计算机设计的将化学废物转化为药物
文章出处：AgnieszkaWo?os,DominikKoszelewski,Rafa?Roszak,SaraSzymku?,MartynaMoskal,RyszardOstaszewski,BrendenT.Herrera,JosefM.Maier,GordonBrezicki,JonathonSamuel,JustinA.M.Lummiss,D.TylerMcQuade,LukeRogers,BartoszA.Grzybowski.Computer-designedrepurposingofchemicalwastesintodrugs.Nature,,-.
摘要：由于化学工业继续产生大量的化学废物，设计“循环化学”方案是必要的，以有效地将这些不需要的材料至少一部分转化为有用的产品。尽管在某些类别的有害化学品的降解方面取得了重大进展，但关于“关闭循环”(将废弃基质转化为有价值的产品)的工作仍然零散，并侧重于众所周知的领域。综合分析哪些有价值的产品可以从不同的化学废物中合成是困难的，因为即使是很小的一组废物基质，也可以在几个步骤内产生数百万个假定的产品，每个产品都可以通过形成紧密连接网络的多条路径进行合成。追踪所有这些合成，并选择那些也符合过程和“绿色”化学标准的合成，可以说是超越了人类化学家的认知。在这里，作者展示具有广泛综合知识的计算机如何帮助解决这一挑战。使用正向合成Allchemy平台，作者从大约种商业规模回收的废弃化学品中产生巨大的合成网络，从这些网络中回收数以万计的路线，导致大约种重要的药物和农药，然后根据可持续化学的公认指标，用算法对这些合成物进行排名。作者通过实验验证了其中几种途径，包括在“按需制药”流动化学平台上的工业现实演示。广泛采用计算机化的废物转化为有价值的算法，可以加快化学品的生产性再利用，否则会产生存储或处置成本，甚至会造成环境危害。
作者所有的分析都是基于Allchemy收集的大约个基于潜在反应机制的广义反应转换专家编码，包括(但不限于)化工行业常见的坚固反应类型，特别是制药、农化和香料/香料。这些反应规则比机器提取的转换更广泛，也更准确，而且专家编码方法已经通过大量计算机计划的合成的成功实验执行而得到验证：比如在Allchemy中理解生命的起源，在化学/合成中使用了一套不同的逆转录合成规则，用于药物和复杂的自然产物的合成。
Allchemy中的每个转换指定了反应类型/类别、允许取代基的范围、与给定反应不兼容的结构基序(考虑约个基团)、典型条件和试剂、建议的溶剂(分为质子/非质子和极性/非极性)、温度范围(分为非常低、小于-20oC；低，-20oC至+20oC；室温(RT)；高，+40oC到+oC，和非常高，大于+oC)，一个特定反应与其它一些反应串联进行的倾向，以及更多。重要的是，该程序还计算一系列分子性质(logP、极表面面积和其它结构描述符、能量、pKa值等等)，标记有问题的试剂[美国环境保护署(EPA)的极端危险物质清单，欧盟REACH法规《高度