北海道大学
VLA筛选工作流程
一个配体类(左)被参数化为一个虚拟配体(左中)
筛选参数以产生等高线图(中右),用于合理设计最佳配体(右)
(松冈渡、原渊优子、前田聪
ACS催化
2022年3月13日)
鸣谢:松冈渡、原渊、前田聪
ACS催化
2022年3月13日 化学反应设计与发现研究所和北海道大学的研究人员开发了一种虚拟配体辅助(VLA)筛选方法，可以大大减少过渡金属催化剂开发过程中实验室所需的试错次数
发表在ACS Catalysis杂志上的这种方法，也可能导致化学家直觉范围之外的非常规催化剂设计的发现
配体是与催化剂中心金属原子结合的分子，它们影响催化剂的活性和选择性
寻找最佳配体来催化特定的目标反应就像大海捞针一样困难
VLA筛选方法提供了一种有效地搜索该干草堆的方法，测量不同性质的大范围值，以识别最有希望的配体的特征
这缩小了化学家在实验室中的搜索范围，并有可能大大加快反应设计过程
这项新工作利用虚拟配体，模拟真实配体的存在；然而，虚拟配体不是由许多单个的组成原子(如碳或氮)来描述，而是只使用两种度量来描述:它们的立体或空间填充性质和它们的电子性质
研究人员开发了用单一参数描述这些效应的近似值
使用这种配体的简化描述使研究人员能够在这两种效应的大范围数值上以计算有效的方式评估配体
结果是一个“等高线图”,显示了一个配体应该具有什么样的空间效应和电子效应的组合，才能最好地催化特定的反应
化学家可以专注于测试真正符合这些标准的配体
研究人员使用单齿磷(III)虚拟配体作为测试组，并根据相应真实配体的计算值验证了虚拟配体的电子和空间性质模型
然后采用VLA筛选法设计试验反应的配体，其中CHO基团和氢原子可以以两种不同的可能构型加成到双键上
对20种虚拟配体情况(由电子和空间参数的不同赋值组成)的反应途径进行评估，以创建等值线图，该等值线图显示了哪种类型的配体有望导致高选择性反应的视觉趋势
基于从轮廓图提取的参数设计真实配体的计算机模型，然后进行计算评估
通过VLA筛选方法预测的选择性值与真实配体模型计算的值非常匹配，表明VLA筛选方法在提供有助于合理配体设计的指导方面的可行性
除了节省宝贵的时间和资源之外，通讯作者Satoshi Maeda预计通过将VLA筛选方法与其他计算技术相结合，可以创建强大的反应预测系统
“配体筛选是过渡金属催化发展中的一个关键过程
由于VLA筛选可以在计算机上进行，这将节省实验室的大量时间和资源
我们相信，这种方法不仅简化了从给定的配体库中寻找最佳配体的过程，还刺激了研究人员探索配体未开发的化学空间，”通讯作者Satoshi Maeda评论道
“此外，我们还期望通过将该方法与我们使用人工力诱导反应方法的反应预测技术相结合，可以实现新的计算机驱动的过渡金属催化发现方案
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