Wspomagane komputerowo obliczeniowe odkrywanie reakcji wieloskładnikowych

Na łamach prestiżowego czasopisma „Nature Communications” ukazała się praca „Systematic, computational discovery of multicomponent and one-pot reactions”. To efekt współpracy naukowców z firmy Allchemy, Instytutu Chemii Organicznej Polskiej Akademii Nauk, Centrum Syntezy Algorytmicznej i Zrobotyzowanej Instytutu Nauk Podstawowych w Korei Południowej, Wydziału Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego oraz Wydziału Chemii Narodowego Instytutu Nauki i Technologii w Ulsan w Korei Południowej.

Projekt jest związany z poszukiwaniem nowych reakcji wieloskładnikowych wspomaganych przez komputer. Są one o tyle problematyczne, że trudno jest przewidzieć wzajemną interakcję trzech lub więcej składników znajdujących się jednocześnie w kolbie reakcyjnej, która może prowadzić do utworzenia zupełnie nowej i nieoczywistej struktury produktu. Stąd reakcje wieloskładnikowe, choć bardzo pożądane ze względu na możliwość tworzenia złożonych struktur chemicznych z kilku substratów jednocześnie bez potrzeby izolowania i oczyszczania produktów przejściowych, stanowią jedynie ułamek znanych reakcji w chemii organicznej. Większość dotychczas opisanych reakcji wieloskładnikowych była raczej odkrywana aniżeli opracowywana, co wynika z wcześniej wspomnianej trudności przewidywania reaktywności kilku składników jednocześnie.

Niemniej komputer wyposażony w wiedzę dotyczącą mechanizmów reakcji chemicznych oraz podstawowych zasad fizykochemicznych jest w stanie szybko i samodzielnie opracowywać zupełnie nowe reakcje wieloskładnikowe dla zadanej grupy substratów. Zespół prof. Bartosza A. Grzybowskiego jako pierwszy opracował program umożliwiający odkrywanie zupełnie nowych reakcji wieloskładnikowych w sposób szybki, ekonomiczny i mniej czasochłonny. Użytkownik po wprowadzeniu do programu interesujących go reagentów oraz warunków reakcji otrzymuje propozycję reakcji wieloskładnikowych, jakie potencjalnie można uzyskać w oparciu o znane właściwości zadanych związków. Ponadto program jest też w stanie określić teoretyczną wydajność zaproponowanego procesu w oparciu o dostępne modele kinetyczne, jak również zidentyfikować reakcje o dużym potencjale dla zastosowań organokatalizy.

Użyteczność wspomnianego programu była weryfikowana przez grupę naukowców zajmujących się na co dzień syntezą organiczną, którzy potwierdzili nieocenioną użyteczność programu w dalszym rozwoju badań nad reakcjami wieloskładnikowymi.

Publikacja „Systematic, computational discovery of multicomponent and one-pot reactions” jest dostępna tutaj.

Źródło: Uniwersytet Jagielloński w Krakowie

Czytaj także: Wyjątkowe odkrycie w chemii cząsteczek bioorganicznych