反応機構を語る収率予測AI ―自動反応経路探索・自動実験・機械学習の融合―

2026-07-02 京都⼤学

京都大学と北海道大学の研究グループは、化学反応の収率を高精度で予測すると同時に、その予測根拠となる反応機構も説明できる「解釈可能なAIモデル」を開発した。従来の収率予測AIは高精度でも、なぜその結果になるのかを説明できないブラックボックス性が課題だった。本研究では、反応経路を自動探索するSC-AFIR法で得られた多数の反応中間体のエネルギーを特徴量として用い、ロボットによる自動実験データと線形回帰を組み合わせることで、収率予測と反応機構の解明を両立した。パラジウム触媒による炭素–水素結合変換反応に適用した結果、未知の配位子に対して平均誤差約6%という高精度で収率を予測するとともに、収率を左右する重要な中間体を特定することに成功した。本成果は、AIを単なる予測ツールではなく、反応機構を理解し化学研究を支援する「説明可能なAI」として活用する新たな枠組みを示すものであり、有機合成の効率化や新規反応・触媒開発の加速に貢献することが期待される。

反応機構を語る収率予測AI ―自動反応経路探索・自動実験・機械学習の融合―
本研究の概要図:反応経路の自動探索で得た中間体のエネルギーを記述子とし、ロボット実験で得た収率と線形回帰でつなぐことで、収率予測と反応機構の解明を同時に実現する。(作成:道場 貴大)

<関連情報>

自動反応経路探索によって可能になった、収率予測と反応機構解明のための解釈可能な回帰モデルの構築 Construction of an Interpretable Regression Model for Yield Prediction and Mechanistic Insight Enabled by Automated Reaction Path Exploration

Takahiro DobaYu Harabuchi,Yuuya Nagata,and Satoshi Maeda
Journal of the American Chemical Society  Published: June 19, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.6c05203

Abstract

In the past decade, machine learning has emerged as a powerful tool to predict reaction outcomes. However, mechanistic interpretability of the constructed machine learning models remains limited due to the use of domain-specific and often arbitrary descriptors. Herein we demonstrate that an energy descriptor comprising the energies of the possible intermediates in the reaction system serves as a physically motivated representation for constructing interpretable regression models that provide mechanistic insight. The energy descriptor was calculated using the single-component artificial force induced reaction (SC-AFIR) method, which autonomously and comprehensively searches for intermediates of a target reaction, and subsequently used to train regression models for reaction yield prediction. Linear models with regularization showed good predictions for the hold-out samples (RMSE < 7% yield) and the coefficients of the models provided information on how the energies of the intermediates relate to the reaction outcome. This work highlights the utility of energy descriptors in constructing mechanistically interpretable regression models for predictive tasks in chemistry.

1603情報システム・データ工学
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