Компьютер как гид и помощник в ретросинтетическом анализе

Необходимость собирать и анализировать большие объемы химической информации, растущие буквально ежедневно, приводит нас к следующим соображениям: Определенно было бы странно в наши дни, если бы не предпринимались поиски возможностей при составлении планов синтезов привлечь в помощники искусственный интеллект.

Методы современной органической химии позволяют «превратить что угодно во что угодно». Поэтому в принципе ретросинтетический анализ можно начинать с любой произвольно выбранной связи. Следовательно, если в памяти компьютера содержится исчерпывающая база данных по синтетическим методам плюс программа упрощения структуры путем последовательной разборки связей, то такой компьютер сможет генерировать множество ретросинтетических схем, ведущих в итоге к простым исходным соединениям. В действительности число таких формально правильных схем может оказаться столь велико, что выбрать среди них несколько достаточно осмысленных путей будет чрезвычайно трудно, а то и просто невозможно. Таким образом, практически полезная программа должна включать химическую логику, способную производить определенную селекцию вариантов, давая на выходе лишь те, которые имеют лучшие шансы на реализацию. Программа должна также распознавать и обрывать тупиковые, химически бессмысленные ветви. Кроме того, очевидно, что нецелесообразно выполнять поиск ретросинтетических путей в полностью автоматическом режиме, т. е. без активного вмешательства человеческого интеллекта. Было разработано несколько существенно различных концепций создания программ для разработки стратегий синтеза с помощью компьютера.

Первоначально идея применения компьютера в практике органического синтеза была выдвинута в публикации Влэдуца в 1963 г., однако истинное значение исследований в этой области было обосновано только в 1969 г. в работах Кори и Уипке. Ниже мы разберем некоторые аспекты методологии, разработанной этой группой.

Первым естественным шагом в развитии такого проекта было создание возможности вводить и получать химическую информацию на языке и в формате, привычных для химиков, с тем, чтобы они могли работать с компьютером в режиме диалога. Так называемая система LHASA («Logic and Heuristic Applied to Synthetic Analysis»), разработанная группой Кори, позволяет к тому же химику непосредственно вмешиваться в ее работу на любой стадии ретросинтетического анализа. В сущности, эта система помещает химика-пользователя за пульт управления, так что он (или она) имеет возможность с самого начала избрать направление ретросинтетического поиска, а затем отвергать тот или иной мало перспективный путь и направлять поиск в более многообещающую сторону («обрезать неплодоносные ветви» ретросинтетического древа). Благодаря такому взаимодействию химика с компьютером (точнее говоря, с системой) искусство каждого из них дополняет друг друга. Действительно, даже искушенный химик-синтетик может «зевнуть» тот или иной нетривиальный ретросинтетический путь, тогда как система специально нацелена на исчерпывающий перебор всех вариантов, удовлетворяющих определенному набору критериев. В то же время химик имеет возможность полностью использовать свой опыт, интуицию и профессиональное чутье для окончательного выбора наиболее многообещающего направления последовательного ретросинтетического анализа.

Гибкость и широкая область применения являются важнейшими особенностями системы LHASA. Она включает набор хорошо разработанных подпрограмм и процедур, обеспечивающих эффективные многоступенчатые трансформации целевой структуры. Как критерии выбора стратегической связи, так и природу избираемой стратегической реакции можно варьировать, не нарушая общую структуру системы. В результате система LHASA может успешно применяться как достаточно универсальный инструмент анализа самых разнообразных целевых соединений.