Bir zamanlar hamile kadınlarda sabah hastalığını hafifletmek için kullanılan bir ilaç olan talidomid, vücuttaki optik izomerleri nedeniyle farklı özellikler sergiler: bir izomerin yatıştırıcı bir etkisi vardır, diğeri ise doğum kusurları gibi şiddetli yan etkilere neden olur. Bu örneğin gösterildiği gibi, sadece istenen optik izomeri seçici olarak sentezleyen hassas organik sentez teknikleri yeni ilaç gelişiminde çok önemlidir.
Birden fazla reaktanı analiz etmekle mücadele eden geleneksel yöntemlerin üstesinden gelen bir araştırma ekibi, 21 tür reaktanı aynı anda tam olarak analiz etmek için dünyanın ilk teknolojisini geliştirmiştir. Bu atılım, şimdi Amerikan Kimya Derneği DergisiAI ve robotları kullanan yeni ilaç geliştirmeye önemli bir katkıda bulunması bekleniyor.
Optik izomerler, birbirlerinin ayna görüntüleri olan aynı kimyasal formüle sahip bir çift molekül içerir ve asimetrik yapıları nedeniyle üst üste bindirilemez. Bu, formda benzer ancak mükemmel bir şekilde kaplanamayan sol ve sağ elle benzerdir.
Kaist’in Profesör Hyunwoo Kim’in Kimya Bölümü’ndeki araştırma ekibi, AI güdümlü otonom sentez dönemine uygun yenilikçi bir optik izomer analiz teknolojisi geliştirdi. Bu araştırma, yüksek çözünürlüklü florin nükleer manyetik rezonans spektroskopisi kullanılarak aynı anda çoklu reaktanları içeren asimetrik katalitik reaksiyonları tam olarak analiz eden dünyanın ilk teknolojisidir (19F nmr). Yeni ilaç geliştirme ve katalizör optimizasyonu dahil olmak üzere çeşitli alanlara katkıda bulunması bekleniyor.
Yapay zeka (AI) kullanarak kimyasal madde sentez süreçlerini otomatikleştiren ve optimize eden ileri bir teknolojidir. Gelecekteki laboratuvarlarda otomatik ve akıllı araştırma ortamlarının gerçekleştirilmesi için temel bir unsur olarak dikkat çekmektedir. AI, deney koşullarını tahmin eder ve ayarlar, sonuçları yorumlar ve sonraki deneyleri bağımsız olarak tasarlar, tekrarlayan deneylere insan müdahalesini en aza indirir ve araştırma verimliliğini ve yenilikçiliğini önemli ölçüde artırır.
Şu anda, otonom sentez sistemleri reaksiyon tasarımından yürütmeye kadar her şeyi otomatikleştirebilirken, reaksiyon analizi hala geleneksel ekipman kullanarak bireysel işlemeye dayanmaktadır. Bu, daha yavaş hızlara ve darboğazlara yol açar, bu da yüksek hızlı tekrarlayan deneyler için uygun değildir.
Ayrıca, 1990’larda önerilen çoklu substrat eşzamanlı tarama teknikleri, reaksiyon analizi verimliliğini en üst düzeye çıkarmak için bir strateji olarak dikkat çekti. Bununla birlikte, mevcut kromatografiye dayalı analiz yöntemlerinin sınırlamaları, geçerli substratların sayısını kısıtlamıştır. Sadece istenen optik izomeri seçici olarak sentezleyen asimetrik sentez reaksiyonlarında, aynı anda 10’dan fazla substrat türünü analiz etmek neredeyse imkansızdı.
Bu sınırlamaların üstesinden gelmek için, araştırma ekibi bir 19F NMR tabanlı çoklu substrat eşzamanlı tarama teknolojisi. Bu yöntem, tek bir reaksiyon gemisinde çoklu reaktanlarla asimetrik katalitik reaksiyonların gerçekleştirilmesini, ürünlere florin fonksiyonel bir grubu eklemeyi ve daha sonra kendi geliştirilen kiral kobalt reaktiflerini tüm optik izomerleri kullanarak netleştirmek için uygulamayı içerir. 19F nmr.
Mükemmel çözünürlük ve hassasiyeti kullanmak 19F NMR, araştırma ekibi, 21 substratın asimetrik sentez reaksiyonlarını tek bir reaksiyon kabında aynı anda başarıyla gerçekleştirdi ve herhangi bir ayrı saflaştırma aşaması olmadan ürün verimini ve optik izomer oranını nicel olarak ölçtü.
Profesör Hyunwoo Kim, “Herkes bir reaktörde çoklu substratlarla asimetrik sentez reaksiyonları gerçekleştirebilirken, tüm ürünleri doğru bir şekilde analiz etmek, şimdiye kadar çözmek için zorlayıcı bir sorun olduğunu bekliyoruz. Birinci sınıf çoklu substrat tarama analizi teknolojisinin elde edilmesinin, AI-trene dayalı özerklik platformlarının analik yeteneklerinin arttırılmasına büyük katkıda bulunacağını bekliyoruz.
“Bu araştırma, yeni ilaç gelişimi için gerekli olan asimetrik katalitik reaksiyonların verimliliğini ve seçiciliğini hızla doğrulayabilen bir teknoloji sağlar ve AI odaklı otonom araştırmalar için çekirdek bir analitik araç olarak kullanılması beklenmektedir.”
