Flujo de trabajo guiado mecanicamente para relacionar topologías complejas de sitios reactivos con el rendimiento del...

Área de la Ciencia:

• Ingeniería de catálisis y reacción
• Química computacional y diseño molecular
• Síntesis orgánica y metodología

Sus antecedentes:

• La alteración de la selectividad del sitio del sustrato en la funcionalización C-H se basa en el diseño del andamio del catalizador, imitando los sitios activos de la enzima.
• La predicción de los resultados de la reacción a partir de la forma 3D del catalizador es un desafío debido a la falta de descriptores cuantitativos para sitios reactivos complejos.
• Las aplicaciones de aprendizaje automático requieren entradas numéricas para describir la topología del catalizador para el modelado predictivo.

Objetivo del estudio:

• Introducir nuevos descriptores moleculares, el moldeo espacial para objetivos rígidos accesibles (SMART), para cuantificar las restricciones del sitio reactivo del catalizador.
• Aplicar descriptores SMART para predecir la selectividad del sitio en las reacciones de funcionalización C-H utilizando catalizadores de dirodio.
• Desarrollar modelos predictivos para la selectividad del sitio de la funcionalización C-H basados en la congestión estérica del catalizador y la electrophilicidad.

Principales métodos:

• Desarrollo y aplicación de descriptores SMART para cuantificar las restricciones espaciales de los sitios reactivos del catalizador de dirodio.
• Funcionalización C-H de 1-bromo-4-pentilbenceno utilizando intermediarios de carbenos donantes y aceptadores con una amplia biblioteca de catalizadores de dirodio.
• Análisis de regresión lineal multivariada para construir modelos de selectividad de sitio que incorporen factores estéricos y electrónicos.

Principales resultados:

• Se obtiene una selectividad óptima del sitio del metileno terminal con Rh2 ((S-2-Cl-5-MesTPCP) 4 (30,9:1 rr, 14:1 dr, 87% ee).
• Se ha observado una mayor preferencia por la funcionalización bencílica de C-H con catalizadores que carecen de sustituyentes orto-Cl (Rh2 ((TPCP) 4), Rh2 ((S-PTAD) 4), Rh2 ((S-TCPTAD) 4).
• Desarrollo de modelos intuitivos de selectividad global del sitio para 25 catalizadores de dirodio, correlacionando la congestión estérica y la electrofilicidad con los resultados de la reacción.

Conclusiones:

• Los descriptores SMART proporcionan un método cuantitativo para describir la topología del catalizador, facilitando la predicción basada en el aprendizaje automático de la selectividad del sitio de la funcionalidad C-H.
• El estudio establece un flujo de trabajo para correlacionar modelos de catalizadores de estado fundamental con estados de transición, aplicables a diversos sistemas químicos y biológicos.
• Este enfoque permite el diseño de catalizadores con reactividad y selectividad adaptadas al delinear las características salientes del sitio reactivo.