакции с 21 субстратом одновременно в одном реакционном сосуде и количественно измерила выход продукта и соотношение оптических изомеров без каких-либо отдельных этапов очистки.
Профессор Хён У Ким заявил: «Хотя любой может провести асимметричные синтетические реакции с несколькими субстратами в одном реакторе, точный анализ всех продуктов до сих пор был сложной задачей. Мы ожидаем, что достижение мирового уровня в области мультисубстратного скринингового анализа внесёт значительный вклад в повышение аналитических возможностей платформ автономного синтеза на основе ИИ».
Это исследование предоставляет технологию, которая может быстро проверить эффективность и селективность асимметричных каталитических реакций, необходимых для разработки новых лекарств, и ожидается, что она будет использоваться в качестве основного аналитического инструмента для автономных исследовательских платформ на основе ИИ.
Предоставлено Корейским передовым институтом науки и технологий (KAIST).