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化学者のつぶやき

スペクトルから化合物を検索「KnowItAll」

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有機化合物を取り扱っている研究者は日頃から、「スペクトルから化合物の構造を推測する」ことを行っていると思います。

学部で習った知識を研究室に所属後、大学院や実践の研究で洗練してようやく一人前にスペクトルが読めるようになりますね。つまり、スペクトルを読めるようになるためには、そこそこ時間がかかり、それなりに有機化合物を取り扱っていないといけないわけです。もちろん化合物のスペクトルを与えられても、いままで取り扱ったことのない構造ですと、少し戸惑うだけでなく、文献を調べ、構造を推測するには時間が借ります。

なんとかして、スペクトルから構造を読み解くことを自動化できないでしょうか。

残念ながら現在では自動化は困難ですが、

スペクトルにて検索し、類似するスペクトルを持つ化合物などの情報を取得できるデータベース

はあります。

それが今回紹介する「KnowItAll」です。

スペクトルを検索「KnowItAll」とは

この製品は以前紹介した無料のオンラインスペクトルデータベース「SpectraBese」を提供するバイオラッドの製品版です。

バイオラッドはスペクトルデータベースのパイオニアであり、 IR、Raman、NIR、NMR、MS、UV-Vis の高品質スペクトルデータを提供しています。その中でも、IRやラマンスペクトルが圧倒的に収録数が大きいということでそちらを紹介したいと思います(記事の流れからNMRを想定していた方すみません)。

主な特徴としては、以下の4点。
  1. 最大級のIR、Ramanスペクトルデータベースであること:スペクトルの解釈の際に、研究者が文献やネットなどで情報収集をおこなっていた作業時間を大幅に削減することが出来ます。
  2. 検索の際に重要となるスペクトル補正を支援する「最適化」機能があること:経験の差に左右されない検索結果を研究者に提供できます。
  3. 混合物の可能性までを一度に検索するIDエキスパートがあること:一度に解析し、一目で確認できるので、解析の方向性を見出す際に利用されています。
  4. 検索スピードが速いこと:スペクトルを解釈する際には一度の検索では分からないこともあり、検索アルゴリズムの変更や、ピークに着目した検索、混合物検索など複数回検索を行う状況もよくあります。その際、検索スピードが遅い場合(例えば検索に5分かかるなど)は、都度待ち時間が発生するので、研究者思考を中断するなど、解析作業低下を招きます。

それぞれ、少しだけ中身をみていきましょう。

1.最大級のIR、Ramanスペクトルデータベース

KnowItAllスペクトルライブラリーは、IRは26万件超、ラマンは、2万5千件以上のスペクトルを提供しているそうです。日々、測定と追加は続けているため、スペクトルデータは増えていきますが、常にKnowItAllソフトウェアがインターネッ ト経由でデータベースを自動更新しているとのことです。

1つ1つの化合物に対して、文献などで探していたスペクトルが一挙にデータベースになっているだけでも、作業時間の削減になりますね。もちろん化合物の構造から目的のIR/ラマンスペクトルを表示させることもできますし、読み込んだ各種スペクトルから収録されているスペクトルの類似性を割り出し、近い構造であるスペクトルを提案してくれます。

ラマンデータベースのイメージ(出典:バイオラッドジャパン)

 

2. 検索の際に重要となるスペクトル補正を支援する「最適化」機能があること

ただ、手持ちのスペクトルからスペクトルを検索する際には、化学的な情報を考慮して検索しているわけではないです。数学的に検索するため、きちんと測定したデータでないとなかなかヒットしません。スペクトルや検索方法、装置の違いによっては、全く異なる構造が検索される可能性もあります。これでは全く使い物になりませんね。

その際に重要なことが、「最適化(補正)」になります。KnowItAllソフトウェアには以下の補正機能がついており、正確に照合することが可能であり、誰でも同じ様な検索結果がでるようになっているそうです。

  • Baseline correction
  • ATR correction
  •  X-axis shift
  •  Y-axis shift
  • Vertical clipping
  • Intensity distortion
  • Raman intensity distortion

例えば、以下のスペクトルデータを補正なしに検索すると、マッチ率が79.3%。実に50件以上の類似化合物が提供されます。それを補正をかけてあげることによって、マッチ率を98.3%まで向上させることが可能となりました。結果的に1件完全にマッチしたスペクトルと構造が提供されます

補正のイメージ(出典:バイオラッドジャパン)

 

3.混合物の可能性までを一度に検索するIDエキスパート

もちろん試料が純品である保証はありません。おそらくこの製品のユーザーは、かなり混合物の試料のスペクトルを解析しなければならない人も多いことでしょう。

KnowItAll:IDエキスパートツール(出典:バイオラッドジャパン)

 

そこで活躍するのが、IDエキスパートツール。スペクトル検索、混合物検索(2~5成分)、ピーク検索、官能基解析を一度で実施。 網羅的な検索結果を提供してくれます。

4.検索スピードが速いこと

最後にもっとも重要な点、「検索スピード」です。どんなに大量のデータを含んでいるデータベースであっても、検索に時間がかかるようでしたら余り使う気持ちになれません。

どのくらい速いのか?体験してみないとわからないと思いますが、かなり速いです。

フリートライアルをしてみよう

と、ここまで話して、興味をもった方はいると思いますが、百聞は一見にしかずなので、なんだかんだ言って試さないとわかりませんね。

以下の関連動画に示した動画も参考になりますが、実は、フリートライアルがありますのでぜひお試しあれ。ちなみに私はMacユーザーであり、このソフトWindowsのみなので、実際にWindowsPCをもって訪問していただき、しばらくお試しをさせていただきました。分野的にIRやラマンスペクトルはあまり測定しないので、どの程度正確か、使えるかの判断はできませんでしたが、かなり使い勝手はよさそうです。

KnowItAllのトライアル版はこちら

*申込日から2週間ご利用頂けます。*Windows版のみとなります。*ご利用にはインターネット環境が必要です。

最後に肝心なお値段。各製品にアカデミック向けのディスカウント価格はありますが、「個別にお問合せ」として頂けると助かるとのこと。

ちなみに、企業向け価格の約1ライセンス強の費用で、キャンパス内でユーザー数無制限でお使い頂ける教育機関向け製品 「KnowItAll U」というものもるそうです。

お問い合わせ先

バイオ・ラッド ラボラトリーズ株式会社
 インフォマティクス事業部
 〒140-0002 東京都品川区東品川2-2-24 天王洲セントラルタワー20F
 TEL: 03-6361-7080
 E-mail: informatics_jp@bio-rad.com

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Chem-Station代表。早稲田大学理工学術院教授。専門は有機化学。主に有機合成化学。分子レベルでモノを自由自在につくる、最小の構造物設計の匠となるため分子設計化学を確立したいと考えている。趣味は旅行(日本は全県制覇、海外はまだ20カ国ほど)、ドライブ、そしてすべての化学情報をインターネットで発信できるポータルサイトを作ること。

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