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2021 年度 実績報告書

精密合成を迅速に実現する全データ駆動型反応開発システムの構築

計画研究

研究領域デジタル化による高度精密有機合成の新展開
研究課題/領域番号 21H05218
研究機関分子科学研究所

研究代表者

椴山 儀恵  分子科学研究所, 生命・錯体分子科学研究領域, 准教授 (80447127)

研究分担者 鈴木 敏泰  分子科学研究所, 機器センター, チームリーダー (60260030)
大塚 尚哉  分子科学研究所, 生命・錯体分子科学研究領域, 助教 (60874261)
研究期間 (年度) 2021-09-10 – 2026-03-31
キーワード有機合成化学
研究実績の概要

化学反応の開発は、新規有機分子の精密合成を実現するうえで重要な鍵となる。各々の研究組織で培われてきた技術・経験・知見にもとづいて、多彩な化学反応が創り出されている。その一方で、長期に及ぶ反応開発が、新規有機分子の開発研究におけるボトルネックになっている。データを正確かつ迅速に収集し、適切かつ客観的に解析して精密有機合成に繋げる「反応開発システムの構築」が、強く望まれる。本研究では、反応条件探索用ロボット・機械学習による定量的アプローチと有機合成化学者による定性的アプローチとを融合した「全データ駆動型反応開発システム」を構築し、精密有機合成の迅速化に貢献することを目的として、研究を実施している。
2021年度から2022年度前期の研究では標的分子の迅速合成に向けて、予測モデルの構築に必要な予備検討分子3種類の反応検討を行った。具体的には、関連する素反応の全データを機械学習用にエクセルファイルにまとめ、共同研究先に提供した。回帰分析により重要度が示された反応温度と反応時間について、各々4条件の合計16条件について実験計画法により反応実験を実施したところ、3種類の予備検討分子の収率に顕著な違いが認められた。これらの全データをもとに種々の機械学習手法を試し、予測モデルの構築に適した機械学習手法を選定した。その結果、機械学習手法としてサポートベクター回帰がモデル分子の収率予測に有効であることがわかった。また、標的分子の反応検討に必要な化合物群を大量に合成し、標的分子の反応検討に十分な量を確保した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

これまでに報告されていない3種類の予備検討分子を合成することに、初めて成功した。機械学習では、一般的に1万程度のビックデータが必要と考えられている。一方、本研究において当研究グループで蓄積してきたデータは、ポジティブな結果とネガティブな結果を合わせて100データ前後である。本研究により、100程度のスモールデータでも、ポジティブな結果とネガティブな結果の双方が含まれるデータセットを用いれば、機械学習と回帰分析により、当該反応に重要な要素を定量的に評価可能であることを見出した。これらの成果は、本研究の目的である全データ駆動型反応開発システムの重要性を支持するものである。特に、有機合成反応の開発において、100程度のスモールデータでも機械学習の有効性が裏付けられた点は意義深い。

今後の研究の推進方策

今後の検討では、反応条件探索用ロボットを存分に使用して、質の高い反応実験のデータを収集し、機械学習へのデータ提供を迅速化する。また、量子化学計算を用い、有機合成化学反応を構成する分子の特徴を定量化する。反応実験、機械学習、量子化学計算を融合して、全データ駆動型反応開発システムを構築する。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件)

  • [雑誌論文] Chiral Counteranion-Directed Catalytic Asymmetric Methylene Migration Reaction of Ene-Aldimines2022

    • 著者名/発表者名
      Momiyama Norie、Jongwohan Chanantida、Ohtsuka Naoya、Chaibuth Pawittra、Fujinami Takeshi、Adachi Kiyohiro、Suzuki Toshiyasu
    • 雑誌名

      The Journal of Organic Chemistry

      巻: 87 ページ: 9399~9407

    • DOI

      10.1021/acs.joc.2c00742

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Three-center-four-electron halogen bond enables non-metallic complex catalysis for Mukaiyama-Mannich-type reaction2022

    • 著者名/発表者名
      Oishi Shunya、Fujinami Takeshi、Masui Yu、Suzuki Toshiyasu、Kato Masayuki、Ohtsuka Naoya、Momiyama Norie
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 25 ページ: 105220~105220

    • DOI

      10.1016/j.isci.2022.105220

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 三中心ハロゲン結合を基盤とする分子性触媒の創成2022

    • 著者名/発表者名
      椴山 儀恵
    • 雑誌名

      ファルマシア

      巻: 58 ページ: 948~953

    • DOI

      10.14894/faruawpsj.58.10_948

    • 査読あり
  • [学会発表] ハロゲン結合を鍵とするDMAPペンダント型ポリマーによるアズラクトンのppmレベルアシル基転移反応2022

    • 著者名/発表者名
      堀 達暁、藤波 武、大塚 尚哉、椴山 儀恵
    • 学会等名
      日本化学会 第102春季年会(2022)
  • [学会発表] 中性ヨウ素とヨードニウム複合型非金属Lewis酸触媒による向山アルドール反応2022

    • 著者名/発表者名
      加藤 雅之、藤波 武、大塚 尚哉、椴山 儀恵
    • 学会等名
      日本化学会 第102春季年会(2022)
  • [学会発表] ピリジルハロニウム錯体触媒によるアニオン結合性触媒反応の適用調査と定量分析2022

    • 著者名/発表者名
      大石 峻也、藤波 武、大塚 尚哉、椴山 儀恵
    • 学会等名
      日本化学会 第102春季年会(2022)
  • [学会発表] ナフタレンの位置選択的フッ素化反応を鍵とした全フッ素ヨウ化ペリレンの精密合成と構造解析2021

    • 著者名/発表者名
      大塚 尚哉、藤波 武、鈴木 敏泰、椴山 儀恵
    • 学会等名
      第118回有機合成シンポジウム
  • [学会発表] フッ素化多環芳香族分子のヨウ素化反応を鍵とした全フッ素ヨウ化ペリレンの精密合成と構造解析2021

    • 著者名/発表者名
      大塚 尚哉、大田 陽野、藤波 武、鈴木 敏泰、椴山 儀恵
    • 学会等名
      第24回ヨウ素学会シンポジウム
  • [学会発表] 三中心四電子ハロゲン結合を活用するハロニウム錯体触媒の創成と高活性アニオン結合性触媒としての応用2021

    • 著者名/発表者名
      大石 峻也、藤波 武、椴山 儀恵
    • 学会等名
      第118回有機合成シンポジウム

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公開日: 2023-12-25  

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