Методы молекулярного моделирования для синтеза веществ с заданными свойствами

Основная идея проекта

В 2021 году проектная группа была преобразована в НУГ молекулярного моделирования

Химия по мере своего развития все менее воспринимается как наука описательная и все более включается в процесс всеобщего применения принципов соответствия структура–свойство. Эти принципы позволяют сократить количество «слепого» эксперимента, когда синтезируется множество потенциально активных веществ в надежде, что хотя бы одно покажет нужную активность. Направленный синтез – это синтез заведомо активных веществ, предсказанных методами компьютерного моделирования.

Стратегической целью работы научно группы, возглавляемой зав. кафедрой органической химии И.В.Свитанько, является разработка принципиально новых подходов к направленному синтезу биологически активных соединений и продуктов каталитических превращений с заранее заданными свойствами на основе компьютерного молекулярного дизайна.

Тем самым решается проблема цифровизации научных исследований в области практической химии, а именно, планирование химического эксперимента путем предварительного компьютерного моделирования результатов этого эксперимента. Выполнение эксперимента – последующий синтез или другие экспериментальные методы – валидируют эффективность компьютерного моделирования.

Основная задача: увеличение степени предсказуемости синтеза, ликвидация сотен «слепых» синтезов, когда синтетик не может предсказать активность продукта.

Это - принципиальная и до сих пор не решенная глобальная экономическая и методологическая задача синтетической химии.  

Вторая задача, также связанная с цифровизацией науки, методологическая.

Молекулярный дизайн, немыслимый 10 лет назад по простой причине – не было рассчитываемых параметров активных веществ – сейчас вполне может частично (не полностью!) заменить интуицию синтетика, и позволяет получить перспективную модель для синтеза нового лекарства, оптически активного соединения или нового катализатора.

Как результат – структуру нового лекарства нарисовать (или отобрать из открытой базы данных миллионов структур и достроить ее до ещё более эффективного и патентно-чистого варианта) может студент, лишь в общих чертах представляющий себе механизм биологического или каталитического действия этого вещества.

В этом случае студенты имеют отличную возможность переставить местами результат научных исследований и многолетний набор необходимого для этого опыта. Что мы и собираемся осуществить – омоложение традиционных областей химии, где на данный момент «опыт синтетика» (и прилагающийся к опыту возраст синтетика) – основа продуктивной работы.

Есть и третья задача данного проекта.

Все полученные при работе группы результаты суммируются в два авторских специализированных курса по химии на факультете химии НИУ ВШЭ: базовый курс «Квантовая химия» и курс по выбору «Компьютерное моделирование биологически активных соединений». Конечно, курсы состоят и из предварительно полученных результатов, но научная работа студентов-участников группы в них войдет в существенной степени.

Студенты-участники группы участвуют в написании методических материалов, контрольных работ, и войдут в состав учебных ассистентов по данным курсам.