Conditional Molecular Generation Net Enables Automated Structure Elucidation Based on 13C NMR Spectra and Prior Knowledge

化学 碳-13核磁共振 核磁共振谱数据库 分子模型 粒度 生物系统 谱线 计算机科学 立体化学 物理 天文 生物 操作系统
作者
Lin Yao,Minjian Yang,Jianfei Song,Zhuo Yang,Hanyu Sun,Hui Shi,Xue Liu,Xiangyang Ji,Yafeng Deng,Xiaojian Wang
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:95 (12): 5393-5401 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.2c05817
摘要

Structure elucidation of unknown compounds based on nuclear magnetic resonance (NMR) remains a challenging problem in both synthetic organic and natural product chemistry. Library matching has been an efficient method to assist structure elucidation. However, it is limited by the coverage of libraries. In addition, prior knowledge such as molecular fragments is neglected. To solve the problem, we propose a conditional molecular generation net (CMGNet) to allow input of multiple sources of information. CMGNet not only uses 13C NMR spectrum data as input but molecular formulas and fragments of molecules are also employed as input conditions. Our model applies large-scale pretraining for molecular understanding and fine-tuning on two NMR spectral data sets of different granularity levels to accommodate structure elucidation tasks. CMGNet generates structures based on 13C NMR data, molecular formula, and fragment information, with a recovery rate of 94.17% in the top 10 recommendations. In addition, the generative model performed well in the generation of various classes of compounds and in the structural revision task. CMGNet has a deep understanding of molecular connectivities from 13C NMR, molecular formula, and fragments, paving the way for a new paradigm of deep learning-assisted inverse problem-solving.
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