[スポンサーリンク]

ケムステニュース

AIで世界最高精度のNMR化学シフト予測を達成

[スポンサーリンク]

理化学研究所(理研)環境資源科学研究センター環境代謝分析研究チームの菊地淳チームリーダー、伊藤研悟特別研究員らの研究チームは、機械学習アルゴリズムの探索により、核磁気共鳴(NMR)化学シフトの予測を世界最高精度で達成した(理研プレスリリース9月12日)

NMRの化学シフト値を量子化学計算を用いて予測することはよく行われており、ChemDrawなどの構造式作画ツールでも簡単に化学シフト値を確認することができます。しかしながら、予測値を割り出す量子化学計算と実測値の間には多くの誤差があり、精度が高い予測値を得ることは容易ではありませんでした。そこで本研究では、量子化学計算と機械学習の組み合わせによりこの誤差を学習・補正することで、高精度に化学シフトを予測する手法を開発したそうです。

具体的には、

  1. 多様な化学構造を持つ150の化合物の化学シフト値をNMRによって実測、構造を同定
  2. NMRを測定した化合物の化学シフト値とスピン結合数を量子化学計算によって算出
  3. 実測と計算の誤差を目的変数Y、理論化学シフト、溶媒、結合定数などを説明変数Xとして機械に学習
  4. 91種類のアルゴリズムを使って計算の補正値を割り出し、実測値と比較・評価
  5. 学習に使用していない34の標品化合物と既報の海藻成分を使ってシグナル予測・帰属の汎用性を検証

ということを行った結果、5の従来の量子化学計算のみの手法および機械学習のみの手法よりも精度の高い、世界最高精度の化学シフトの予測が可能であることが明らかになりました。

研究の概要(引用:理研プレスリリース

学習に使用した150の化学物は、分子量がメチルアミン(31.058)から4-ニトロフェノール(139.110)までのC,H,O,S,Pを含む分子です。一方、5の検証に使った化合物は、(S)-2-Methylmalate(148.114)からL-Tyrosine(181.191)までのC,H,O,Sを含む低分子とヒジキの有機成分を使ったそうです。アルゴリズム別の平均誤差を示したグラフが、下の図であり、各アルゴリズムでの平均誤差を1Hと13Cでグラフに示されています。その結果をもとにアルゴリズムの評価を可視化したのが下部の図であり、図の中央青色で書かれているアルゴリズムが化学シフト値の予測に適していると言えます。

機械学習アルゴリズムの探索による化学シフト予測精度比較(引用:理研プレスリリース

下の図は従来法と本研究のNMR化学シフト予測法の精度の比較した図で、左側は34の化合物の13C化学シフト値の誤差を量子化学計算(上)Mnovaの機械学習(中央)本研究(下)で比較した結果です。量子化学計算、Mnovaの機械学習では低磁場側で誤差が見えるものの、本研究ではそこが特に改善されています。右側の図は海藻成分のシグナルの量子化学計算(×)と本研究(*)を帰属付きでプロットしたものです。拡大されているTMAとβ-Glcのシグナルから本研究の手法実測値に近いポイントを示していることがわかります。

従来法と本研究のNMR化学シフト予測法の精度の比較(引用:理研プレスリリース

NMRは試料調製が簡単であることから分析データの蓄積に適しているため、この研究手法の応用範囲を広げるために、データの蓄積と応用範囲の探索が今後期待されます。本研究では、化学構造と分析値を計算+機械学習で補正していますが、化学構造と化学的物理的特性をも補正できるようになれば、企業では実験評価の時間とコストを最小限にすることができるため大変役に立つと考えられます。このようにAIやビックデータ解析は、化学の世界でもいろいろな応用が期待されていて、その中でも分かりやすい研究結果の一つだと思いました。

関連書籍

関連リンク

Zeolinite

Zeolinite

投稿者の記事一覧

企業の研究員です。最近、合成の仕事が無くてストレスが溜まっています。

関連記事

  1. アセチレン、常温で圧縮成功
  2. 2017年の有機ELディスプレイ世界市場は11年比6.6倍の2兆…
  3. 抗生物質
  4. 有機EL、寿命3万時間 京セラ開発、18年春に量産開始
  5. 武田薬品、週1回投与の骨粗鬆症治療薬「ベネット錠17.5mg」を…
  6. 秋の味覚「ぎんなん」に含まれる化合物
  7. 「石油化学」の新ネーミング募集!
  8. 化学五輪、「金」の高3連続出場 7月に東京開催

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 分子振動と協奏する超高速励起子分裂現象の解明
  2. 陶磁器釉の構造入門-ケイ酸、アルカリ金属に注目-
  3. 鴻が見る風景 ~山本尚教授の巻頭言より~
  4. ボールペンなどのグリップのはなし
  5. グラクソ、抗血栓症薬「アリクストラ」の承認を取得
  6. 有機化学者のラブコメ&ミステリー!?:「ラブ・ケミストリー」
  7. 京都府福知山市消防本部にて化学消防ポンプ車の運用開始 ~消火のケミストリー~
  8. 1日1本の「ニンジン」でガン予防!?――ニンジンの効能が見直される
  9. 遠藤守信 Morinobu Endo
  10. ウギ反応 Ugi Reaction

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

注目情報

注目情報

最新記事

ジョン・ケンドリュー John C. Kendrew

ジョン・コウデリー・ケンドリュー(John Cowdery Kendrew、1917年3月24日-1…

食品添加物はなぜ嫌われるのか: 食品情報を「正しく」読み解くリテラシー

(さらに…)…

第100回―「超分子包接による化学センシング」Yun-Bao Jiang教授

第100回の海外化学者インタビューは、Yun-Bao Jiang教授です。厦門大学化学科に所属し、電…

第七回ケムステVシンポジウム「有機合成化学の若い力」を開催します!

第5回のケムステVシンポもうすぐですね。そして、第6回からほとんど連続となりますが、第7回のケムステ…

「自分の意見を言える人」がしている3つのこと

コロナ禍の影響により、ここ数カ月はオンラインでの選考が増えている。先日、はじめてオンラインでの面接を…

ブルース・リプシュッツ Bruce H. Lipshutz

ブルース・リプシュッツ(Bruce H. Lipshutz, 1951–)はアメリカの有機化学者であ…

化学者のためのエレクトロニクス入門② ~電子回路の製造工程編~

bergです。さて、前回は日々微細化を遂げる電子回路の歴史についてご紹介しました。二回目の今回は、半…

研究テーマ変更奮闘記 – PhD留学(前編)

研究をやる上で、テーマってやっぱり大事ですよね。私はアメリカの大学院に留学中(終盤)という立場ですが…

Chem-Station Twitter

PAGE TOP