コンビナトリアルケミストリー
コンビナトリアルケミストリー あるいはコンビナトリアル化学(コンビナトリアルかがく、英語:combinatorial chemistry)とは、化合物誘導体群(ケミカルライブラリー、化合物ライブラリー)の合成技術と方法論に関する有機化学の一分野である。すなわち組み合わせ論に基づいて列挙し設計された一連のケミカルライブラリーを系統的な合成経路で効率的に多品種合成する為の実験手法とそれに関する研究分野である。言い換えると、一般的な合成化学は特定の目標化合物を合成する為に最適な合成方法を探究することに主眼が置かれるが、コンビナトリアルケミストリーでは一連のケミカルライブラリー全てを合成する為に最適な方法を探究する。
広義には計算化学の手法を応用し、実際に化合物を作らずに全てコンピューター上で自動発生させた構造式から成るケミカルライブラリー(バーチャルライブラリー)をシミュレーション評価(in silico実験)する場合も含む。それをバーチャルスクリーニングともいう。
さらに固相合成にせよロボット合成装置にせよ、使える反応の数が少ないということが、多様なテンプレートの構築をさらに難しくする。炭素・水素・酸素・窒素・硫黄の5元素から作り出しうる化合物の数は、分子量500以下のものに限っても計算上10を超えるとされる。この広大な化合物空間(chemical space) を探索するためには、範囲の狭い数十万の化合物群では結局不足であることが次第に明らかになってきたのである。こうしたことからライブラリーのダイバーシティ(多様性)を様々な面から定量的に評価する手段などが検討されてきたが、現在のところ十分な効率で化合物空間を探索する手段を提供しえているとはいえない(ダイバーシティ評価については実際に化合物を合成するのではなく、前述のバーチャル・ライブラリー法を用いる場合が多い)。
近年ではコンビナトリアルケミストリーで開発された技術は大規模化合物ライブラリーの構築手段としてよりも、多数のライブラリーから選抜された後のリード化合物の最適化の過程で用いられることが多くなっている。すなわち多段階の反応を繰り返すのではなく、1〜2段階の反応を並行して多数行うことで人的作業による伝統的な合成法を補助する目的で多用されている。この手段は組み合わせによる網羅的なライブラリー構築ではないため「パラレル合成」(parallel synthesis)「迅速合成」(rapid synthesis)とでも称すべきものであるが、現在もロボット合成や並列合成を指して「コンビナトリアルケミストリー」の名で呼ばれるケースが多い。
組み合わせ論に基づいた分子合成を行うことで、すばやく多種の分子を生成することができる。例えば、3ヶ所(R1, R2, and R3)で誘導体化が可能な分子の場合、それぞれ N R 1 {\displaystyle N_{R_{1}}} , N R 2 {\displaystyle N_{R_{2}}} , and N R 3 {\displaystyle N_{R_{3}}} 個ずつの置換基を適用すると N R 1 × N R 2 × N R 3 {\displaystyle N_{R_{1}}\times N_{R_{2}}\times N_{R_{3}}} 種の分子を発生することができる。
具体的には原料の違いによる収率の低下が少ない合成反応を選抜し、それらから合成経路のテンプレートを構築する。そのテンプレートに基づく合成工程を多数の異なる原料の組み合わせに対して逐次適用し、同一手法で効率的に多数の化合物群を合成する。また、数百から数百万種の化合物から成るケミカルライブラリーを効率的に合成する為に、固相有機合成や並列自動合成装置など効率向上の為に有効な合成技術も組み合わせて利用する。