電子書籍
グリーンケミストリー革命
持続可能な合成のためのAIと自動化の活用
ワイリー社から出版された本書は、人工知能（AI）と自動化が有機化学の分野、特に持続可能な合成の文脈に与える変革的な影響について探求している。AI主導の方法論が、新規経路の提案や反応条件の最適化によって、複雑な分子の合成にどのような革命をもたらしているかを紹介している。機械学習と専門家によるコード化された反応ルールの統合は、逆合成計画の精度と効率を高め、より迅速な医薬品探索と環境に優しい化学プロセスの開発を促進する。この電子書籍は、化学合成の環境負荷を低減し、資源利用を改善し、新しい治療化合物の創出を加速するためのAIと自動化の可能性を強調している。
学習内容：
- AIが自動化によって医薬品開発プロセスをどのように合理化するかを発見する。
- AIプランニングによる化学反応の精度向上について学ぶ。
- AIとロボット工学が、複雑な化学合成において、どのように人間の入力を最小限に抑えるかを理解する。
- 計算分析が産業廃棄物を有用な化学物質に変える方法を探る。
- AIが新規化合物の合成をいかに迅速に最適化するかについて洞察する。
目次
- 4ページ - イントロダクション
エワ・ガジェフスカ博士 - 6ページ - 合成オートメーション：石器時代から現代への革命
Fang, G., Lin, D.-Z. and Liao, K. より引用。 - 9ページ - 合成プランニングの計算分析：過去と未来
Wang, Z., Zhang, W. and Liu, B. からの引用。 - Page 12 - Expert and Machine-Learning Approaches Allows for Improved Retrosynthetic Planning
Badowski T.,et al.
Le Pogam, P.,et al.から引用。- Page 18 - 人工知能駆動型有機合成-自律的合成への道
Empel, C. and Koenigs, RMより引用。 - 21 ページ - 合成計画で明日の化学を解き明かす
Tim Cernak 教授へのインタビュー
はじめに
エワ・ガジェフスカ博士
急速に進化する科学と産業の進歩の中で、イノベーションの探求は尽きることがありません。産業界が斬新な製品やプロセスを生み出そうと努力する中で、知的財産（IP）の保護と持続可能な実践という2つの重要な課題が浮上してくる。このダイナミックな状況の中で、コンピュータ支援合成設計（CASD）の統合は、イノベーションのための強力なツールとして浮上してきた。
ここでは、最先端のCASD技術と、環境に配慮した実践を促進しながらイノベーションを進めることの相乗効果について掘り下げたいくつかの記事を紹介する。このeBookでは、過去と現在のコンピュータ支援合成設計の概要を、画期的な開発例や持続可能性に沿った応用例とともに紹介し、高度なアルゴリズム、データ駆動型の洞察、予測モデリングを活用することで、CASDが研究者に化学合成プロセスの設計と最適化をいかに効率化させるかを示す。
また、CASDがグリーンケミストリー（化学プロセスが環境に与える影響を最小限に抑えることを目的とした学問分野）の推進に果たす極めて重要な役割についても明らかにすることを目的としています。本書は、CASDがいかに環境に優しい反応経路の同定、廃棄物発生の削減、資源利用の最適化に役立つかを強調するものである。グリーンケミストリー支援ツールとしてCASDを採用することで、産業界は持続可能性のプロファイルを強化できるだけでなく、より生態学的にバランスの取れた世界に貢献することができます。
工業プロセスでは多くの場合、廃棄物が大量に発生し、汚染や埋め立て、資源の浪費につながる。従来の廃棄物管理方法では、廃棄や焼却が行われており、いずれも環境に悪影響を及ぼしている。しかし、廃棄物を資源と見なす循環型経済の概念が支持されつつある。CASDは、廃棄物を価値ある製品に変換し、バージン資源の需要を削減することで、この転換を可能にする極めて重要な役割を果たしている。これは、コンピュータ支援設計（CAD）、計算化学、および持続可能性メトリクスの力を組み合わせることによって達成され、廃棄物の発生と環境への影響を低減する環境に優しい合成プロセスの設計において、研究者とエンジニアをガイドする。
さらに、コンピュータ支援合成設計の進化を取り上げ、自動合成との将来的な統合について考察した論文もいくつか掲載している。自動合成の将来は、技術、人工知能、そして持続可能性への懸念の進歩に後押しされ、大きな可能性を秘めている。この先、自動合成を取り巻く環境は、いくつかのトレンドと発展によって形作られていくと思われる。人工知能（AI）と機械学習（ML）技術の統合は、自動合成において極めて重要な役割を果たすだろう。これらの技術は、膨大な量のデータを分析し、反応結果を予測し、反応条件を最適化し、新しい合成ルートを提案することができる。AI主導のシステムは、成功した反応と失敗した反応の両方から学ぶことができ、より効率的で革新的なプロセスにつながる。ロボットシステムや自動化された機器を備えたラボでは、研究者は同時に多数の実験を行うことができ、サンプルの前処理、試薬の添加、データ収集などのさまざまな作業を処理するため、研究者はより複雑で創造的な作業に時間を割くことができる。
化学合成の未来は、最先端技術の統合、持続可能性を重視したアプローチ、効率の向上によって特徴づけられる。自動化が化学分野に革命をもたらし続ける中、研究者や産業界は、化学合成への、より合理的で革新的、かつ環境に配慮したアプローチを期待することができる。全体的で生態学的なアプローチをとる場合、コンピューター支援持続可能合成デザイン（CASSD）は、革新と持続可能性を相乗的に高める強力なツールとして位置づけられる。産業廃棄物を価値ある製品に変換するCASSDの応用は、循環型経済の原則に合致し、より環境に優しく効率的な未来への道を開きます。産業界がCASSDを採用し続けることで、廃棄物の発生、エネルギー消費、環境への影響が大幅に削減され、真に持続可能な産業環境に近づくことが期待できます。
Dr. Ewa Gajewska
製品管理責任者
SYNTHIA®逆合成解析ソフトウェア、デジタルケミストリー
合成オートメーション
石器時代から現代への革命：合成化学の進化は、労働集約的な手作業から、AIとロボット工学の革新に後押しされた高度な自動化システムへと移行した。これらの技術はプロセスを合理化し、効率を高め、複雑な化学合成に要する時間を短縮している。
元記事
Fang, G., Lin, D.-Z. and Liao, K. (2023), Synthetic Automations：A Revolution From "Stone Age" to Modern Era.Chin.J. Chem., 41: 1075-1079. https://doi.org/10.1002/cjoc.202200713
合成計画の計算分析
これまでとこれから計算ツールは、化学合成の精度とスピードを向上させることで、合成計画に大きな変革をもたらした。これらのツールが進化を続けるにつれ、AIとの統合がさらに進み、より洗練された効率的な合成戦略への道が開かれることが期待されている。
原著論文
Wang, Z., Zhang, W. and Liu, B. (2021), Computational Analysis of Synthetic Planning：過去と未来。Chin.J. Chem., 39: 3127-3143. https://doi.org/10.1002/cjoc.202100273
専門家と機械学習アプローチの相乗効果により、逆合成プランニングが改善される
専門家の知識と機械学習を組み合わせることで、逆合成計画の精度と創造性を高める強力な相乗効果が生まれる。このアプローチにより、化学者は従来の手法だけでは明らかにならなかった革新的な経路を発見することができる。
原文
T.Badowski, E. P. Gajewska, K. Molga, B. A. Grzybowski,Angew.Chem.Int.Ed. 2020,59, 725.
コンピュータ支援設計による産業廃棄物からの医薬・農薬の持続的合成
コンピュータ支援設計を活用することで、化学者は産業廃棄物を価値ある医薬品や農薬製品に変換する持続可能な合成ルートを開発することができる。このアプローチは、環境への影響を低減するだけでなく、資源利用とコスト効率を最適化する。
オリジナル記事
P.Le Pogam, N. Papon, M. A. Beniddir, V. Courdavault,ChemSusChem 2022,15, e202201125.
人工知能駆動有機合成-自律合成への道？
AI主導の有機合成は、人間の介入を最小限に抑えた自律的な合成という目標に向かって急速に進展している。こうした進展は、より効率的でスケーラブルな化学生産を可能にすることで、この分野に革命をもたらす可能性を秘めている。
オリジナル記事
C.Empel、R. M. Koenigs、Angew.Chem.Int.Ed. 2019,58, 17114.
コンピュータ支援合成計画で明日の化学を解き明かす
ティム・サーナク教授は、化学の発見と開発に革命をもたらすコンピュータ支援合成計画の変革の可能性を強調する。高度な計算技術を活用することで、化学者は革新的な化合物や材料を生み出す新たな可能性を解き放つことができる。
