Сеть Chematica вместила в себе 250 лет развития органической химии

Ученые Северозападного университета (штат Иллинойс) объединили информацию об известных химических соединениях и реакциях в одну гигантскую сеть, создав не только репозиторий методов органической химии, но и принципиально новую платформу знаний. «Химический мозг», получивший название Chematica, хранит в памяти сведения о приблизительно семи миллионах химикатов и таком же количестве связанных с ними реакций.

К этому пласту знаний можно применять алгоритмы поиска и анализа, подобные тем, что используются в Google или телекоммуникационных сетях. Кроме того, система способна учиться и приобретать больше опыта по мере того как новые алгоритмы и данные добавляются к ее базе знаний.

О построении Chematica и проведенных с ней экспериментах повествуется в серии из трех статей, появившихся в августовском номере журнала Angewandte Chemie.

Chematica может тестировать и оценивать любой существующий процесс синтеза и находить оптимальные пути получения желаемых химикатов. При этом, поиск может осуществляться с различными ограничениями, например, с условием исключить реакции с веществами, опасными для окружающей среды. Эти возможности нового ПО уже прошли испытания в промышленном приложении для более экономичного синтеза продуктов химической компании.

Особенно важной областью применения «химического мозга» его создатели считают предельное сокращение цепочки процессов синтеза до «реакции в горшке». Это идеальный вид реакции, при которой все компоненты смешиваются сразу и процесс протекает в одном резервуаре до получения финального продукта. Сеть Chematica обучена примерно 86 тыс. химических правил, которые за доли секунды применяет, чтобы выяснить, можно ли индивидуальные реакции скомбинировать в «одном горшке». Учеными был протестированы тридцать прогнозов таких процессов и каждый полностью подтвердился. В особенно показательном случае методом «одного горшка» был синтезирован препарат для лечения астмы, который до этого получали четырьмя последовательными реакциями со стадиями промежуточной очистки.

Третьим перспективным направлением использования Chematica может стать прогнозирование и отслеживание синтеза химического оружия террористами. Алгоритмы, позаимствованные из теории игр, помогут выявлять наиболее трудноконтролируемые сценарии, например, приобретение в магазинах широкодоступных веществ (соли, удобрений, чистящих средств, спирта и т.п.) в характерных сочетаниях. Такая стратегия более эффективна, чем применяемый сейчас правительствами контроль за распространением отдельных субстанций.