[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

ただの会社員です。某企業で化学製品の商品開発に携わっています。社内でのデータサイエンスの普及とDX促進が個人的な野望です。

関連記事

  1. 第六回サイエンス・インカレの募集要項が発表
  2. ナタデココ、次世代の薄型ディスプレー基板に活用
  3. 2007年10大化学ニュース
  4. 世界初の「窒化タンタル光触媒」、可視光で水分解
  5. サイアメントの作ったドラマ「彼岸島」オープニングがすごい!
  6. 夢・化学-21 化学への招待
  7. 米FDA、塩野義の高脂血症薬で副作用警告
  8. 首席随員に野依良治氏 5月の両陛下欧州訪問

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. フルオロホルムを用いた安価なトリフルオロメチル化反応の開発
  2. 神秘的な海の魅力的アルカロイド
  3. UCLA研究員死亡事故・その後
  4. 蛍光異方性 Fluorescence Anisotropy
  5. 私がケムステスタッフになったワケ(3)
  6. エレクトロクロミズム Electrochromism
  7. ロバート・バーグマン Robert G. Bergman
  8. スルホキシド/セレノキシドのsyn-β脱離 Syn-β-elimination of Sulfoxide/Selenoxide
  9. ケージ内で反応を進行させる超分子不斉触媒
  10. 「赤チン」~ある水銀化合物の歴史~

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2018年9月
« 8月   10月 »
 12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930

注目情報

注目情報

最新記事

元素記号に例えるなら何タイプ? 高校生向け「起業家タイプ診断」

今回は化学の本質とは少し離れますが、元素をモチーフにしたあるコンテンツをご紹介します。実験の合間…

多価不飽和脂肪酸による光合成の不活性化メカニズムの解明:脂肪酸を活用した光合成活性の制御技術開発の可能性

第346回のスポットライトリサーチは、東京大学 大学院総合文化研究科(和田・神保研究…

10手で陥落!(+)-pepluanol Aの全合成

高度な縮環構造をもつ複雑天然物ペプラノールAの全合成が、わずか10工程で達成された。Diels–Al…

吉野彰氏が2021年10月度「私の履歴書」を連載。

今年の10月はノーベル化学賞が有機化学分野から出て、物理学賞を真鍋淑郎先生が受賞して、非常に盛り上が…

ガラス工房にお邪魔してみたー匠の技から試験管制作体験までー

実験器具を試して見たシリーズ第10弾! ついにシリーズ10回目を迎えました。今回は特別編です…

ダイセルよりサステナブルな素材に関する開発成果と包括的連携が発表される

株式会社ダイセルは、環境にやさしい酢酸セルロースを当社独自の技術で加工した真球状微粒子を開発し、20…

市販の化合物からナノグラフェンライブラリを構築 〜新反応によりナノグラフェンの多様性指向型合成が可能に〜

第345回のスポットライトリサーチは、北海道大学大学院理学研究院 理論化学研究室(前田・高橋研究室)…

PCに眠る未採択申請書を活用して、外部資金を狙う新たな手法

みなさんは毎年何本の研究申請書を書きますか?そして、残念ながら日の目を見ずに、アイデアのままパソコン…

フラーレン〜ケージを拡張、時々、内包〜

トリアジン誘導体とN-フェニルマレイミドを用いた、フラーレンのケージを拡張する新規手法が開発された。…

エキノコックスにかかわる化学物質について

Tshozoです。40年以上前、手塚治虫氏の作品「ブラック・ジャック」でこういう話が載ってい…

Chem-Station Twitter

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP