Поляки стали соавторами нового метода изучения химических реакций
Международная группа учёных, включая поляков, разработала новый метод изучения химических реакций, который может ускорить работу лабораторий. Результаты опубликованы в журнале Nature.
Исследователи из Института фундаментальных наук (IBS) в Ульсане (Южная Корея) создали недорогую роботизированную платформу, которая с помощью алгоритмов искусственного интеллекта позволяет изучать тысячи реакций и составлять подробные карты их протекания.
«На результат реакции влияют не только ингредиенты, но и температура, давление и катализаторы», — пояснил Рафал Фридрих из Центра алгоритмического и роботизированного синтеза IBS. Традиционный анализ всех комбинаций занял бы годы, новая платформа проводит сотни реакций одновременно в маленьких пробирках, а процесс занимает всего несколько часов.
Каждый образец соответствует определённым условиям, создавая полную карту реакций, которую учёные назвали гиперпространством. «Реакции не протекают линейно. Они образуют сеть связей между элементами, и изменение начальных условий позволяет переключать направления реакций», — отметил Фридрих.
До этого лаборатории могли анализировать лишь часть возможных условий, поскольку классические методы, такие как магнитно-резонансная спектроскопия или жидкостная хроматография, требуют много времени и средств. Команда под руководством профессора Бартоша Гжибовского создала устройство с быстрыми оптическими измерениями, которое позволяет одновременно проводить сотни реакций.
«Каждый образец анализируется спектром света в УФ-диапазоне, а алгоритмы определяют, какие продукты образовались и в каком количестве. Метод быстрый и дешевый», — пояснил Фридрих.
За год устройство позволило открыть дополнительные продукты и связи в известных реакциях. В классической реакции Ганча учёные нашли девять новых соединений. Изменяя пропорции субстратов, они смогли получать разные основные продукты с выходом более 60% без добавления новых реагентов.
В многокомпонентных реакциях переходы между продуктами обычно постепенные, что позволяет строить карты реакций с помощью алгоритмов и экономить время и ресурсы. Анализ состава катализатора показал, что даже небольшие изменения полностью меняют направление реакции и её эффективность.
Учёные сравнивают принцип работы платформы с электроникой: изучая входные и выходные состояния, они воссоздают сеть связей между реакциями. Это открывает новый подход к химии — вместо одной реакции создаётся управляемая сеть.
Карты реакций позволяют эффективнее расходовать ресурсы и энергию, получая нужные соединения из одного набора субстратов — от лекарств до красителей и электронных материалов. Исследователи выложили чертежи платформы и программное обеспечение в открытый доступ, чтобы лаборатории могли воспроизвести устройство и проводить до тысячи реакций в день.
Публикация, соавторами которой являются Бартош Гжибовски, Рафал Фридрих и Даниэль Матущик, представляет первый комплексный подход к изучению реакций в гиперпространстве. Метод позволяет ускорить открытие новых реакций и лучше понять давно известные, а также применить искусственный интеллект для планирования экспериментов.
Источник: naukawpolsce.pl
Исследователи из Института фундаментальных наук (IBS) в Ульсане (Южная Корея) создали недорогую роботизированную платформу, которая с помощью алгоритмов искусственного интеллекта позволяет изучать тысячи реакций и составлять подробные карты их протекания.
«На результат реакции влияют не только ингредиенты, но и температура, давление и катализаторы», — пояснил Рафал Фридрих из Центра алгоритмического и роботизированного синтеза IBS. Традиционный анализ всех комбинаций занял бы годы, новая платформа проводит сотни реакций одновременно в маленьких пробирках, а процесс занимает всего несколько часов.
Каждый образец соответствует определённым условиям, создавая полную карту реакций, которую учёные назвали гиперпространством. «Реакции не протекают линейно. Они образуют сеть связей между элементами, и изменение начальных условий позволяет переключать направления реакций», — отметил Фридрих.
До этого лаборатории могли анализировать лишь часть возможных условий, поскольку классические методы, такие как магнитно-резонансная спектроскопия или жидкостная хроматография, требуют много времени и средств. Команда под руководством профессора Бартоша Гжибовского создала устройство с быстрыми оптическими измерениями, которое позволяет одновременно проводить сотни реакций.
«Каждый образец анализируется спектром света в УФ-диапазоне, а алгоритмы определяют, какие продукты образовались и в каком количестве. Метод быстрый и дешевый», — пояснил Фридрих.
За год устройство позволило открыть дополнительные продукты и связи в известных реакциях. В классической реакции Ганча учёные нашли девять новых соединений. Изменяя пропорции субстратов, они смогли получать разные основные продукты с выходом более 60% без добавления новых реагентов.
В многокомпонентных реакциях переходы между продуктами обычно постепенные, что позволяет строить карты реакций с помощью алгоритмов и экономить время и ресурсы. Анализ состава катализатора показал, что даже небольшие изменения полностью меняют направление реакции и её эффективность.
Учёные сравнивают принцип работы платформы с электроникой: изучая входные и выходные состояния, они воссоздают сеть связей между реакциями. Это открывает новый подход к химии — вместо одной реакции создаётся управляемая сеть.
Карты реакций позволяют эффективнее расходовать ресурсы и энергию, получая нужные соединения из одного набора субстратов — от лекарств до красителей и электронных материалов. Исследователи выложили чертежи платформы и программное обеспечение в открытый доступ, чтобы лаборатории могли воспроизвести устройство и проводить до тысячи реакций в день.
Публикация, соавторами которой являются Бартош Гжибовски, Рафал Фридрих и Даниэль Матущик, представляет первый комплексный подход к изучению реакций в гиперпространстве. Метод позволяет ускорить открытие новых реакций и лучше понять давно известные, а также применить искусственный интеллект для планирования экспериментов.
Источник: naukawpolsce.pl
