Pelnas:
- Gebėjimas suprasti skirtumą tarp išankstinės reakcijos prognozavimo ir retrosintezės ir paklausti dirbtinio intelekto alternatyvių maršrutų ir rizikingiausio žingsnio.
- Žinant, kad būklės skaičiai, išeiga ir reagentų pavadinimai dirbtiniame intelekte yra silpni, ir patvirtinti juos literatūra bei katalogais.
- Gebėjimas nuo pat pradžių planuoti produkto grynumą ir saugumą, atskirai ir aiškiai kvestionuojant šalutines reakcijas
Reakcijos numatymas ir mechanizmas: produkto, būklės ir šalutinių reakcijų numatymas naudojant AI
Chemikas dažniausiai užduoda du klausimus: „Kas nutiks, jei sumaišysiu šias medžiagas? ir „Ką turėčiau daryti, kad gaučiau norimą produktą? Pirmasis yra reakcijos į priekį numatymas (nuo pradinių medžiagų iki produkto), antrasis yra retrosintezės (atgal nuo produkto iki pradinių medžiagų) klausimas. AI yra vertingas smegenų šturmo partneris abiejose srityse: išvardija galimus produktus, pasiūlo sąlygas, sukelia pašalines reakcijas. Tačiau eksperimentai ir literatūra nusprendžia, ar reakcija iš tikrųjų veiks, koks bus jos efektyvumas ir ar ji saugi. Šiame skyriuje išmoksime galingai, bet kontroliuojamai naudoti AI planuojant reakcijas.
Skirtumas tarp išankstinio prognozavimo ir retrosintezės
Išankstinė prognozė: turite pradines medžiagas ir reagentus; "O kaip su produktu?" tu klausi. Pavyzdžiui, jei apdorojate pirminį alkoholį oksidantu, galite gauti aldehidą arba karboksirūgštį; Kuris bus skirtas, priklauso nuo reagento ir būklės. AI paprastai gerai žino šį skirtumą, tačiau gali klysti dėl sąlygų detalių.
Retrosintezė: turite tikslinę molekulę; "Iš kokių paprastesnių dalių galiu tai padaryti?" tu grįši. Kiekvienas žingsnis atgal rodo „nukirpimą“ (atjungimą). AI gerai rūšiuoja kelis alternatyvius kelius; Tačiau būtina literatūra patvirtinti, kad kiekvienas jo siūlomo kelio žingsnis iš tikrųjų veikia.
Patarimas: užuot prašydami dirbtinio intelekto tik vieno „geriausio būdo“, paprašykite 2–3 alternatyvių būdų ir kiekvieno silpnosios vietos („kuris žingsnis rizikingas?“). Rinktis iš alternatyvų yra daug saugiau nei aklai eiti vienu keliu.
Mechanizmas: supratimas, kodėl taip nutinka
Reakcijos mechanizmas žingsnis po žingsnio parodo, kur ir kokia tvarka eina elektronai. AI yra geras mokytojas, paaiškinantis mechanizmą: jis tiesiog paaiškina nukleofilo (daug elektronų, elektronus dovanojančios rūšys), elektrofilo (elektronų neturtingos, elektronus priimančios rūšys), tarpinio produkto ir pereinamosios būsenos sąvokas. Tačiau sudėtinguose ar naujuose mechanizmuose jis gali nubrėžti fiktyvias „rodykles“. Palyginkite mechanizmo aprašymą su organinės chemijos šaltiniu.
Žingsnis po žingsnio: reakcijos planavimas naudojant AI
- Tiksliai nurodykite tikslą: SMILES (ankstesnis vienetas) apibrėžkite produktą ir pradinę medžiagą, jei yra.
- Būsenos apribojimai: skalė (mmol/mol), vengtini reagentai, turimi tirpikliai, saugos ribos.
- Klauskite alternatyvų: 2–3 būdai ir kiekvieno iš jų efektyvumo lūkesčiai bei rizika.
- Paklauskite apie šalutinę reakciją: galimi šalutiniai produktai kiekviename žingsnyje ir kaip juos sumažinti.
- Patvirtinimas naudojant literatūrą: patikrinkite siūlomą pagrindinį veiksmą naudodami tikrą straipsnį / duomenų bazę (Reaxys, SciFinder ir kt.).
- Saugos patikra: patikrinkite kiekvieno reagento SDL (9 blokas).
Keturi kopijuojami šablonai
1) Reakcijos į priekį numatymas:
Pradinės medžiagos (SMILES):- Benzilo alkoholis: OCc1ccccc1Reagentas: PCC (piridinio chlorochromatas), dichlormetane.Užduotis:1) Koks yra pagrindinis produktas (Šypsenos + skelbimas)?2) Kodėl susidaro šis produktas, aldehidas ar karboksirūgštis, pagrindimas?3) Galimos jūsų rizikos ir grynumo sąlygos? nesu tikras dėl.
2) Retrosintezė:
Tikslinė molekulė (SMILES): O=C(c1ccccc1)c1ccc(OC)cc1 (4-metoksibenzofenonas) Apribojimas: skalė 10 mmol; Galima naudoti Grignardo reagentus. Užduotis: Pateikite 2 alternatyvius retrosintezės būdus. Kiekvienam maršrutui: ribinis taškas, reikalingos pradinės medžiagos (SMILES), reagentas + kiekvieno žingsnio būklė ir numatomas derliaus diapazonas. Pažymėkite rizikingiausią žingsnį.
3) mechanizmo aprašymas:
Reakcija: rūgštimi katalizuojama antrinio alkoholio (E1) dehidratacija. Užduotis: Paaiškinkite mechanizmą, žingsnis po žingsnio, su elektronų judėjimu. Kiekviename etape: kokio tipo nukleofilas/elektrofilas, koks tarpinis produktas susidaro. Taip pat nurodykite savo Zaitsev/Hofmann produkto pasirinkimą. Kalba: paprasta turkų, apibrėžkite terminus pirmą kartą paminėjus.
4) Sąlygos optimizavimas (idėjų generavimas):
Reakcija: susidaro amido jungtis (karboksirūgštis + aminas). Turime sujungimo reagentus: EDC, DCC, HATU. Užduotis: Pateikite kiekvieno reagento pranašumų/trūkumų (išeiga, valymo paprastumas, kaina, saugumas) lentelę. Kurį kurioje situacijoje pasirinktumėte? Pastaba: nereikalaukite tikslaus efektyvumo; Patvirtinsiu su literatūra.
Silpnas raginimas / Stiprus raginimas
Silpnas:
Kas atsitiks, kai sumaišysite šias dvi medžiagas?
Neaišku, kokios medžiagos (be struktūros), koks santykis, kokia būklė, koks tirpiklis. AI kompensuoja trūkumus ir gali pristatyti netinkamą produktą.
Stiprus:
Starteris: acto anhidridas (CC(=O)OC(=O)C) + salicilo rūgštis (OC(=O)c1ccccc1O), katalizatorius: koncentruota sieros rūgštis (keli lašai), ~85 °C, 15 min. Užduotis: 1) Pagrindinis produktas (SMILES+ad), 2) mechanizmo santrauka, 3) šalutinis produktas ir valymas, 4) saugos įspėjimas. Pažymėkite, kur nesate tikri.
Skirtumas: kiekviena pradinė sąlyga su SMILES, greitis / sąlyga įjungta, išvestis sukonfigūruota, reikalaujama saugumo. (Šis pavyzdys yra aspirino sintezė.)
Kur AI yra stiprus ir silpnas prognozuojant reakciją
Tema
Ar AI galingas?
Pastabos
Reakcijos tipo atpažinimas
stiprus
Gerai žinomas oksidavimas, esterių susidarymas ir kt
Pagrindinio produkto prognozavimas (klasikinis)
Apskritai stiprus
Patikimas gerai dokumentuotose reakcijose
Tikslūs derliaus / būklės skaičiai
silpnas
Temperatūra, trukmė, efektyvumas dažnai būna neteisingi
Nauja/reta reakcija
silpnas
Didelė rizika prasimanyti, literatūra – būtina
Šalutinės reakcijos priminimas
vidutinio stiprumo
Vertingas kaip kontrolinis sąrašas
Regio/stereo selektyvumas
Kintamasis
Paprastos taisyklės yra geros, sudėtingos – prastos
mini dėklai
1 atvejis – tinkamas produktas, netinkama būklė. Studentas planavo Fišerio esterifikaciją. YZ davė teisingą produktą, bet pasakė: „Kambario temperatūroje jis bus paruoštas per 10 minučių“. Literatūroje parodyta, kad ši subalansuota reakcija trunka valandas su grįžtamu šaldytuvu ir reikalauja vandens pašalinimo. Jei studentas nebūtų ištaisęs sąlygos, jis būtų susidūręs su 5 proc. Pamoka: net jei produktas yra teisingas, patvirtinkite būklės numerius su literatūra.
2 atvejis. Sugalvotas katalizatorius. YZ sukūrė neegzistuojantį sujungimo reakcijos katalizatoriaus pavadinimą „Pd(XYZ)4“. Kai mokinys ieškojo katalizatoriaus kataloge, jo nerado; AI sugalvojo pavadinimą. Tikrasis katalizatorius buvo Pd(PPh3)4. Pamoka: patvirtinkite reagentų ir katalizatorių pavadinimus tikruose kataloguose.
3 atvejis – nepastebėta šalutinė reakcija. Acilinant pirminį aminą, AI davė pagrindinį produktą, bet pirmiausia aplenkė dvigubo acilinimo riziką su reagento pertekliumi. Jei vartotojas klausia "galimų šalutinių produktų?" Kai aš aiškiai paklausiau, AI pridėjo tai ir pasiūlė apriboti stechiometriją iki 1,05 ekvivalento. Pamoka: apie šalutinę reakciją klauskite atskirai ir aiškiai, ji gali pasirodyti ne vienu raginimu.
Dažnos klaidos
- Sąlygų numerių naudojimas tokius, kokie yra. Temperatūra, laikas, ekvivalentas ir efektyvumas yra silpniausios DI sritys; Patvirtinkite su literatūra.
- Vienintelis būdas – paklausti. Planas be alternatyvų rizikingą žingsnį padaro nematomu.
- Neklausia apie šalutinę reakciją. Net jei pagrindinis produktas atrodo tinkamai, šalutiniai produktai lemia grynumą.
- Nepatikrinamas reagento pavadinimas. Galima sugalvoti neegzistuojančius katalizatorių/ligandų pavadinimus.
- Mechanizmą vertinant kaip įrodymą. Iš pažiūros tikėtinas mechanizmas negarantuoja, kad reakcija vyks.
- Nenurodant mastelio. Tai, kas saugu pagal mg skalę, gali būti pavojinga kilogramų skalėje.
Dėmesio: vien todėl, kad dirbtinis intelektas siūlomą reakciją pateikia kaip „literatūroje egzistuojančią“, dar nereiškia, kad ji iš tikrųjų egzistuoja. Būtinai priskirkite pagrindinį žingsnį autentiškam šaltiniui (DOI straipsnis, gerai žinoma procedūra).
Apibendrinant
- AI yra galingas įžvalgos partneris numatant ir retrosintezėje; Tai gerai nuspėja produkto tipą.
- Būklės skaičiai yra prasti derlingi ir retos reakcijos; patvirtinkite tai su literatūra.
- Vietoj vieno būdo paprašykite 2–3 alternatyvų ir nurodykite rizikingiausią žingsnį.
- Šalutines reakcijas skelbti atskirai ir atvirai; Patikrinkite reagentų / katalizatorių pavadinimus kataloguose.
- Mechanizmas pagreitina supratimą, bet tai nėra įrodymas, kad reakcija veiks.
Taikymo užduotis
Pasirinkite tikslinę molekulę, kurią žinote. Paklauskite AI dviejų alternatyvių retrosintezės būdų; Paprašykite jo (jos) nurodyti kiekvieno kelio pradžios elementus, sąlygas ir rizikingiausią žingsnį naudodami SMILES. Tada pabandykite patvirtinti pagrindinį kiekvieno kelio žingsnį literatūros šaltiniu (faktu DOI). Kuris kelias pasirodė tvirtesnis? Kiek iš AI pateiktų sąlygų atitiko literatūrą ir kiek reikėjo taisyti? Parašykite vieno puslapio palyginimą.
kontrolinis sąrašas
- [ ] Žinau skirtumą tarp išankstinio numatymo ir retrosintezės.
- [ ] Molekules išreiškiu SMILES ir apribojimais (mastas, tirpiklis).
- [ ] Nenoriu vienintelio kelio, noriu alternatyvų ir rizikingų žingsnių.
- [ ] Šalutines reakcijas nepalieku atskirame klausime.
- [ ] Sąlygų numerius ir reagentų pavadinimus patvirtinu literatūra/katalogu.
- [ ] Aš naudoju jį siekdamas suprasti mechanizmą, o ne kaip įrodymą.