Методы установления структуры, стереохимии и пространственных моделей молекул

В 2007 г. основные усилия были направлены на усовершенствование алгоритмов генерации структур в экспертной системе Structure Eluсidator, предназначенной для установления структуры неизвестных органических соединений по двумерным ЯМР спектрам. Целью исследований было обеспечение более полного учета структурной информации, извлекаемой из спектров.

Как известно, задача установления структуры молекул с помощью экспертной системы (ЭС) сводится к наложению ограничений на возможные структурные формулы анализируемого вещества. В результате выделяется одна или несколько структур из очень большого, но конечного числа теоретически возможных изомеров. Ограничения накладываются либо в процессе генерации структур, либо при их фильтрации. Очевидно, наиболее эффективным является первый способ, так как он ведет к подавлению генерации «лишних» структур и сокращению времени генерации. Главным источником структурных ограничений являются 1М (¹³С и ¹Н) и 2М ЯМР спектры.

По числу сигналов в спектре ЯМР ¹³С может быть установлено наличие симметрии в анализируемой молекуле. Нами было обнаружено, что используемый в системе алгоритм генерации структур по данным 2М ЯМР спектров совершенно неприменим в случае симметричных молекул, так как время работы программы становится неприемлемым (десятки часов на ПК). Ранее в литературе этот вопрос не рассматривался.

В результате проведенных исследований разработан универсальный алгоритм генерации структур по данным 2М ЯМР спектров. Алгоритм обнаруживает наличие симметрии в молекуле и автоматически настраивается на генерацию симметричных структур. В режиме генерации симметричных структур существенно используется симметрия молекулы, что резко (на несколько порядков) ускоряет процесс генерации. Эффективность алгоритма подтверждена решением нескольких десятков задач.

Дальнейшее повышение эффективности генератора было достигнуто в результате использования информации о мультиплетности сигналов в 1Н ЯМР спектре и минимальных разрешенных размеров циклов. Это позволило значительно уменьшить число структур ответного файла и сократить время генерации структур.

См. также: Результаты 2007 г