Ученые представили вековое знание органической химии на удобной визуализации
Исследователи из Сколтеха, МГУ и Университета «Сириус» предложили новый метод визуализации химических реакций. Инструмент позволяет специалисту обозреть глобальное пространство реакций, чтобы найти новые или более эффективные пути синтеза органических соединений. Для этого нейросетевой метод проецирует химические реакции на плоскость в виде точек, группируя их по сходству.
Статья опубликована в журнале ACS Omega. Химики постоянно ищут новые пути синтеза ценных органических соединений: лекарств, пестицидов, топливных присадок, красителей и пигментов, материалов органических светодиодов и так далее. Поскольку любое органическое соединение можно получить массой способов, химикам-органикам и медицинским химикам приходится перебирать большие базы реакций, где на одно вещество могут быть приведены сотни известных путей синтеза. Человеческое восприятие плохо приспособлено для такой работы.
«Химик просматривает выдачу на поисковый запрос к базе данных и группирует реакции похожего вида, получая таким образом представление о структуре пространства синтеза, но для этого нужна мощная химическая интуиция, и все равно есть риск субъективной оценки», — объясняет руководитель исследования Сергей Соснин из Сколтеха.
Вместе с соавторами работы он упростил и стандартизировал описанный процесс. Они нашли способ выделять «сущность» химических реакций и наносить их на график, облегчая анализ. «Намного удобнее смотреть на картинку, а не на длинный список реакций. А визуализируем мы реакции на основании того, какие у них исходные соединения и продукты», — добавляет Соснин.
Предложенный метод преобразовывает каждую молекулу в численное представление (бинарный вектор). Затем алгоритм извлекает сущность реакции путем вычитания векторов исходных веществ из векторов продуктов. «Получается вектор, который в каком-то смысле соответствует тому, что в ходе реакции изменилось. При этом он не зависит от конкретных реагирующих веществ, — рассказывает Соснин. — Поэтому данный вектор является прозрачным и эффективным представлением реакции».
Единственная проблема с векторами реакций состоит в том, что для человека они абсолютно невразумительны, если вы, конечно, не приучены мыслить в 1024 измерениях. «Мы визуализируем эти векторы, недоступные прямому восприятию, при помощи подхода под названием параметрический t-SNE, — прокомментировал исследователь. — Нейросеть проецирует каждый многомерный вектор на плоскость как точку с некоторыми координатами».
Представления химических реакций, спроецированные на плоскость в виде точек, которые группируются интуитивно понятным образом / ©Михаил Андронов и др. / ACS Omegа
На таком рисунке химик видит стандартные типы реакций, представленные скоплениями точек, например теми, которые выделены тремя пронумерованными ромбами. Допустим, вас интересуют пути синтеза дарунавира (фиолетовые круги) — антиретровирусного лекарства против ВИЧ и для профилактики СПИД — или лекарства от астмы монтелукаста (серые круги). По визуализации можно понять, какие типы реакций в первую очередь используются для получения этих веществ, а какие почему-то используются редко или вовсе не применяются, быть может, вопреки интуитивным ожиданиям специалиста.
Коллектив подчеркивает объективность такой визуализации. Она чем-то похожа на классификацию животных только по ДНК, без какого бы то ни было внимания к их внешнему облику. Подобно тому, как оказывается, что сокол — более близкий родственник попугаю и воробью, чем ястребу и орлу; химические реакции тоже порой раскрывают свою сущность, которая идет вразрез с интуицией.
Telegram 
Дзен 
VK Одной из главных анатомических особенностей эволюции рода Homo считается резкое увеличение объема черепной коробки за последние примерно два миллиона лет. За это время она в среднем увеличилась в три раза. Однако авторы нового исследования поставили под сомнение традиционную гипотезу, согласно которой этот процесс был результатом естественного отбора. По их мнению, он мог оказаться случайностью.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Британские палеонтологи установили, что самый первый окаменелый фрагмент динозавра, когда-либо найденный в Антарктиде, принадлежал титанозавру. Эта группа длинношеих ящеров-завроподов включает в себя самых огромных сухопутных существ, когда-либо ходивших по земле.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
В 2025 году детекторы гравитационных волн уловили потенциальное слияние черных дыр крайне малой массы. Ученые из Университета Майами считают, что участники того события могут открыть новое направление в исследовании темной материи.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно