Traduire les résultats du Logiciel de rétrosynthèse en instructions de synthèse automatisées
Les logiciels de rétrosynthèse tels que SYNTHIA® peuvent produire des Voies synthétiques détaillées pour atteindre une molécule cible. Ces résultats comprennent généralement les types de réaction, les réactifs et les Références bibliographiques. S'ils sont facilement interprétables par les chimistes, ils ne sont pas immédiatement exécutables par les robots de laboratoire. Pour combler ce fossé, il faut traduire les plans lisibles par l'homme en instructions lisibles par la machine, telles que la distribution de liquides, le réglage de la température ou l'agitation pendant des durées définies. Cette traduction n'est pas triviale. Chaque étape doit être normalisée avec des détails tels que les quantités de réactifs, l'ordre d'addition, le choix du solvant, la température et le temps de réaction. Aujourd'hui, les chimistes effectuent souvent cette traduction manuellement en rédigeant des protocoles, mais le domaine évolue vers une intégration directe du logiciel au matériel.
Normalisation des recettes de synthèse
La création de formats normalisés et lisibles par les machines pour les recettes chimiques est l'une des approches permettant de réduire cet écart. Les chercheurs ont même mis au point des langages de programmation chimique qui codent les procédures de laboratoire de manière structurée. Par exemple, Synple chem est un synthétiseur automatisé de paillasse doté d'un protocole de réaction normalisé pour les réactions les plus courantes en chimie organique (animation réductrice, couplages amide, réactions de Suzuki, etc.), ce qui permet aux chimistes de charger simplement la cartouche de réactifs correspondante et leur échantillon, puis de choisir un programme prédéfini qui détermine le temps, la température et le volume de solvant.
SYNTHIA augmente encore ces gains d'efficacité en concevant des itinéraires pour des réactions qui ont déjà des programmes/cartouches Synple chem préétablis, ce qui permet d'automatiser les étapes de synthèse ultérieures.
Intégration avec le matériel de laboratoire
Les résultats de la rétrosynthèse doivent également être adaptés aux capacités des plates-formes d'automatisation disponibles. Les différents Synthétiseurs automatisés varient dans leur capacité de manipulation des réactifs, les types de réaction pris en charge et les contrôles environnementaux. Toutes les voies proposées par le calcul ne peuvent pas être exécutées sur toutes les machines. Par exemple, une voie nécessitant une métallisation cryogénique peut ne pas être réalisable sur un réacteur robotisé de paillasse.
C'est pourquoi la compatibilité avec l'automatisation est devenue un critère de notation important. Les chercheurs Gao et Coley ont suggéré que les Voies de synthèse soient classées non seulement en fonction de leur faisabilité chimique, mais aussi de leur compatibilité matérielle. SYNTHIA représente ce concept grâce à sa compatibilité avec le synthétiseur automatisé Synple.Synthétiseur automatisé Synplequi accélère la conception de voies avec un ensemble personnalisé de voies potentielles classées pour une molécule cible donnée. SYNTHIA peut ainsi proposer des voies filtrées par le système Synple, ce qui permet aux utilisateurs de sélectionner les voies souhaitées et de programmer le système pour qu'il exécute les différentes étapes de la réaction.
Défis et développements en cours
Malgré des progrès significatifs, la traduction entièrement automatisée reste un travail en cours. Chaque étape de la rétrosynthèse doit être détaillée dans un protocole avec des conditions opérationnelles. Les Références bibliographiques fournissent souvent ces conditions, mais leur extraction automatique est complexe. Les progrès du traitement du langage naturel (NLP) et de l'exploration de texte commencent à automatiser l'extraction des détails expérimentaux des publications, ce qui permet aux modèles d'intelligence artificielle de générer des procédures exécutables.
Une autre approche prometteuse est l'utilisation de protocoles basés sur des modèles : des bibliothèques de procédures opérationnelles standard pour des types de réaction communs qui peuvent être alimentées avec des réactifs et des conditions spécifiques. L'intégration centrée sur les données renforce encore ce processus. En enregistrant les résultats de chaque essai, les systèmes peuvent apprendre quels ensembles d'instructions produisent systématiquement des résultats fiables, améliorant ainsi la précision de la traduction au fil du temps.
En résumé, le processus de conversion des résultats de la rétrosynthèse en instructions machine consiste à affiner les itinéraires pour assurer la compatibilité matérielle, à les enrichir de conditions, à les encoder dans des formats structurés et à les exécuter par l'intermédiaire de plateformes robotisées. Grâce aux progrès constants de l'IA, du NLP et de l'automatisation, le fossé entre la planification et l'exécution se comble progressivement. Les laboratoires autonomes évoluent,les sorties des logiciels de rétrosynthèse pourraient de plus en plus être directement intégrés dans l'exécution robotique, effaçant ainsi la frontière entre savoir quoi faire et l'exécuter.
Références
- Gao W, Raghavan P, Coley CW. Autonomous platforms for data-driven organic synthesis (Plateformes autonomes pour la synthèse organique pilotée par les données). Nat Commun. 2022 Feb 28;13(1):1075. doi : 10.1038/s41467-022-28736-4.
- Chen, J. ; Xu, Q. Laboratoire autonome piloté par l'intelligence artificielle pour accélérer la découverte chimique. Chem. Synth. 2025, 5, 76. https://dx.doi.org/10.20517/cs.2025.66
