A development of a methodology for high-efficiency structure elucidation of unknown compounds using chemoinformatics and computational chemistry

开发利用化学信息学和计算化学高效解析未知化合物结构的方法

• 批准号: 22K21324
• 负责人: 新福 優太
• 金额: $ 1.83万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-08-31 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K21324/
• 关键词: 環境化学; 高分解能質量分析; 構造推定; 定量的構造保持相関; 計算化学

本研究は、質量分析法を基礎とする環境中の未知汚染物質の構造推定の迅速化を目的とするものであり、この達成のために、ケモインフォマティクス的手法による保持時間の予測方法、および量子化学計算による開裂反応（フラグメンテーション）の予測方法の開発を試みるものである。まず、前者のケモインフォマティクス的手法の開発を目的として、種々の化学物質を四重極-飛行時間型高分解能LC/MS分析に供した。具体的には、環境省の定める要調査項目のうち103物質を分析し、これらの物質の実測保持時間情報を取得した。要調査項目として指定されている化学物質は、その化学的特徴が多岐に渡ることから、得られた保持時間情報は将来的な保持時間予測モデルの開発において有益性が高い。量子化学計算による開裂反応の予測方法についても開発を試みるが、これは要求される計算時間が膨大となる可能性が高いため、前段階としてジェネラルフラグメンテーションルールを用いた構造推定とデータベースマッチングの組み合わせを検討中である。現時点では、プログラミング言語Pythonを使用した構造候補物質のスクリーニング法の確立に、部分的ではあるが成功している。具体的には、Python中のライブラリであるPubChemPyおよびRDkitを用いて、特定の分子式を有する物質をPubChem上で検索し、該当する物質群のcanonical SMILESを一斉に取得し、そのリストからのカルボキシ基、フェニル基、三級アルコール、三級アミンを有する物質の抽出、および各物質についてのこれらの官能基数のカウントに成功している。ただし将来的な展望に鑑みると、ヒドロキシ基などの他の官能基も対象として、現時点でのスクリーニング法をより広範に拡大していく必要性が高いと言える。

This study is aimed at establishing the basis for mass analysis, the method for predicting the retention time, and the development of a prediction method for cracking reactions based on quantum chemical calculations. For the purpose of the development of the method of the former, the chemical substances of the species are analyzed by quadrupole time-of-flight high resolution LC/MS Specific information on the measurement and maintenance time of the substances to be investigated shall be obtained. The chemical characteristics of the chemical substances to be investigated and specified are highly beneficial for the development of multi-species, multi-species and multi-species. Quantum chemical calculation of cracking reaction prediction method in the middle of the development of the test, the requirements of the calculation time is very high, the first order of the production of cracking reaction, the use of the structure of the presumptive cracking reaction. At present, the use of structural candidate substances is successful. Specific examples include the use of ChemPy and RDkit in Python, the search for substances with specific molecular formulas in PubChem, the acquisition of canonical SMILES of the substance group, the extraction of substances with different functional groups, the successful extraction of functional groups in each substance. In the future, we will look forward to the future and discuss the necessity of other functional groups.