Traducción de los resultados de Retrosynthesis Software a instrucciones de síntesis automatizada
Los programas informáticos de retrosíntesis como SYNTHIA® pueden generar rutas sintéticas detalladas para llegar a una molécula diana. Estos resultados suelen incluir tipos de reacción, reactivos y referencias bibliográficas. Aunque los químicos pueden interpretarlos fácilmente, los robots de laboratorio no pueden ejecutarlos de inmediato. Para colmar esta laguna es necesario traducir los planes legibles por el ser humano en instrucciones legibles por la máquina, como dispensar líquidos, ajustar temperaturas o agitar durante periodos definidos. Lograr esta traducción no es trivial. Cada paso debe estandarizarse con detalles como las cantidades de reactivo, el orden de adición, la elección del disolvente, la temperatura y el tiempo de reacción. En la actualidad, los químicos suelen realizar esta traducción manualmente mediante la redacción de protocolos, pero este campo está evolucionando hacia la integración directa de software y hardware.
Estandarización de las recetas sintéticas
Una forma de reducir esta brecha es la creación de formatos estandarizados y legibles por máquina para las recetas químicas. Los investigadores han desarrollado incluso lenguajes de programación química que codifican los procedimientos de laboratorio de forma estructurada. Por ejemplo, Synple chem es un sintetizador automatizado de sobremesa con un protocolo de reacción estandarizado para las reacciones más comunes de la química orgánica (animación reductora, acoplamientos de amidas, reacciones suzuki, etc.), que permite a los químicos cargar simplemente el cartucho de reactivo correspondiente y su muestra, y después elegir un programa preestablecido que determina el tiempo, la temperatura y el volumen de disolvente.
SYNTHIA eleva aún más estas ganancias de eficiencia diseñando rutas para reacciones que ya tienen programas/ cartuchos Synple chem preestablecidos, lo que permite automatizar los pasos de síntesis posteriores.
Integración con el hardware del laboratorio
Los resultados de la retrosíntesis también deben adaptarse a las capacidades de las plataformas de automatización disponibles. Los distintos sintetizadores automatizados varían en su capacidad de manipulación de reactivos, los tipos de reacción admitidos y los controles ambientales. No todas las rutas propuestas computacionalmente pueden ejecutarse en todas las máquinas. Por ejemplo, una ruta que requiera metalización criogénica puede no ser factible en un reactor robotizado de sobremesa.
Por eso, la compatibilidad de la automatización se ha convertido en un importante criterio de puntuación. Los investigadores Gao y Coley han sugerido que las rutas sintéticas se clasifiquen no sólo por su viabilidad química, sino también por su compatibilidad con el hardware. SYNTHIA representa este concepto a través de su compatibilidad con el sintetizador automatizadoSintetizador automatizado Synpleque acelera el diseño de rutas con un conjunto personalizado de rutas potenciales clasificadas para una molécula diana determinada. De este modo, SYNTHIA puede proponer rutas filtradas a través del sistema Synple, lo que permite a los usuarios seleccionar las vías deseadas y programar el sistema para que ejecute pasos de reacción individuales.
Acerca de las principales estrategias y enfoques del análisis retrosintético.
Retos y desarrollos en curso
A pesar de los importantes avances logrados, la traducción totalmente automatizada sigue siendo un trabajo en curso. Cada paso retrosintético debe detallarse en un protocolo con condiciones operativas. Las Referencias bibliográficas suelen proporcionarlas, pero extraer las condiciones automáticamente es complejo. Los avances en el procesamiento del lenguaje natural (PLN) y la minería de textos están empezando a automatizar la extracción de detalles experimentales de las publicaciones, lo que permite a los modelos de IA generar procedimientos ejecutables.
Otro enfoque prometedor es el uso de protocolos basados en plantillas: bibliotecas de procedimientos operativos estándar para tipos de reacción comunes que pueden rellenarse con reactivos y condiciones específicos. La integración centrada en los datos refuerza aún más este proceso. Al registrar el resultado de cada ejecución, los sistemas pueden aprender qué conjuntos de instrucciones producen sistemáticamente resultados fiables, mejorando con el tiempo la precisión de la traducción.
En resumen, el proceso de convertir los resultados de la retrosíntesis en instrucciones de máquina implica refinar las rutas para que sean compatibles con el hardware, enriquecerlas con condiciones, codificarlas en formatos estructurados y ejecutarlas mediante plataformas robóticas. Gracias a los continuos avances de la IA, la PNL y la automatización, la distancia entre la planificación y la ejecución es cada vez menor. A medida que evolucionan los laboratorios autónomoslos resultados del Retrosynthesis Software pueden fluir cada vez más directamente hacia la ejecución robótica, borrando la frontera entre saber qué hacer y llevarlo a cabo.
Referencias
- Gao W, Raghavan P, Coley CW. Plataformas autónomas para la síntesis orgánica basada en datos. Nat Commun. 2022 Feb 28;13(1):1075. doi: 10.1038/s41467-022-28736-4.
- Chen, J.; Xu, Q. Artificial intelligence-driven autonomous laboratory for accelerating chemical discovery. Chem. Synth. 2025, 5, 76. https://dx.doi.org/10.20517/cs.2025.66
