Forudsigelse af fosfinreaktivitet med en simpel metrik

Fosfiner er blandt de vigtigste ligander til overgangsmetalkatalyse. Phosphiner binder til et metal og ændrer dets struktur, reaktivitet, og selektivitet. Mange af de mest praktiserede katalytiske reaktioner i den farmaceutiske/varekemiske industri bruger fosfiner som ligander, såsom krydskobling. I disse og mange andre tilfælde, små ændringer i phosphinstrukturen har ofte betydelige virkninger på katalysatorstrukturen og reaktiviteten.

Ved at bruge en opgørelse over fosfiner i det nyligt frigivne "Kraken" virtuelle kemiske bibliotek, Matt Sigman fra University of Utah, Abigail Doyle fra UCLA og deres kolleger undersøgte flere mulige funktioner, der beskriver fosfinstruktur for at forudsige deres reaktivitet. Mange af de tidligere rapporterede funktioner har vist sig at være inkonsekvente, antyder muligheden for en anden ukendt proces, der kontrollerer reaktivitet.

En funktion dukkede op som den bedste forudsigelse: %V _bur (min) eller den mindste procentvise nedgravede volumen; dette træk beskriver den mindste form af en ligand, der er energisk tilgængelig målt ved, hvor meget af den ligand, der stikker ind i en kugle på 3,5 Ångstrøm centreret om et metalatom. Det er ikke-intuitivt. Men det virker, kategorisering af phosphinstrukturer som aktive eller inaktive i mange eksperimentelle datasæt.

Kombinationen af ​​mekanismeindsigt og forudsigelseskraft vil fremme organometallisk kemi og katalyse, siger forskerne. Dette lettes af den nemme computer %V _bur (min) og forudsige om fødslen, ressource og tidskrævende proces med at forberede en ny fosfin er værd at gøre.

Nogle af fosfinerne i undersøgelsen er, Ja, opkaldt efter dinosaurer. Når Kevin Wu, derefter en kemikandidatstuderende ved Princeton University i laboratoriet af Abigail Doyle, udviklet en række fosfiner, han var ikke tryg ved at opkalde dem efter sig selv. I stedet, på en anden elevs forslag, Doyle -laboratoriet begyndte at navngive dem efter dinosaurer. Med hjælp fra Doyles seks-årige søn, holdet mærkede den nye "DinoPhos"-familie med navne som "TyrannoPhos" og "TriceraPhos."

Holdet bruger %V _bur (min) metrisk til at designe en ny phosphin. Dens navn? PteroPhos, selvfølgelig.

"Den store opdagelse er, at denne diskontinuitet, denne reaktivitetsklippe, er på grundlag af den mindste procentvise nedgravede volumen, %Vbur(min), af ligander, " sagde Doyle Labs kandidatstuderende Julia Borowski. "Det er et beregningsmæssigt afledt træk ved en phosphinligand, der fortæller dig noget om, hvor meget sterisk bulk liganden har i nærheden af ​​det metal, den binder til. Så, en ligand, der har en høj %Vbur(min), vil have meget sterisk bulk omkring metallet, og det vil gøre det sværere at fastgøre to af dem.

"Og det, vi finder, er, at der er en streng cutoff, hvor kun ligander under en given værdi af denne parameter kan binde to ligander. Fosfiner, der har værdier af denne parameter over denne værdi, kan kun binde én. Det var meget slående for os, da vi fandt at det ikke var en lineær tendens."

Newman-Stonebraker, en femteårs kandidatstuderende ved Doyle Lab, sagde, at der sandsynligvis er to måder, som kemikere vil ønske at gøre brug af den nye arbejdsgang på.

"For kemikere, der bruger datadrevet modellering til at lette reaktionsudvikling og optimering, evnen til at organisere store mængder data i 'spande' baseret på distinkte mekanistiske resultater kan give mulighed for, at de efterfølgende modeller bliver enklere og mere informative, " sagde han. "Og for kemikere interesseret i mekanistisk organometallisk kemi, arbejdsgangen kan hjælpe med at afdække reaktivitetsmønstre skjult i dataene, giver en køreplan for målrettet undersøgelse af ligandstruktur-reaktivitetsforhold. "