Models Matter: The Impact of Single-Step Retrosynthesis on Synthesis Planning

要約

逆合成では、合成ルートを提供することを目的として、市販の分子セットが見つかるまで、化合物を段階的に再帰的に分子前駆体に分解します。
その 2 つの主要な研究方向、化学反応ロジックをモデル化するシングルステップ逆合成予測と、正しい反応順序を見つけようとするマルチステップ合成計画は、本質的に絡み合っています。
しかし、この関係は現代の研究には反映されていません。
この研究では、マルチステップ合成計画内で複数のシングルステップ逆合成モデルを適用し、公開および独自の反応データを使用してその影響を分析することにより、これら 2 つの主要な研究方向を組み合わせます。
高いシングルステップ パフォーマンスとルート探索の成功の可能性の間には乖離があることがわかり、将来的には合成計画の中でシングルステップ モデルを評価する必要があることが示唆されています。
さらに、一般的に使用されているシングルステップ逆合成ベンチマーク データセット USPTO-50k は、この評価タスクが大規模で多様なデータセットでのモデルのパフォーマンスとスケーラビリティを表していないため、不十分であることを示します。
マルチステップ合成計画の場合、シングルステップ モデルを選択すると、一般的に使用されるベースライン モデルと比較して、合成計画の全体的な成功率が最大 +28% 向上することがわかります。
最後に、各単一ステップ モデルが固有の合成ルートを発見し、ルート発見の成功、見つかった合成ルートの数、化学的妥当性などの側面が異なるため、単一ステップ逆合成予測とマルチステップ ステップの組み合わせが可能になることを示します。
合成計画は、将来の手法を開発する際に重要な側面となります。

要約(オリジナル)

Retrosynthesis consists of breaking down a chemical compound recursively step-by-step into molecular precursors until a set of commercially available molecules is found with the goal to provide a synthesis route. Its two primary research directions, single-step retrosynthesis prediction, which models the chemical reaction logic, and multi-step synthesis planning, which tries to find the correct sequence of reactions, are inherently intertwined. Still, this connection is not reflected in contemporary research. In this work, we combine these two major research directions by applying multiple single-step retrosynthesis models within multi-step synthesis planning and analyzing their impact using public and proprietary reaction data. We find a disconnection between high single-step performance and potential route-finding success, suggesting that single-step models must be evaluated within synthesis planning in the future. Furthermore, we show that the commonly used single-step retrosynthesis benchmark dataset USPTO-50k is insufficient as this evaluation task does not represent model performance and scalability on larger and more diverse datasets. For multi-step synthesis planning, we show that the choice of the single-step model can improve the overall success rate of synthesis planning by up to +28% compared to the commonly used baseline model. Finally, we show that each single-step model finds unique synthesis routes, and differs in aspects such as route-finding success, the number of found synthesis routes, and chemical validity, making the combination of single-step retrosynthesis prediction and multi-step synthesis planning a crucial aspect when developing future methods.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, Google