[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

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. トムソン:2005年ノーベル賞の有力候補者を発表
  2. ケミカルメーカーのライフサエンス事業戦略について調査結果を発表
  3. 【インドCLIP】製薬3社 抗エイズ薬後発品で米から認可
  4. ミツバチの活動を抑えるスプレー 高知大発の企業が開発
  5. 資生堂:育毛成分アデノシン配合の発毛促進剤
  6. 数々の日本企業がIntel 2023 EPIC Supplier…
  7. 独バイエル、2004年は3部門全てで増収となった可能性=CEO
  8. NECら、データセンターの空調消費電力を半減できる新冷媒採用シス…

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 酸素 Oxygen -空気や水を構成する身近な元素
  2. 金属・ガラス・製紙・化学・土石製品業界の脱炭素化 〜合成、焼成、溶融、精錬、乾燥へのマイクロ波適用〜
  3. アンモニアを用いた環境調和型2級アミド合成
  4. 乙種危険物取扱者・合格体験記~Webmaster編
  5. 2009年イグノーベル賞決定!
  6. 市民公開講座 ~驚きのかがく~
  7. 5分でできる!Excelでグラフを綺麗に書くコツ
  8. 化学大手、原油高で原料多様化・ナフサ依存下げる
  9. サイエンス・ダイレクトがリニューアル
  10. 小山 靖人 Yasuhito Koyama

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
 12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930

注目情報

最新記事

先端事例から深掘りする、マテリアルズ・インフォマティクスと計算科学の融合

開催日:2023/12/20 申込みはこちら■開催概要近年、少子高齢化、働き手の不足の影…

最新の電子顕微鏡法によりポリエチレン分子鎖の向きを可視化することに成功

第583回のスポットライトリサーチは、東北大学大学院 工学研究科 応用化学専攻 陣内研究室の狩野見 …

\脱炭素・サーキュラーエコノミーの実現/  マイクロ波を用いたケミカルリサイクル・金属製錬プロセスのご紹介

※本セミナーは、技術者および事業担当者向けです。脱炭素化と省エネに貢献するモノづくり技術の一つと…

【書籍】女性が科学の扉を開くとき:偏見と差別に対峙した六〇年 NSF(米国国立科学財団)長官を務めた科学者が語る

概要米国の女性科学者たちは科学界のジェンダーギャップにどのように向き合い,変えてきたのか ……

【太陽ホールディングス】新卒採用情報(2025卒)

■■求める人物像■■「大きな志と好奇心を持ちまだ見ぬ価値造像のために前進できる人…

細胞代謝学術セミナー全3回 主催:同仁化学研究所

細胞代謝研究をテーマに第一線でご活躍されている先生方をお招きし、同仁化学研究所主催の学術セミナーを全…

マテリアルズ・インフォマティクスにおける回帰手法の基礎

開催日:2023/12/06 申込みはこちら■開催概要マテリアルズ・インフォマティクスを…

プロトン共役電子移動を用いた半導体キャリア密度の精密制御

第582回のスポットライトリサーチは、物質・材料研究機構(NIMS) ナノアーキテクトニクス材料研究…

有機合成化学協会誌2023年11月号:英文特別号

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2023年11月号がオンライン公開されています。…

高懸濁試料のろ過に最適なGFXシリンジフィルターを試してみた

久々の、試してみたシリーズ。今回試したのはアドビオン・インターチム・サイエンティフィ…

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