想象一下你要组装一座巨型乐高城堡,却只能从成品开始,一步步拆解回最基础的积木块——这就是化学家面对"逆合成"挑战时的困境。自1928年维勒在实验室首次合成尿素以来,人类便踏上了用化学手段"创造物质"的征程。然而当分子结构日益复杂,尤其面对药物研发的精密需求时,传统化学合成如同在迷宫中盲行。
逆合成的本质,是一场分子世界的解谜游戏。它要求化学家从目标分子(如某种药物)出发,倒推寻找可行的合成路线,最终用市售的化学原料像搭积木般将其构建出来。这项工作的难点令人望而生畏:
可能性爆炸:每一步分解都可能衍生数十种反应路径,如同树枝无限分叉
优化困境:如何在千万条路径中找到成本最低、安全性最高的方案
知识壁垒:人类难以全面掌握所有化学反应规则与例外
过去半世纪,计算机辅助设计始终步履蹒跚。基于规则的专家系统如同死记硬背的学生,只能复刻已知反应;而早期算法面对复杂分子时,常陷入"组合爆炸"的泥潭。
然而,AI的介入正在重写游戏规则,深度学习技术正带来革命性突破:
智能拆解引擎:AI像理解语言般学习分子结构,识别最优“拆解点”
全局路径优化:同时评估数万条路径的成本、效率、安全性
海森大数据逆合成方案
烟台海森大数据公司凭借其在材料研发、大数据与人工智能领域的深厚积累,自主研发出了一款创新的材料智能研发平台——海森材料AI平台。海森材料AI平台深度融合了材料/化学理论、分子构建、模拟计算与机器学习等前沿技术,集材料数据、材料算法和材料模型于一体,打破了传统材料研发的瓶颈,实现了材料的智能研发。
烟台海森大数据自主研发的AI逆合成系统,依托海森材料AI平台,学习了500余万个反应,融合了AI技术、大数据技术、机器学习、化学反应机理等相关技术和知识,能对任何物质结构给出相对合理的多条合成路径,支持用户自主选择中间反应。能帮助实验合成人员快速找到可行的方案。
合成路线设计:平台提供了AI逆合成服务,这些服务可以基于平台的算法和模型,根目标化合物的性质和要求,快速设计出合理的合成路线。
化合物性质预测:平台还提供了化合物性质预测服务,这些服务可以基于平台的计算数据和模型,对化合物的各种性质和性能进行预测和评估。
化学反应性评估:平台还提供了化学反应性评估服务,这些服务可以基于平台的算法和模型,对化学反应的可能
海森大数据逆合成案例
恶性疟原虫是疟疾最致命的病原体,在野外环境中展现出多样化的耐药机制。该分子是一个含1,2,4-恶二唑环、哌啶和苯环的多杂环化合物,药物学家通过设计筛选得到了该化学物,实验验证发现该化合物对部分多重耐药株系有效。分子SMILES:O=C(CC1=CC=CC=C1)N(CCN1CCCCC1)CC1=NC(C2=CC=CC(C(=O)N3CCCNCC3)=C2)=NO1
AI预测合成路线:
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展望未来
当化学家从繁琐的路线推演中解放,将创造力聚焦于分子功能创新时,AI驱动的“智能拆解”技术,正在成为打开新材料、新药物宝库的密钥。
这场化学领域的“逆向革命”证明:有时要更好地创造,必须先学会更聪明地拆解。当AI成为化学家的“积木拆解大师”,更多改变生命的分子设计正从蓝图走向现实。
从维勒的尿素烧瓶到今天的AI云实验室,逆合成的进化史恰是人类驾驭物质能力的缩影。当化学家从繁琐的路线推演中解放,将创造力聚焦于分子功能设计时,AI驱动的"智能拆解"技术,正在成为打开新材料、新药物宝库的密钥。每一次分子结构的优雅分解,都是对创造边界的重新定义。