Принципы поиска по спектру
Данным постом открываю серию публикаций на тему использованию поиска по ЯМР спектру в работе синтетика. Эта концепция не самая стандартная, поэтому для подавляющего большинства синтетиков вообще дико звучит идея "поищи по ЯМР спектру". Для массов благодаря базе NIST к этому все привыкли, для ИК спектров - в целом, тоже, но для ЯМР частая реакция - "А что, так можно было?". Внезапно да, можно и нужно. Будет серия постов, потом они объединятся в большой лонгрид с картинками.
Сегодняшний пост - начало рассуждений о том, как такой поиск вообще может работать, какие есть подводные камни. А потом будут части про то, как он работает у нас, какие-то практические use-case, а также рекомендации.
Все программы для библиотечного поиска, которые я знаю (буду рад в комментариях обсудить другие подходы, концепции, примеры реализации), работают по принципу полнопрофильного сравнения спектров. То есть, допустим, у нас доступна библиотека ИК или масс спектров. Туда залиты экспериментально зарегистрированные и как-то предобработанные данные. По сути, полный профиль. Есть экспериментальный спектр, который мы хотим пробить по базе. Программа предобрабатывает загруженный спектр по аналогии с библиотечными и сравнивает со всеми спектрами в базе. По пути считает какую-то similarity, по которой ранжируется выдача результатов. Математика (алгоритм сравнения) там может быть разная, но общая логика примерно одна - мы каждую точку нашего спектра сравниваем с соответствующей точкой библиотечного. Возможно, когда-то потом сделаю пост с описанием классических алгоритмов поиска.
Схема - отличная, позволяет аккуратно искать по библиотеке, дает довольно точные результаты. Один нюанс - для ее работы нужна база данных с исходниками спектров. Такие базы для МС с ионизацией электронами делает NIST, есть много ИК-баз разного размера от производителей ИК-спектрометров. Новый спектр туда тоже попадает по одной схеме: автор базы должен либо зарегистрировать его сам, либо у кого-то доверенного (то есть автор верит этому кому-то, что спектр соответствует тому, чему заявлено) этот спектр взять. И это работает для коммерчески доступных веществ, но что, если мы хотим базу state-of-the-art молекул?
Можно написать авторам статей, где они опубликованы. Но убедить всех все прислать, стандартизировать формат и т.п. - задача нетривиальная. Но погодите, они УЖЕ описали спектры своих молекул в стандартном общепринятом виде строки спектра. Всем знакомое
Вот их можно попытаться оцифровать и получить список положений пиков. Но ключевая проблема - мы не можем по этим данным полноценно восстановить профиль спектра. Интенсивности на 13С ЯМР зависят от кучи факторов и их обычно не пишут. И, думаю, все это читающие хоть раз забивали на расшифровку сложной мультиплетности (сложнее дублета дублетов) на протоннике и писали "m". Ширина мультиплета тоже не всегда понятна. Поэтому нужен какой-то другой принцип поиска, который мы как раз и реализовали. В чем он заключается - будет следующий пост.
Данным постом открываю серию публикаций на тему использованию поиска по ЯМР спектру в работе синтетика. Эта концепция не самая стандартная, поэтому для подавляющего большинства синтетиков вообще дико звучит идея "поищи по ЯМР спектру". Для массов благодаря базе NIST к этому все привыкли, для ИК спектров - в целом, тоже, но для ЯМР частая реакция - "А что, так можно было?". Внезапно да, можно и нужно. Будет серия постов, потом они объединятся в большой лонгрид с картинками.
Сегодняшний пост - начало рассуждений о том, как такой поиск вообще может работать, какие есть подводные камни. А потом будут части про то, как он работает у нас, какие-то практические use-case, а также рекомендации.
Все программы для библиотечного поиска, которые я знаю (буду рад в комментариях обсудить другие подходы, концепции, примеры реализации), работают по принципу полнопрофильного сравнения спектров. То есть, допустим, у нас доступна библиотека ИК или масс спектров. Туда залиты экспериментально зарегистрированные и как-то предобработанные данные. По сути, полный профиль. Есть экспериментальный спектр, который мы хотим пробить по базе. Программа предобрабатывает загруженный спектр по аналогии с библиотечными и сравнивает со всеми спектрами в базе. По пути считает какую-то similarity, по которой ранжируется выдача результатов. Математика (алгоритм сравнения) там может быть разная, но общая логика примерно одна - мы каждую точку нашего спектра сравниваем с соответствующей точкой библиотечного. Возможно, когда-то потом сделаю пост с описанием классических алгоритмов поиска.
Схема - отличная, позволяет аккуратно искать по библиотеке, дает довольно точные результаты. Один нюанс - для ее работы нужна база данных с исходниками спектров. Такие базы для МС с ионизацией электронами делает NIST, есть много ИК-баз разного размера от производителей ИК-спектрометров. Новый спектр туда тоже попадает по одной схеме: автор базы должен либо зарегистрировать его сам, либо у кого-то доверенного (то есть автор верит этому кому-то, что спектр соответствует тому, чему заявлено) этот спектр взять. И это работает для коммерчески доступных веществ, но что, если мы хотим базу state-of-the-art молекул?
Можно написать авторам статей, где они опубликованы. Но убедить всех все прислать, стандартизировать формат и т.п. - задача нетривиальная. Но погодите, они УЖЕ описали спектры своих молекул в стандартном общепринятом виде строки спектра. Всем знакомое
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.37 (dd, J = 7.4, 1.7 Hz, 1H), 7.30 (ddd appears as td, J = 7.9, 1.6 Hz, 1H), 7.25 – 7.19 (m, 2H), 6.99 – 6.91 (m, 2H), 6.75 (t, J = 7.3 Hz, 1H), 6.71 (d, J = 7.5 Hz, 2H), 4.39 (s, 2H), 4.17 (s, 1H), 3.90 (s, 3H).
Вот их можно попытаться оцифровать и получить список положений пиков. Но ключевая проблема - мы не можем по этим данным полноценно восстановить профиль спектра. Интенсивности на 13С ЯМР зависят от кучи факторов и их обычно не пишут. И, думаю, все это читающие хоть раз забивали на расшифровку сложной мультиплетности (сложнее дублета дублетов) на протоннике и писали "m". Ширина мультиплета тоже не всегда понятна. Поэтому нужен какой-то другой принцип поиска, который мы как раз и реализовали. В чем он заключается - будет следующий пост.