Effect of Different Factors on Predicting Constants of Acidity of Low-Molecular Organic Compounds by Means of Machine Learning

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A study is performed of the effect the way of standardizing the molecular structure and parameters of calculating molecular fingerprints has on the accuracy of predicting constants of acidity. It is shown that standardization (i.e., the choice of the tautomeric form and the way of writing the structure of the molecule) using OpenEye QuacPac gives the best results, but the RDKit library allows comparable accuracy to be achieved. It is established that how the charge state is chosen has a great effect on the accuracy of predictions. The accuracy of predictions depending on the radius (size of substructures) of circular molecular fingerprints is studied, and the best results are achieved using radius r = 2. A random forest, a machine learning algorithm, is used. It is also shown that the use of support vectors ensures fairly high accuracy when optimizing hyperparameters.

About the authors

D. D. Matyushin

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences

Email: shonastya@yandex.ru
119071, Moscow, Russia

A. Yu. Sholokhova

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences

Email: shonastya@yandex.ru
119071, Moscow, Russia

A. K. Buryak

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: shonastya@yandex.ru
119071, Moscow, Russia

References

  1. Baltruschat M., Czodrowski P. // F1000Res. 2020. V. 9. P. 113. https://doi.org/10.12688/f1000research.22090.2
  2. Mansouri K., Cariello N.F., Korotcov A. et al. // J. Cheminform. 2019. V. 11. № 1. P. 60. https://doi.org/10.1186/s13321-019-0384-1
  3. Mayr F., Wieder M., Wieder O. et al. // Front. Chem. 2022. V. 10. P. 866585. https://doi.org/10.3389/fchem.2022.866585
  4. Lu Y., Anand S., Shirley W. et al. // J. Chem. Inf. Model. 2019. V. 59. № 11. P. 4706. https://doi.org/10.1021/acs.jcim.9b00498
  5. Rupp M., Korner R., Tetko I. // CCHTS. 2011. V. 14. № 5. P. 307. https://doi.org/10.2174/138620711795508403
  6. Lionta E., Spyrou G., Vassilatis D. et al. // CTMC. 2014. V. 14. № 16. P. 1923. https://doi.org/10.2174/1568026614666140929124445
  7. Bahi M., Batouche M. // 2018 3rd International Conference on Pattern Analysis and Intelligent Systems (PAIS). Tebessa: IEEE, 2018. P. 1–5. https://doi.org/10.1109/PAIS.2018.8598488
  8. Yang Q., Ji H., Fan X. et al. // J. Chromatogr. A. 2021. V. 1656. P. 462536. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2021.462536
  9. Fedorova E.S., Matyushin D.D., Plyushchenko I.V. et al. // J. Chromatogr. A. 2022. V. 1664. P. 462792. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2021.462792
  10. Milyushkin A.L., Matyushin D.D., Buryak A.K. // J. Chromatogr. A. 2020. V. 1613. P. 460724. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2019.460724
  11. Zenkevich I.G., Nikitina D.A. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2021. V. 95. № 2. P. 395. https://doi.org/ Зенкевич И.Г., Никитина Д.А. // Журн. физ. химии. 2021. Т. 95. № 2. С. 285.https://doi.org/10.1134/S003602442102028X
  12. Angra S., Ahuja S. // 2017 International Conference on Big Data Analytics and Computational Intelligence (ICBDAC). Chirala, Andhra Pradesh, India: IEEE, 2017. P. 57. https://doi.org/10.1109/ICBDACI.2017.8070809
  13. Mansouri K., Grulke C.M., Judson R.S. et al. // J. Cheminform. 2018. V. 10. № 1. P. 10. https://doi.org/10.1186/s13321-018-0263-1
  14. Parmar A., Katariya R., Patel V. // International Conference on Intelligent Data Communication Technologies and Internet of Things (ICICI) 2018 / Ed. Hemanth J., Fernando X., Lafata P. et al. Cham: Springer International Publishing, 2019. V. 26. P. 758. https://doi.org/10.1007/978-3-030-03146-6_86
  15. Cereto-Massagué A., Ojeda M.J., Valls C. et al. // Methods. 2015. V. 71. P. 58. https://doi.org/10.1016/j.ymeth.2014.08.005
  16. Rogers D., Hahn M. // J. Chem. Inf. Model. 2010. V. 50. № 5. P. 742. https://doi.org/10.1021/ci100050t
  17. Xiong J., Li Z., Wang G. et al. // Bioinformatics / Ed. by Z. Lu. 2022. V. 38. № 3. P. 792. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btab714
  18. Pan X., Wang H., Li C. et al. // J. Chem. Inf. Model. 2021. V. 61. № 7. P. 3159. https://doi.org/10.1021/acs.jcim.1c00075
  19. Reza Ghiasi, Zamani A., Shamami M.K. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2019. V. 93. № 8. P. 1537. https://doi.org/10.1134/S0036024419080247
  20. Prasad S., Huang J., Zeng Q. et al. // J. Comput. Aided Mol. Des. 2018. V. 32. № 10. P. 1191. https://doi.org/10.1007/s10822-018-0167-1
  21. Pracht P., Wilcken R., Udvarhelyi A. et al. // J. Comput. Aided Mol. Des. 2018. V. 32. № 10. P. 1139. https://doi.org/10.1007/s10822-018-0145-7
  22. Pedregosa F., Varoquaux G., Gramfort A. et al. Scikit-learn: Machine Learning in Python: arXiv:1201.0490. arXiv, 2018. https://arxiv.org/abs/1201.0490
  23. Bento A.P., Hersey A., Félix E. et al. // J. Cheminform. 2020. V. 12. № 1. P. 51. https://doi.org/10.1186/s13321-020-00456-1
  24. Chang C.-C., Lin C.-J. // ACM Trans. Intell. Syst. Technol. 2011. V. 2. № 3. P. 1. https://doi.org/10.1145/1961189.1961199
  25. Willighagen E.L., Mayfield J.W., Alvarsson J. et al. // J. Cheminform. 2017. V. 9. № 1. P. 33. https://doi.org/10.1186/s13321-017-0220-4
  26. https://github.com/czodrowskilab/Machine-learning-meets-pKa
  27. Heller S., McNaught A., Stein S. et al. // J. Cheminform. 2013. V. 5. № 1. P. 7. https://doi.org/10.1186/1758-2946-5-7
  28. Matyushin D.D., Buryak A.K. // IEEE Access. 2020. V. 8. P. 223140. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3045047

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (20KB)
3.

Download (79KB)
4.

Download (40KB)
5.

Download (127KB)

Copyright (c) 2023 Д.Д. Матюшин, А.Ю. Шолохова, А.К. Буряк

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».