Новости химической науки > Закристаллизуется или не закристаллизуется?

Одна из самых главных проблем, возникающих при изучении строения молекул – возможность их получения в виде кристаллов, пригодных для проведения рентгеноструктурного анализа. Ричарду Куперу (Richard Cooper) и Джерому Викеру (Jerome Wicker) из Оксфорда удалось разработать самообучающуюся компьютерную программу, позволяющую оценить шансы низкомолекулярного соединения на кристаллизацию.

Результат работы могут оказаться весьма полезны не только для специалистов в области структурной химии, но и для фармацевтов – способность вещества к кристаллизации и формы его кристаллической решетки могут оказать значительное влияние на его фармакологическую доступность.

Самообучающаяся программа основана на применении алгоритмов, которые могут перенастраиваться, получая большее количество информации о уже известных системах. Ранее программы такой архитектуры уже применялись для предсказания растворимости и температур плавления различных материалов. Купер и Викер решили проверить – можно ли на основе такой простой исходной информации, как типы атомов, типы связей и молекулярный объем, определить – будет ли материал кристаллизоваться.

Наборы данных для исследования были получены из Банка структурных данных Кембриджского кристаллографического центр (CCDC) и ZINC – базы данных, охватывающей информацию о коммерчески доступных соединениях. Модель алгоритма обучалась и испытывалась на предмет нахождения ряда свойств молекул, которые являются наиболее важными для определения ее способности к образованию кристаллов. Ключевыми переменными параметрами, использование которых позволяет делать предсказания с точностью 80%, оказались число связей, вокруг может реализовываться свободное вращение и индекс молекулярной связности, 0_χv, косвенная характеристика объема молекулы.

Обнаружено, что индекс молекулярной связности обладает наиболее высокой предсказательной способностью в определении возможности кристаллизации вещества. (Рисунок из CrystEngComm, 2015, DOI: 10.1039/c4ce01912a)

Как поясняет Купер, результаты анализа позволяют предсказать, будет ли кристаллизоваться материал, и, таким образом, стоит ли продолжать попытки по получению кристаллических образцов. На основании модели можно также сделать вывод о том, как незначительные изменения структуры молекулы – например, замена какой-либо функциональной группы, повысят или понизят шансы соединения на кристаллизацию.

Эксперты в области кристаллографии высоко оценивают результаты работы. Так, Саймон Коулс (Simon Coles), директор Национального Кристаллографического центра Великобритании отмечает, что в наше время многие научные направления стоят на пороге новой эры. Кристаллография не является исключением – долгое время специалисты по рентгеноструктурному анализу занимались простым отбором и данных и внесением этих данных в базы, теперь же подход, основанный на анализе этих данных, позволяет не только находить какие-то закономерности и формулировать общие правила, но и делать предсказания.

В перспективе Купер и Викер планируют дополнить модель другими переменными, например температурой и растворителем. В настоящий момент они проверяют модель на материалах, находящихся «на фронтире кристаллизуемости» для того, чтобы в очередной раз уточнить механизмы, лежащие в основе формирования кристаллических решеток.

Источник: CrystEngComm, 2015, DOI: 10.1039/c4ce01912a

метки статьи: #квантовая химия, #кристаллохимия