人工智能工具找到了将化学废物转化为药物的绿色方法

一个合成平台Allchemy已经确定了几种可以从化学废物流中制造的药物和农用化学品。在预测可行的合成路线后，该程序应用环境、经济和地理因素对反应进行排名，甚至提出已知路线的绿色替代方案。该软件成功地在按需药品生产系统中进行了测试。

“通过仔细限制化学空间的范围，并对穿过它的合成路线进行排名，这种方法可以从价值和可持续性方面分析数百万种潜在产品，”评论道弗兰克Glorius德国Münster大学的研究员，他没有参与这项研究。“基于这样的分析，可以开发出新的循环流程，从而节省资源并减少排放。”

他说:“从历史上看，人们一直把重点放在生产上，很少有人关心如何处理副产品中剩下的垃圾。Bartosz Grzybowski波兰科学院和韩国蔚山国家科学技术研究所的研究员，Allchemy的创造者之一。他提到，很难想出从废物中提取产品的创意和经济合理的想法。“这些物质的反应方式有很多种，要找到有效的合成方法就像大海捞针一样困难。”

Grzybowski认为，像Allchemy这样的软件可以帮助解决这一挑战。他说:“计算机可以简单地尝试所有的选项，最终解决一个人类化学家无法解决的问题，因为它的体积太大了。”计算机程序使用化学反应规则库，这些规则库应用于起始材料池和所有生成的中间产物。在这种情况下，研究小组从200种废弃化学物质开始。“我们传播了几个网络——每个网络有数亿个分子——在大约10亿个分子和数百亿个反应的空间内，我们发现了300种药物的循环合成，”Grzybowski说。

“这项工作是在反应规则、废物经济和化学合成的大数据挑战中导航的漂亮执行，”他说盖Cernak来自美国密歇根大学。“这项工作让我意识到，我们目前的污染问题只是物流方面的问题，我期待着制药和精细化工厂能与生物质和汽油垃圾生产厂并立。”

有机合成规划通常使用反合成方法，即将目标分子按顺序分解成更简单的前体，但Grzybowski和同事们在这里做了相反的工作，指出Vikramaditya Yadav在加拿大的英属哥伦比亚大学。这项工作的精妙之处在于，研究人员并不一定发明了一种将废物转化为药物的新方法。他们只是把重点从产品转移到了原料上。

罗伯特·佩顿来自科罗拉多州立大学和美国国家科学基金会计算机辅助合成中心的研究人员解释说，Allchemy可以自动过滤不理想的反应条件、有害试剂、有问题的溶剂或低原子经济性的路线。他说:“它甚至可以评估大宗原材料的地理邻近程度。”“再加上新兴的从头分子设计方法，这种方法有助于限制化学家的注意力，只关注那些从丰富的前体中合成可行的分子目标。”

Grzybowski指出:“一个重要的特点是，我们不仅评估了实验室规模的可行性，还评估了工艺的可行性。”“这是关键，因为如果我们的目标是循环化学，我们需要找到不会破坏环境的路线。”

研究小组通过实验验证了几种反应。Grzybowski说:“我们用降解的塑料瓶(乳酸)和煤炭加工的副产品苯酚制成了一种(世界卫生组织)必需的抗麻风病药物。”“我们还做了一些心脏药物，最重要的是，在我们同事的帮助下按需制药在美国，我们实施了一些针对Covid大流行的重要药物的生产。他补充说，这些药物不是针对Sars-CoV-2的药物，而是医院用来管理严重Covid患者的其他药物。

但是Grzybowski指出，像Allchemy这样的项目只有在整个化学工业中被采用和共享，才能充分发挥其潜力。“我设想的是这样一个系统，在这个系统中，公司将有关他们希望处理的废物的信息储存起来，然后Allchemy计算出可以从这些废物中提取什么有用的东西，以及如何提取这些废物，然后其他一些公司竞标，实际处理这些废物并进行合成。”