Prédiction automatisée des réactions chimiques : maintenant en stéréo

La méthode de recherche automatisée du chemin de réaction prédit la stéréochimie précise des réactions péricycliques en utilisant uniquement la structure de la molécule cible.

Des chercheurs de l’Institute for Chemical Reaction Design and Discovery (WPI-ICReDD) ont démontré l’utilisation élargie d’une méthode de calcul appelée la méthode de réaction induite par la force artificielle (AFIR), prédisant les réactions péricycliques avec une stéréosélectivité précise basée uniquement sur des informations sur la molécule de produit cible . La prédiction précise de la stéréochimie d’une molécule — c’est à dire, l’arrangement 3D de ses atomes constitutifs – est sans précédent pour une telle méthode de recherche de chemin de réaction automatisée. Cette étude sert de preuve de concept que la méthode AFIR a le potentiel de découvrir de nouvelles réactions avec une stéréochimie spécifique.

Dans cette étude, AFIR est utilisé pour calculer les réactions rétrosynthétiques, ou inverses, allant des molécules du produit aux matières premières. Auparavant, AFIR était utilisé pour prédire de petites réactions simples, mais des prédictions stéréochimiques précises étaient hors de portée, ce qui limitait l’applicabilité de la technique. Dans cette étude, les chercheurs ont surmonté cet obstacle en utilisant la méthode AFIR sur une classe majeure de réactions chimiques appelées réactions péricycliques, que l’on trouve couramment dans les processus biologiques, y compris la synthèse de la vitamine D.

Une propriété clé des réactions péricycliques est qu’elles ont la même relation stéréochimique, que la réaction se produise dans le sens avant ou arrière. Cela a permis à l’équipe d’utiliser la stéréochimie calculée pour la réaction inverse pour prédire avec précision la stéréochimie de la réaction directe. Notamment, AFIR a également été en mesure de prédire correctement la stéréochimie pour une réaction qui enfreint les règles de Woodward-Hoffman, qui régissent généralement le comportement des réactions péricycliques. La capacité de cette technique à prédire les exceptions à ces règles standard démontre le potentiel d’utilisation de cette méthode automatisée pour découvrir des réactions non intuitives qui pourraient autrement être négligées.

Les réactions péricycliques sont également avantageuses pour le travail informatique car elles sont concertées, ce qui signifie que toute la rupture et la création de liaisons se produisent en une seule étape. Étant donné que de telles réactions ne passent pas par des intermédiaires ioniques, il est difficile pour les molécules de solvant de modifier la réaction et permet aux chercheurs d’ignorer les effets du solvant dans leurs calculs. De tels calculs sont plus simples à réaliser et permettent ainsi de manipuler des molécules plus complexes. Dans cette étude, AFIR a traité avec succès des molécules jusqu’à 52 atomes, soit plus de 2,5 fois la taille des molécules dans les études précédentes.

Il est important de noter que la seule information nécessaire pour utiliser AFIR est la structure de la molécule de produit souhaitée, afin que les chercheurs puissent saisir une molécule qu’ils souhaitent fabriquer et appuyer efficacement sur le bouton de rembobinage pour trouver des matières premières prometteuses. L’élargissement de l’utilisation de l’AFIR pour englober des molécules plus grandes et des processus stéréospécifiques ouvre de nouvelles voies pour la découverte de réactions automatisées.

L’auteur principal Tsuyoshi Mita a également été frappé par l’importance d’utiliser une approche automatisée pour recréer des réactions historiquement significatives.

« Les règles de Woodward-Hoffmann ont été établies dans les années 1960 et je pense qu’il est très important que 60 ans plus tard, nous soyons en mesure d’utiliser des méthodes automatisées de recherche de chemin de réaction pour prédire les matériaux de départ d’une réaction avec une stéréochimie qui suit ces règles », a déclaré l’auteur principal Tsuyoshi. Mita. « L’acide endiandrique C a été synthétisé par Nicolau en 1982 sur la base de l’hypothèse biosynthétique de Black, et je suis très heureux que dans ce travail, nous ayons pu recréer ce qu’ils avaient dans la tête à l’aide de calculs de chimie quantique. Je suis à la fois un chimiste de synthèse organique et un utilisateur de la méthode AFIR et dans ce projet, j’ai une fois de plus rappelé la puissance de la méthode AFIR. »

Source de l’histoire :

Matériel fourni par Université d’Hokkaidō. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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