Tradurre gli output del Software di retrosintesi in istruzioni di sintesi automatizzate
Software di retrosintesi come SYNTHIA® possono produrre Vie sintetiche dettagliate per raggiungere una molecola target. Questi output includono tipicamente i tipi di reazione, i reagenti e i riferimenti bibliografici. Sebbene siano facilmente interpretabili dai chimici, non sono immediatamente eseguibili dai robot di laboratorio. Per colmare questo divario è necessario tradurre i piani leggibili dall'uomo in istruzioni leggibili dalla macchina, come ad esempio l'erogazione di liquidi, l'impostazione di temperature o l'agitazione per una durata definita. Realizzare questa traduzione non è banale. Ogni fase deve essere standardizzata con dettagli quali le quantità di reagenti, l'ordine di aggiunta, la scelta del solvente, la temperatura e il tempo di reazione. Oggi i chimici eseguono spesso questa traduzione manualmente scrivendo protocolli, ma il settore si sta muovendo verso l'integrazione diretta tra software e hardware.
Standardizzazione delle ricette di sintesi
Un approccio per ridurre questo divario è la creazione di formati standardizzati e leggibili dalla macchina per le ricette chimiche. I ricercatori hanno persino sviluppato linguaggi di programmazione chimica che codificano le procedure di laboratorio in modo strutturato. Per esempio, Synple chem è un sintetizzatore automatico da banco con un protocollo di reazione standardizzato per le reazioni più comuni della chimica organica (animazione riduttiva, accoppiamenti ammidici, reazioni di Suzuki, ecc.), che consente ai chimici di caricare semplicemente la cartuccia di reagenti corrispondente e il loro campione, quindi di scegliere un programma preimpostato che determina tempo, temperatura e volume del solvente.
SYNTHIA aumenta ulteriormente l'efficienza progettando percorsi per reazioni che hanno già programmi/cartucce Synple chem prestabiliti, consentendo di automatizzare le fasi successive della sintesi.
Integrazione con l'hardware del laboratorio
I risultati della retrosintesi devono essere adattati alle capacità delle piattaforme di automazione disponibili. I diversi Sintetizzatori automatici variano per capacità di gestione dei reagenti, tipi di reazione supportati e controlli ambientali. Non tutti i percorsi proposti dal punto di vista computazionale possono essere eseguiti su tutte le macchine. Ad esempio, un percorso che richiede la metallizzazione criogenica potrebbe non essere fattibile su un reattore robotico da banco.
Per questo motivo la compatibilità con l'automazione è diventata un importante criterio di valutazione. I ricercatori Gao e Coley hanno suggerito di classificare le vie sintetiche non solo in base alla fattibilità chimica, ma anche alla compatibilità hardware. SYNTHIA rappresenta questo concetto grazie alla sua compatibilità con il sintetizzatore automatizzatoSintetizzatore automatico Synpleche accelera la progettazione di vie di sintesi con un insieme personalizzato di potenziali percorsi classificati per una determinata molecola target. SYNTHIA può quindi proporre percorsi filtrati attraverso il sistema Synple, consentendo agli utenti di selezionare i percorsi desiderati e di programmare il sistema per eseguire le singole fasi di reazione.
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Sfide e sviluppi in corso
Nonostante i progressi significativi, la traduzione completamente automatizzata rimane un lavoro in corso. Ogni fase di retrosintesi deve essere dettagliata in un protocollo con le condizioni operative. I Riferimenti bibliografici spesso li forniscono, ma l'estrazione automatica delle condizioni è complessa. I progressi nell'elaborazione del linguaggio naturale (NLP) e nel text mining stanno iniziando ad automatizzare l'estrazione dei dettagli sperimentali dalle pubblicazioni, consentendo ai modelli di IA di generare procedure eseguibili.
Un altro approccio promettente è l'uso di protocolli basati su modelli: librerie di procedure operative standard per tipi di reazione comuni che possono essere popolate con reagenti e condizioni specifiche. L'integrazione centrata sui dati rafforza ulteriormente questo processo. Registrando i risultati di ogni esecuzione, i sistemi possono apprendere quali set di istruzioni producono costantemente risultati affidabili, migliorando nel tempo l'accuratezza della traduzione.
In sintesi, il processo di conversione dei risultati della retrosintesi in istruzioni automatiche prevede l'affinamento dei percorsi per la compatibilità hardware, l'arricchimento con le condizioni, la codifica in formati strutturati e l'esecuzione tramite piattaforme robotiche. Grazie ai continui progressi dell'IA, dell'NLP e dell'automazione, il divario tra pianificazione ed esecuzione si sta riducendo costantemente. Con l'evoluzione dei laboratori autonomi,i risultati dei software di retrosintesi possono sempre più confluire direttamente nell'esecuzione robotica, cancellando il confine tra il sapere cosa fare e l'eseguirlo.
Riferimenti
- Gao W, Raghavan P, Coley CW. Piattaforme autonome per la sintesi organica guidata dai dati. Nat Commun. 2022 Feb 28;13(1):1075. doi: 10.1038/s41467-022-28736-4.
- Chen, J.; Xu, Q. Laboratorio autonomo guidato dall'intelligenza artificiale per accelerare la scoperta chimica. Chem. Synth. 2025, 5, 76. https://dx.doi.org/10.20517/cs.2025.66
