[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

The following two tabs change content below.

関連記事

  1. 有機EL、寿命3万時間 京セラ開発、18年春に量産開始
  2. 東京化成、1万8千品目のMSDS公開サービス
  3. 分子情報・バイオ2研究センター 九大開設
  4. ナノチューブを大量生産、産業技術総合研が技術開発
  5. アステラス製薬、抗うつ剤の社会不安障害での効能・効果取得
  6. 米デュポンの7-9月期、ハリケーン被害などで最終赤字
  7. 三菱化学が有機太陽電池事業に参入
  8. ダウ・ケミカル化学プラントで爆発死亡事故(米・マサチューセッツ)…

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 伊藤嘉彦京都大名誉教授死去
  2. pre-MIBSK ~Dess-Martin試薬と比べ低コスト・安全なアルコール酸化触媒~
  3. お茶の水女子大学と奈良女子大学がタッグを組む!
  4. スーパーブレンステッド酸
  5. 科学を伝える-サイエンスコミュニケーターのお仕事-梅村綾子さん
  6. 2011年10大化学ニュース【後編】
  7. BTQBT : BTQBT
  8. 炭素-炭素結合活性化反応 C-C Bond Activation
  9. 【書籍】研究者の仕事術~プロフェッショナル根性論~
  10. 『分子標的』に期待

関連商品

注目情報

注目情報

最新記事

米国へ講演旅行へ行ってきました:Part IV

3部作で終わろうと思いながら、書くことが多すぎて終われませんでした。前回から2ヶ…

二水素錯体 Dihydrogen Complexes

水素分子がサイドオン型で金属中心に近づくと、二水素錯体を形成することができる。こうして形成した二水素…

分析化学科

お申込み・詳細はこちら◇分析化学科 (定員16名)本研修では「ものづくり企業」の品質管理等で…

多角的英語勉強法~オンライン英会話だけで満足していませんか~

国際学会で発表するにも、論文を書くにも、研究室の留学生と飲みにいくにも英語は必要です。しかし、それぞ…

ペプチドの革新的合成

第215回のスポットライトリサーチは、中部大学総合工学研究所分子性触媒センター助教・村松渉先生にお願…

年収で内定受諾を決定する際のポイントとは

転職活動の終盤で複数の企業から内定を獲得した際、「年収が決め手となって内定を受諾…

Chem-Station Twitter

PAGE TOP