逆合成解析ソフトウェアの出力を自動合成命令に変換する
SYNTHIA®のような逆合成解析ソフトウェアは、標的分子に到達するまでの詳細な合成経路を出力することができます。これらの出力には通常、反応タイプ、試薬、文献参照が含まれる。これらの出力は化学者には容易に解釈できるが、実験用ロボットにはすぐに実行できない。このギャップを埋めるには、人間が読める計画を、機械が読める命令（液体の分注、温度の設定、定義された時間の撹拌など）に変換する必要がある。この変換を達成するのは容易ではない。試薬の量、添加の順序、溶媒の選択、温度、反応時間など、各工程の詳細を標準化しなければならない。今日、化学者は、プロトコルを書くことによって、この変換を手作業で行うことが多いが、この分野は、ソフトウェアからハードウェアへの直接統合に向かっている。
合成レシピの標準化
このギャップを縮める一つのアプローチは、化学レシピの標準化された機械可読フォーマットの作成である。研究者たちは、実験手順を構造化された方法でコード化する化学プログラミング言語を開発さえしている。例えば、Synple chemは、有機化学で最も一般的な反応（還元的アニメーション、アミドカップリング、鈴木反応など）の標準化された反応プロトコルを備えた卓上自動合成装置で、化学者は対応する試薬カートリッジとサンプルをセットするだけで、時間、温度、溶媒量を決定するプリセットプログラムを選択できる。
SYNTHIAは、すでに確立されたSynple chemプログラム/カートリッジがある反応のルートを設計することで、これらの効率向上をさらに高め、後続の合成ステップを自動化できるようにします。
ラボのハードウェアとの統合
レトロシンセシス出力は、利用可能な自動化プラットフォームの能力に合わせて調整する必要もあります。自動合成装置は、試薬の取り扱い能力、サポートされる反応の種類、環境制御において様々である。すべての計算で提案された経路が、すべての装置で実行できるわけではない。例えば、低温メタレーションを必要とする経路は、ベンチトップのロボットリアクターでは実行できないかもしれない。
これが、自動化の互換性が重要な採点基準になっている理由である。GaoとColeyの研究者は、合成経路は化学的実現可能性だけでなく、ハードウェアの互換性によってもランク付けされるべきであると提案している。SYNTHIAは、自動合成装置Synpleとの互換性を通して、このコンセプトを表現している。Synple自動合成装置SYNTHIAは、Synple自動合成装置と互換性があり、与えられた標的分子に対して、ランク付けされた潜在的経路のカスタマイズされたセットで経路設計を加速します。SYNTHIAは、Synpleシステムを通してフィルターされた経路を提案することができ、ユーザーは希望する経路を選択し、個々の反応ステップを実行するようにシステムをプログラムすることができます。
逆合成分析の主要な戦略とアプローチについては、こちらをご覧ください。.
課題と進行中の開発
大きな進歩にもかかわらず、完全自動翻訳はまだ進行中である。すべての逆合成ステップは、操作条件を含むプロトコルに詳述されなければならない。文献参照はしばしばこれらを提供してくれるが、条件を自動的に抽出するのは複雑である。自然言語処理（NLP）とテキストマイニングの進歩により、出版物からの実験詳細の抽出が自動化され始めており、AIモデルが実行可能な手順を生成できるようになっている。
もう一つの有望なアプローチは、テンプレートベースのプロトコルの使用である。これは、一般的な反応タイプの標準操作手順のライブラリで、特定の試薬や反応条件を入力することができる。データ中心の統合は、このプロセスをさらに強化する。すべての実行結果を記録することによって、システムは、どのような一連の指示が一貫して信頼できる結果をもたらすかを学習することができ、時間の経過とともに翻訳精度を向上させることができる。
まとめると、レトロシンセシス出力を機械命令に変換するプロセスには、ハードウェアとの互換性を確保するためにルートを改良し、条件を充実させ、構造化されたフォーマットでエンコードし、ロボットプラットフォームを介して実行することが含まれる。AI、NLP、自動化が進むにつれ、計画と実行のギャップは着実に縮まっている。自律型ラボの進化とともに、逆合成解析ソフトウェア出力が直接ロボットによる実行に流れ込み、何をすべきかを知ることとそれを実行することの境界がなくなっていくかもしれない。
参考文献
- Gao W, Raghavan P, Coley CW.データ駆動型有機合成のための自律型プラットフォーム。Nat Commun.doi: 10.1038/s41467-022-28736-4.
- Chem. J.; Xu, Q. 化学的発見を加速する人工知能駆動型自律ラボラトリー。Chem.Synth.2025, 5, 76. https://dx.doi.org/10.20517/cs.2025.66
