Test di laboratorio: un modello prevede dove reagisce una molecola

I chimici che vogliono sapere dove reagirà una molecola si affidano da tempo alla resa di prodotto, cioè alla quota di materiale di partenza che finisce come prodotto desiderato dopo diversi passaggi di sintesi. Questa misura è alterata dalla purificazione e dalle reazioni secondarie, e varia da uno scenario di sintesi all'altro. Inoltre non dice nulla su quale tra più gruppi reattivi abbia effettivamente reagito.

Alla Yokohama National University, un team guidato dal professor associato Hiroaki Gotoh e dal dottorando Daimon Sakaguchi ha scelto una strada più semplice. Hanno mescolato molecole complesse contenenti più gruppi chetonici, cioè atomi di ossigeno e carbonio uniti da un doppio legame, con quantità diverse di boroidruro di sodio in metanolo. Misurando quale gruppo chetonico reagisse per primo, hanno costruito una scala cinetica, ovvero una mappa della velocità di reazione, per ciascuna molecola. Il team ha poi combinato questa mappa con informazioni elettroniche tridimensionali raccolte intorno a ciascun sito reattivo, e le ha inserite in un modello di apprendimento automatico.

Il modello è stato addestrato solo su molecole semplici. Testato su sei molecole più complesse, ciascuna con due gruppi chetonici, ha previsto correttamente sia il sito di reazione principale sia il lato da cui avveniva la reazione. Lo studio, pubblicato su JACS Au, dimostra che esperimenti di competizione possono collegare misure di laboratorio, calcoli quantochimici e apprendimento automatico in un unico flusso di lavoro. Gli autori sottolineano che si tratta di risultati di laboratorio su una reazione definita, con boroidruro di sodio in metanolo.

Per un chimico che progetta un candidato farmaco, il vantaggio pratico sarebbe sapere, prima della sintesi, quale parte di una molecola è probabile che reagisca e quale prodotto si formerà. Gotoh indica come obiettivi i candidati farmaci, i prodotti naturali e le molecole funzionali, e presenta come traguardo la riduzione dei tentativi e una scoperta più rapida di nuove molecole e percorsi di sintesi. Il team non dice quando tali previsioni potranno essere usate in pratica, né se il modello valga anche per reazioni diverse da questa. Ciò che offre è una banca dati cinetica curata e un flusso di lavoro basato su descrittori, che altri ricercatori possono riutilizzare per costruire nuovi modelli e verificare le proprie ipotesi su riduzioni più complesse.