Kortlægning af den tredimensionelle struktur af katalytiske centre hjælper med at designe nye og forbedrede katalysatorer

Mange kemiske processer afhænger af katalysatorer for at lette reaktioner, der ellers ville gå meget langsomt, eller slet ikke. En innovativ procedure til visuelt at repræsentere strukturen af ​​katalysatorer via computerassisteret design, udviklet hos KAUST, hjælper forskere med at bygge bedre katalysatorer.

Softwaren genererer topografiske steriske kort og er udviklet af Luigi Cavallos forskningsgruppe ved KAUST Catalysis Research Center. Den nødvendige kildekode er nu frit tilgængelig online.

Forskere fra 65 lande har allerede brugt den grænseflade webapplikation, rapporterer postdoktor Laura Falivene, og de opfordrer ofte KAUST -forskerne til mere information. Teamet har nu offentliggjort en perspektivartikel, der detaljeret forklarer oprettelsen og brugen af ​​de topografiske steriske kort.

"Visualiseringens magt er af stor værdi i kemi, hvor der bruges meget tid på at forestille os ting, som vi ikke kan se, ”Siger Falivene.

Hvert kort bruger farvekodning til at formidle den tredimensionelle geometri af de kemiske grupper, der danner det funktionelle hjerte af en katalysator, kendt som den katalytiske lomme (se billeder). Dataene til at bygge et kort kan komme fra flere teknikker, såsom røntgenkrystallografi og kvantemekaniske beregninger, som angiver identiteten og placeringen af ​​hvert atom i den katalytiske lomme.

Dette hjælper forskere bedre med at forstå, hvordan kendte katalysatorer fungerer, samtidig med at den leder efterforskning af kemiske modifikationer, der kunne justere strukturerne for at lave bedre katalysatorer.

"Vi bygger en vigtig bro mellem de eksperimentelle og beregningsmæssige tilgange, "Forklarer Falivene. Hun tilføjer, at den topografiske steriske korts stigende popularitet hjælper andre kemikere til at forstå betydningen af ​​det arbejde, der udføres af teoretiske kemikere som hende selv.

"Brug af kortene forklarer vigtigheden af ​​at kombinere eksperimentelle og teoretiske tilgange bedre, end mine ord har været i stand til at gøre, "bemærker hun." De kan bruges med enhver klasse katalysatorer, fra reaktivitet fremmet af simple organiske molekyler, til det, der fremmes af overgangsmetalkomplekser, og store metalloenzymer, hvor et metal er indeholdt i et protein. "Metalloenzymer katalyserer nogle af livets mest afgørende reaktioner.

Arbejdet hos KAUST fortsætter med at forbedre metoden, herunder udvikling af maskinlæringsmetoder til hurtigt at screene potentialet for mulige nye katalysatorer.

"Denne perspektivartikel er vigtig, fordi den officielt angiver emnets gyldighed og værdi, "siger Falivene. Hun beskriver det som et nyt udgangspunkt, der samler de tidlige, mindre formelle resultater for at fremme bredere brug og videreudvikling af kortene.