Recent Applications of Machine Learning in Molecular Property and Chemical Reaction Outcome Predictions

工作流程 化学 亲脂性 机器学习 人工智能 计算机科学 特征工程 特征(语言学) 财产(哲学) 实施 人工神经网络 深度学习 有机化学 数据库 认识论 哲学 语言学 程序设计语言
作者
Shilpa Shilpa,Gargee Kashyap,Raghavan B. Sunoj
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry A [American Chemical Society]
卷期号:127 (40): 8253-8271 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acs.jpca.3c04779
摘要

Burgeoning developments in machine learning (ML) and its rapidly growing adaptations in chemistry are noteworthy. Motivated by the successful deployments of ML in the realm of molecular property prediction (MPP) and chemical reaction prediction (CRP), herein we highlight some of its most recent applications in predictive chemistry. We present a nonmathematical and concise overview of the progression of ML implementations, ranging from an ensemble-based random forest model to advanced graph neural network algorithms. Similarly, the prospects of various feature engineering and feature learning approaches that work in conjunction with ML models are described. Highly accurate predictions reported in MPP tasks (e.g., lipophilicity, solubility, distribution coefficient), using methods such as D-MPNN, MolCLR, SMILES-BERT, and MolBERT, offer promising avenues in molecular design and drug discovery. Whereas MPP pertains to a given molecule, ML applications in chemical reactions present a different level of challenge, primarily arising from the simultaneous involvement of multiple molecules and their diverse roles in a reaction setting. The reported RMSEs in MPP tasks range from 0.287 to 2.20, while those for yield predictions are well over 4.9 in the lower end, reaching thresholds of >10.0 in several examples. Our Review concludes with a set of persisting challenges in dealing with reaction data sets and an overall optimistic outlook on benefits of ML-driven workflows for various MPP as well as CRP tasks.
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