04.02.2022 - Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech)

Los científicos reúnen siglos de química orgánica en una clara visualización en 2D

Nuevo método para visualizar las reacciones químicas

Investigadores de Skoltech, la Universidad Estatal Lomonosov de Moscú y la Universidad de Ciencia y Tecnología de Sirius han propuesto un nuevo método de visualización de reacciones químicas para ayudar a los científicos a comprender el espacio global de reacciones químicas e idear formas de sintetizar compuestos orgánicos utilizados en la industria. El método basado en redes neuronales proyecta las reacciones químicas en un plano 2D en forma de puntos, agrupando las reacciones químicas similares.

Los químicos buscan constantemente nuevas formas de sintetizar compuestos orgánicos útiles. Estos pueden ir desde los principios activos de los fármacos y pesticidas hasta los aditivos para combustibles y otras sustancias de importancia industrial: LEDs orgánicos, tintes y pigmentos, etc. Como hay muchas formas de sintetizar un compuesto orgánico, los químicos medicinales tienen que indagar en grandes bases de datos de reacciones. Incluso para un compuesto sencillo, se pueden encontrar cientos de formas sintéticas ya conocidas. Es un reto analizar esta cantidad de datos utilizando sólo la percepción humana.

"Analizando el resultado de una búsqueda típica en una base de datos, un químico puede agrupar reacciones de un tipo similar para hacerse una idea del paisaje sintético del compuesto, pero esto requiere una intuición química bien establecida, y también puede ser subjetiva", afirma el investigador principal del estudio, Sergey Sosnin, de Skoltech.

Para simplificar este proceso y hacerlo más coherente, los investigadores idearon una forma de capturar la "esencia" de las reacciones químicas y trazarlas en un gráfico para facilitar el análisis. "Es más cómodo ver una imagen que una larga lista de reacciones. Visualizamos las reacciones basándonos en lo que son los reactivos y los productos", añade Sosnin.

El método propuesto convierte una molécula en una representación numérica (vector de bits). A continuación, el algoritmo extrae la esencia de la reacción restando los vectores de los reactivos de los de los productos. "En cierto modo, el vector resultante representa lo que ha cambiado en la reacción, independientemente de los compuestos específicos que hayan intervenido", explica Sosnin. "Eso es lo que lo convierte en una representación tan potente y pura de una reacción".

El problema de los vectores de reacción es que son en sí mismos ininteligibles, a menos que se sepa pensar en 1.024 dimensiones.

"Visualizamos estos vectores, que son inaccesibles a la comprensión humana directa, utilizando un enfoque conocido como -aquí viene un trabalenguas- incrustación de vecindario estocástico distribuido en t parametrizado", comenta el investigador. "Una red neuronal proyecta cada vector multidimensional a las coordenadas de un punto en un plano".

A partir de este gráfico, un químico puede reconocer los tipos de reacción típicos, por ejemplo los grupos indicados por los diamantes numerados del uno al tres en la figura 1. Supongamos que alguien está interesado en las formas de sintetizar el medicamento contra el VIH/SIDA darunavir (círculos morados) o el medicamento contra el asma montelukast (círculos grises). La visualización permite saber qué tipos de reacción se utilizan mayoritariamente para ese fin y cuáles parecen infrautilizados -o tal vez no se utilizan en absoluto-, a pesar de las posibles suposiciones en sentido contrario por parte del investigador.

El equipo destaca el carácter objetivo de la visualización. Es un poco como clasificar a los animales basándose sólo en el ADN, sin haberlos mirado nunca. Por ejemplo, se puede descubrir que los halcones, sorprendentemente, están más emparentados con los loros que con otras aves de presa. Con las reacciones químicas, las intuiciones erróneas pueden jugarnos una mala pasada.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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