Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Τόκιο ανέπτυξαν μια νέα μέθοδο που επιτρέπει στους οργανικούς χημικούς να υπολογίζουν την ταχύτητα των χημικών αντιδράσεων χρησιμοποιώντας δεδομένα απόδοσηs και αλγόριθμους μηχανικής μάθησης. Η μέθοδος, η οποία δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Advanced Science, συνδέει την αριστοποίηση των συνθηκών μιας αντίδρασης με την κατανόηση του χημικού της μηχανισμού.
Η σύνδεση απόδοσης και κινητικής
Παραδοσιακά, οι χημικοί πραγματοποιούν ξεχωριστά πειράματα για τη βελτιστοποίηση της απόδοσης μιας αντίδρασης και διαφορετικές μελέτες για την καταγραφή της ταχύτητάς της στο χρόνο. Η νέα τεχνική, που ονομάζεται CYAN, χρησιμοποιεί τη μηχανική μάθηση για να διευρύνει τα υπάρχοντα δεδομένα απόδοσης, επιτρέποντας στους επιστήμονες να εφαρμόσουν εξισώσεις ρυθμού και να εξαγάγουν χρήσιμα συμπεράσματα χωρίς επιπλέον πειράματα.
«Για χρόνια, οι χημικοί αντιμετώπιζαν αυτούς τους δύο στόχους ως διαφορετικά πεδία. Με τη μέθοδο CYAN, η μηχανική μάθηση συμπληρώνει τα πειραματικά κενά και μας επιτρέπει να εξάγουμε σταθερές ταχύτητας από ένα μόνο σετ δεδομένων», δηλώνει ο καθηγητής Χιρογιούκι Ισόμπε.
Ο ρόλος του νικελίου στις αντιδράσεις
Κατά τη δοκιμή της μεθόδου σε μια αντίδραση με βάση το νικέλιο για τη δημιουργία δακτυλιοειδών μορίων άνθρακα, η ομάδα ανακάλυψε κάτι αλληλοσυγκρουόμενο. Το νικέλιο δεν επιτάχυνε απλώς την κύρια αντίδραση, αλλά επιβράδυνε μια δευτερεύουσα ανεπιθύμητη διαδρομή.
«Το αποτέλεσμα μας εξέπληξε. Είναι σαν ένα ποτάμι που χωρίζεται σε δύο κανάλια. Αν το ένα κανάλι στενέψει, περισσότερο νερό ρέει αναγκαστικά από το άλλο», εξηγεί ο Ισόμπε.
Αξιοποίηση ιστορικών δεδομένων
Η μέθοδος CYAN μπορεί επίσης να εφαρμοστεί σε ήδη δημοσιευμένα δεδομένα του παρελθόντος. Μάλιστα, οι ερευνητές αναέλυσαν πειραματικά δεδομένα ηλικίας 176 ετών και πέτυχαν τιμές ταχύτητας που συμφωνούν απόλυτα με τις σύγχρονες μετρήσεις, ανοιγοντας νέους δρόμους για την επαναξιολόγηση της χημικής βιβλιογραφίας.
