혁신적인 역합성 경로를 위한 화학 빌딩 블록에 접근하기
소개
화학 빌딩 블록은 합성 경로를 구성하는 기반이 되는 기질입니다. 재합성 분석에서 화학자들은 더 간단하고 쉽게 구할 수 있는 전구체에 도달할 때까지 일련의 논리적 연결을 통해 표적 분자를 분해합니다. 이러한 합성 경로의 실현 가능성과 창의성은 이러한 빌딩 블록의 가용성과 다양성에 직접적인 영향을 받습니다. 상업적으로 접근 가능한 광범위한 화합물에 대한 접근성을 통해 화학자들은 새롭고 효율적이며 짧은 합성 경로를 설계할 수 있으며, 이는 빠르게 변화하는 약물 발견 및 개발 환경에서 특히 중요한 이점이 됩니다.
재합성 계획에서 화학 빌딩 블록의 역할
역합성은 전략적 접근 방식으로서합성 계획은 복잡한 분자를 더 단순한 구성 요소로 환원하는 것을 중심으로 이루어집니다. 궁극적인 목표는 상업적으로 이용 가능하거나 쉽게 합성할 수 있는 화학 빌딩 블록에서 종결되는 실행 가능한 경로를 식별하는 것입니다. 이러한 엔드포인트 시약은 경로 실행 가능성에 대한 중요한 앵커 역할을 합니다.
전통적으로 재합성은 합성 화학자의 직관과 경험에 크게 의존했습니다. 그러나 SYNTHIA® 플랫폼과 같은 최신 컴퓨터 지원 합성 계획(CASP) 도구는 수많은 분리 전략을 알고리즘적으로 탐색하여 이 기능을 확장합니다. 이러한 플랫폼은 사용 가능한 빌딩 블록으로 마무리되는 역합성 경로의 우선 순위를 정합니다. 제안된 경로가 소싱할 수 없는 화합물로 끝나는 경우 "미해결"로 분류되며, 이는 계산 계획에서 강력하고 접근 가능한 빌딩 블록 라이브러리의 중요성을 강조합니다.합성 최적화.
화학 빌딩 블록 라이브러리 확장을 통한 새로운 경로 개척
빌딩 블록 라이브러리의 다양성을 강화하면 재합성 알고리즘에 사용할 수 있는 솔루션 공간이 근본적으로 달라집니다. 방대한 시작 물질 카탈로그는 보다 창의적이고 명확하지 않은 연결 고리를 찾아낼 확률을 높입니다. 예를 들어 SYNTHIA®는 1,200만 개 이상의 상용 화합물 데이터베이스를 통합하여 혁신적인 합성 솔루션의 범위를 크게 넓혔습니다.
기존에는 사용되지 않았지만 사용 가능한 중간체를 통해 경로를 식별할 수 있는 이 능력은 혁신적입니다. 예를 들어, 화학자들은 다단계 염기서열을 통해 핵심 단편을 합성하는 대신 해당 단편이 구매 가능한 빌딩 블록으로 존재한다는 사실을 발견할 수 있습니다. 이러한 경우 합성을 압축하여 시간과 리소스를 절약할 수 있습니다. 계산 도구를 사용하면 이렇게 확장된 화학 공간을 신속하게 스크리닝하여 수동으로 탐색하기에는 비현실적인 새로운 경로를 체계적으로 평가할 수 있습니다.
화학 빌딩 블록 선택 및 접근성의 과제
방대한 빌딩 블록 라이브러리의 잠재력에도 불구하고 현실적인 과제가 남아 있습니다. 가용성은 단순히 "데이터베이스에 존재하는가"가 아니라 "합리적인 비용, 순도, 리드 타임으로 접근 가능한가"로 해석되어야 합니다. 컴퓨터로 생성된 계획은 이론적으로는 실행 가능하지만 상업적으로 비현실적인 중간 단계를 제안할 수 있습니다. 이러한 한계를 극복하려면 최신 공급업체 데이터베이스와 비용 데이터를 통합하는 것이 필수적입니다.
SYNTHIA®는 제안하는 모든 경로에 대한 구매 메타데이터와 절차적 '레시피'를 내장하여 이 문제를 해결합니다. 여기에는 시약 목록, 용매 및 조건이 포함되어 화학자에게 벤치 규모 구현을 위한 실행 가능한 인사이트를 제공합니다. 또한 이 플랫폼은 사내 재고 또는 규제 요건과 같이 사용자가 정의한 제약 조건에 따라 경로를 필터링할 수 있습니다. 이 기능은 생성된 합성이 이론적으로 우아할 뿐만 아니라 실질적으로 실행 가능한지 확인합니다.
SYNTHIA®를 통한 AI 지원 화학 빌딩 블록 발견
인공 지능은 가능한 단절을 철저하고 편견 없이 열거할 수 있도록 하여 역합성 계획을 강화합니다. SYNTHIA®는 선별된 전문가 규칙과 머신 러닝 모델을 혼합하여 복잡한 반응 네트워크를 탐색하는 하이브리드 엔진을 사용합니다. 이러한 접근 방식은 실행 가능한 빌딩 블록으로 끝나는 혁신적인 경로를 발견할 가능성을 높입니다.
AI 기반 시스템의 주요 장점은 단계 수, 합성 복잡도, 전체 성공 확률과 같은 정량적 지표를 사용하여 여러 경로 시나리오를 비교할 수 있다는 점입니다. 희귀하거나 색다른 빌딩 블록이 포함된 경로라도 더 효율적인 결과를 도출한다면 좋은 점수를 받을 수 있습니다. 따라서 화학자들은 강력한 계산적 검증을 통해 기존 사고에서 벗어난 전략을 고려할 수 있습니다. 비교 벤치마킹에서 SYNTHIA®는 다양한 표적에 걸쳐 실행 가능한 합성을 생성하는 데 있어 우수한 성능을 입증했습니다.
지속 가능성 및 친환경 화학 고려 사항
최신 역합성 도구는 원자 경제성과 같은 지표를 포함한 친환경 화학 원리도 통합합니다.을 포함하고 있습니다. 빌딩 블록 선택은 시약과 중간체의 환경 발자국에 점점 더 많은 영향을 받고 있습니다. SYNTHIA®는 빌딩 블록에 환경 영향 지표를 태그하여 사용자가 생태학적 비용이 낮은 경로의 우선순위를 정할 수 있도록 지원함으로써 지속가능성을 고려한 합성 계획을 수립할 수 있도록 합니다.
또한 복잡한 중간체 제조를 친환경 인증 제조 공정을 갖춘 공급업체에 아웃소싱하면 실험실 폐기물 및 에너지 소비를 더욱 줄일 수 있습니다. 반대로 위험하거나 지속 불가능한 전구체에 의존하는 경로는 우선순위가 떨어질 수 있습니다. 화학물질 소싱 데이터와 지속가능성 평가를 통합하면 혁신적이고 효율적일 뿐만 아니라 환경적으로도 책임감 있는 합성 설계가 가능합니다.
마무리 생각
포괄적이고 다양하며 실시간으로 액세스 가능한화학 빌딩 블록 라이브러리에 대한 액세스 재합성 전략을 재편하고 있습니다. 강력한 CASP 도구와 방대한 빌딩 블록 데이터베이스의 융합(예: SYNTHIA® 플랫폼)은 화학자들이 화학 공간의 새로운 영역을 탐색하고 합성 계획을 간소화하며 화합물 개발 파이프라인을 가속화할 수 있도록 지원하고 있습니다. 비용, 가용성, 지속 가능성을 재합성 로직에 통합함으로써 SYNTHIA®와 같은 플랫폼은 지능형 합성 설계의 새로운 표준을 제시합니다.
참고 문헌
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- Back, S., Aspuru-Guzik, A., Ceriotti, M. 외. AI를 통한 화학 과학 가속화, Digital Discovery, 3(1). (2024).https://doi.org/10.1039/D3DD00213F
