Recherche de synthèse organique par ordinateur
La synthèse chimique peut être définie comme l'obtention de certains produits à partir d'autres produits à la suite d'une séquence de réaction.
Pour obtenir cette séquence de réactions, nous devons tenir compte de certaines lois. Ces lois nous disent si une réaction est applicable ou non à un moment ou une situation concrète.
Mais nous devons aussi connaître d’autres choses pour choisir la meilleure synthèse:
- Performance de chaque étape de la séquence de réaction.
- Prix des réactifs à utiliser.
- Nombre minimum d'étapes du parcours de synthèse pour minimiser le prix du produit.
- Analyse des possibles réactions concurrentielles sur le chemin. Ces réactions affecteront la performance et le prix du produit. Notez que ce sont des réactions compétitives et que le produit ne sera pas très propre. Par conséquent, il faudra le nettoyer et cela augmentera le prix.
Comme nous avons beaucoup d'espèces chimiques et de réactions différentes, nous aurons beaucoup de chances d'obtenir un produit. Nous devons choisir la voie la moins chère et facile à effectuer dans l'industrie. Pour savoir quelle est cette voie, nous devons prendre en compte les types de dispositifs que nous avons et les types de réacteurs que nous avons, si leur utilisation est facile ou difficile et à quel prix sont les réactifs sur le marché des produits chimiques.
Par conséquent, lors de la réalisation de la synthèse, nous devons prendre en compte d'une part un grand nombre de données et de l'autre, prendre l'option la plus appropriée de toutes les options. Cela pose deux problèmes:
- Temps: Il faudra beaucoup de temps pour choisir la meilleure voie.
- Erreurs: comme l'être humain a la possibilité d'erreur propre, cela est aggravé en travaillant avec de nombreuses données.
Ainsi, dans les années soixante, ils ont commencé à utiliser les ordinateurs. Au début, un débat entre les chercheurs a commencé. Certains affirmaient que la chimie était une science de faible dimension de formalisation et que l'intuition du chercheur était vraiment importante. Au contraire, d'autres chercheurs ont noté qu'il était capable d'aider les ordinateurs dans le travail intellectuel d'un chimiste et qu'il devait aider.
Un ordinateur peut mieux analyser et plus rapidement les différentes options. Ce que le chercheur doit faire est de poser un travail à l'ordinateur. Pour cela, vous devez utiliser un langage approprié, basé sur des symboles mathématiques. Dans ce dernier se trouve la plus grande difficulté, traduisant toutes les connaissances de la chimie au langage mathématique.
Un ordinateur peut aider le chimiste de deux façons:
- Comme dépôt de données. Recueillir des connaissances en chimie et toutes les expériences précédentes que nous pouvons avoir disponibles à tout moment. Ils ne sont pas capables d'inventer de nouvelles choses.
- Analyse des différentes variables logiques pour la synthèse d'un produit. Ils sont capables de trouver de nouvelles réactions dans la chimie organique.
Le premier système expert en chimie organique, c'est-à-dire la première intelligence artificielle, était le DENDRAL. R. Feigtroncos et J. Elle a été réalisée par Lederberg. DENDRAL, basé sur les résultats des analyses spectroscopiques, était capable d'obtenir une structure tridimensionnelle des molécules organiques.
D'autres systèmes des années 70 sont: LHASA, SECS, SYNCHEM et PASCOP par exemple. Ils présentaient différentes alternatives à partir de diverses données et le chimiste a choisi la voie à suivre.
Une autre session de synthèse organique assistée par ordinateur était le programme FLAMINGO. Avec ce programme “M. Lomonosov a rejoint l’Université de Moscou en 1972. Ce programme fonctionne comme suit:
L'ordinateur est basé sur une structure qui appartient à l'espèce chimique initiale. Les réactions dans la chimie organique sont considérées comme des permutations des différents liens, c'est-à-dire qu'elles sont rompues dans certains endroits et complétées dans d'autres. Comme les permutations potentielles sont nombreuses, vous aurez des limites ou des critiques. Grâce à eux, l'ordinateur réalise une étude qui évite les structures irréelles ou les duplications, c'est-à-dire les espèces égales. Autrement dit, il resserre la bande de recherche et n'accepte pas les résultats non chimiquement pertinents, même s'ils sont mathématiquement corrects.
D'autre part, grâce à ses connaissances, le chercheur peut introduire certaines limitations spéciales dans le programme. Par exemple, choisissez quelques-uns des atomes que vous avez un composé. Ainsi, seuls les liens de ces atomes interviendront dans la permutation.
L'ordinateur nous représente graphiquement l'information que nous introduisons et les résultats.
Leur temps de travail varie de trois à cinq secondes.
Le chimiste sélectionne les résultats les plus appropriés, qui sont stockés dans la mémoire de l'ordinateur et qui peuvent être utilisés comme espèces primaires. De cette façon, on peut réaliser une synthèse de différentes étapes.
Une autre de ces expériences a été le projet de l'institut chimique UAM-IBM et Sarria. Ce projet a commencé en 1986 et était destiné aux étudiants.
La principale caractéristique de ce projet était la simplicité du langage informatique. Bien que n'ayant pas de grandes connaissances informatiques, il était possible de travailler avec ce système.
Au début, ils ont accueilli un groupe d'espèces chimiques de chimie organique. Ce groupe était composé d'espèces dérivées du benzène et du benzène. Le benzène a une structure hexagonale avec un atome de carbone sur chacun de ses sommets. Ce carbone est lié à un atome d'hydrogène. Les molécules dérivées du benzène sont obtenues en remplaçant l'atome d'hydrogène par un autre atome, un radical ou un ensemble d'atomes. Par exemple, l'acide acétylsalicylique (aspirine) est obtenu en remplaçant un hydrogène par un radical COOH et un autre par un O-CO-CH3.
Pour obtenir un produit, ils doivent fournir au système les informations suivantes:
- Liste des produits de base et leurs prix.
- Liste de tous les types de réactions. Ici seront définis les radicaux impliqués, le rendement de la réaction et le coût par mol.
- Un ensemble de restrictions et de règles. Il sera utilisé pour décider si une réaction peut être appliquée ou non à tout moment.
Une fois cette information reçue, ce système nous indiquera quelle est la forme de synthèse la plus économique pour obtenir un produit.
Le plus grand problème de ce système est l'énorme nombre de possibilités et le temps nécessaire pour prendre la décision. Le système de réduire quelque chose de ce temps a été mis en mémoire, à savoir, il a été donné la capacité de se souvenir. Il stocke l'information des produits intermédiaires et ainsi, si une ligne de synthèse passe par ce produit, le temps qu'il faut pour prendre la décision sera inférieur.
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