سنتز مولکول‌ های فلورسنت جدید با محاسبات شیمی کوانتومی

دانلود مقاله سنتز مولکول‌ های فلورسنت جدید با استفاده از محاسبات شیمی کوانتومی و یادگیری ماشین که بر اساس روش جدید ایجاد شد. طراحی مولکول های فلورسنت مستلزم در نظر گرفتن چندین ویژگی مولکولی مرتبط با یکدیگر است، برخلاف خواصی که مستقیماً با ساختار مولکولی مرتبط هستند، مانند جذب نور مولکول ها. در این مطالعه، ما از یک ژنراتور مولکولی de novo (DNMG) همراه با محاسبات شیمیایی کوانتومی (QC) برای توسعه مولکول‌های فلورسنت استفاده کرده‌ایم که توجه قابل توجهی را در رشته‌های مختلف به خود جلب کرده‌اند.

با استفاده از محاسبات موازی عظیم (1024 هسته، 5 روز)، DNMG 3643 مولکول فلورسنت تولید کرده است. ما یک مولکول گزارش نشده و هفت مولکول گزارش شده را انتخاب کرده و آنها را سنتز کرده ایم. شیمیدانان RIKEN با گزارش شش ترکیب فلورسنت جدید، روشی قدرتمند برای طراحی مولکول‌ها برای ارضای مشخصات از پیش تعریف‌شده ارائه کردند. این روش، که ترکیبی از یادگیری ماشین و شیمی کوانتومی است، وعده می دهد که شیمیدانان در زمان ساخت و آزمایش ترکیبات در آزمایشگاه بسیار صرفه جویی کنند.

ترکیبات فلورسنت به عنوان تابش کننده های نوری قابل مشاهده در برنامه های کاربردی در چندین رشته، از جمله دیودهای ساطع کننده نور آلی، حسگرها، و تصویربرداری زیستی مهم هستند. اگرچه مولکول‌های فلورسنت متعددی برای این کاربردها و دیگر کاربردها ساخته شده‌اند، اما مولکول‌های جدید برای رفع کاستی‌های مواد فعلی از نظر عملکرد، پایداری و هزینه کم در تقاضای دائمی هستند. حتی تغییرات ظریف در ساختارهای شیمیایی ممکن است منجر به پیشرفت‌های عمده شود.

Abstract
Designing fluorescent molecules requires considering multiple interrelated molecular properties, as opposed to properties that straightforwardly correlated with molecular structure, such as light absorption of molecules. In this study, we have used a de novo molecule generator (DNMG) coupled with quantum chemical computation (QC) to develop fluorescent molecules, which are garnering significant attention in various disciplines. Using massive parallel computation (1024 cores, 5 days), the DNMG has produced 3643 candidate molecules. We have selected an unreported molecule and seven reported molecules and synthesized them. Photoluminescence spectrum measurements demonstrated that the DNMG can successfully design fluorescent molecules with 75% accuracy (n = 6/8) and create an unreported molecule that emits fluorescence detectable by the naked eye.