1 of 11

Предсказание химических сдвигов ядер азота в органических соединениях для проведения ЯМР-исследований

​

Автор: Коваленко Е. А� Научный консультант на курсе MSU.AI: Колпинский С. В.�Научный руководитель: Шенкарев З. О.

Курс: «Нейронные сети и их применение в научных исследованиях»

2 of 11

Введение

Предсказание химических сдвигов ядер азота в органических соединениях для проведения ЯМР-исследований

Химический сдвиг — смещение сигнала ЯМР в зависимости от химического состава вещества, связанное с электронным окружением атома

3 of 11

Данные. Получение

Предсказание химических сдвигов ядер азота в органических соединениях для проведения ЯМР-исследований

  • 1 атом азота
  • без учета растворителей
  • 243 соединения

Парсинг БД SpectraBase

​

​

Поиск SMILES-строк для соединений в PubChem

​

​

Сбор целевой переменной химических сдвигов

4 of 11

Данные. Эмбеддинги

Предсказание химических сдвигов ядер азота в органических соединениях для проведения ЯМР-исследований

RDKitFingerprint

MolFormer

MorganFingerprint

NP-VAE

5 of 11

Модель

Предсказание химических сдвигов ядер азота в органических соединениях для проведения ЯМР-исследований

?Логарифмирование?

?Стандартизация?

Лучший результат для предсказания химических сдвигов ядер азота: MAE - 6.12 ppm (Gerrard, 2022)

Лучший результат для предсказания химических сдвигов: �MAE - 1.82 ppm для ядер углерода (Rull, 2023)

6 of 11

Результаты. Первая стадия

Предсказание химических сдвигов ядер азота в органических соединениях для проведения ЯМР-исследований

R2 train

R2 test

0.98

0.539

MAE train

MAE test

3.16

41.64

7 of 11

Результаты. Intermediate

Предсказание химических сдвигов ядер азота в органических соединениях для проведения ЯМР-исследований

8 of 11

Результаты. Вторая стадия

Предсказание химических сдвигов ядер азота в органических соединениях для проведения ЯМР-исследований

R2 train

R2 test

0.55

0.96

MAE train

MAE test

48.55

13.48

9 of 11

Обсуждение результатов

Предсказание химических сдвигов ядер азота в органических соединениях для проведения ЯМР-исследований

R2 control

MAE control

0.38

41.4

10 of 11

Журналы

Предсказание химических сдвигов ядер азота в органических соединениях для проведения ЯМР-исследований

11 of 11

1) Создана двухстадийная модель для анализа химических сдвигов ядер азота азотсодержащих органических соединений;

2) Первая стадия предсказания - CatBoostRegressor на основе фингерпринтов соединений; вторая - fine-tuning предсказанных значений с добавлением эмбеддингов MolFormer;

3) Контрольная метрика MAE - 41.4 ppm, R2 - 0.38.

Заключение

Предсказание химических сдвигов ядер азота в органических соединениях для проведения ЯМР-исследований