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

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。

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。