El método de búsqueda de rutas de reacción automatizadas predice la estereoquímica exacta de las reacciones pericíclicas utilizando solo la estructura de la molécula objetivo.

Crédito de la foto: Tsuyoshi Mita et al. Revista de la Sociedad Química Estadounidense. 30 de noviembre de 2022

El método de búsqueda de rutas de reacción automatizadas predice la estereoquímica exacta de las reacciones pericíclicas utilizando solo la estructura de la molécula objetivo.

Investigadores del Instituto para el Diseño y Descubrimiento de Reacciones Químicas (WPI-ICReDD) han demostrado el uso extendido de un método computacional llamado método de Reacción Inducida por Fuerza Artificial (AFIR), que predice reacciones pericíclicas con estereoselectividad precisa basada solo en información sobre la molécula del producto objetivo. . Predecir con precisión la estereoquímica de una molécula:es decir, la disposición 3D de sus átomos constituyentes, no tiene precedentes para una técnica de búsqueda de vías tan automatizada. Este estudio sirve como prueba de concepto de que el método AFIR tiene el potencial de descubrir nuevas reacciones con estereoquímica específica.

En este estudio, AFIR se usa para calcular reacciones retrosintéticas o inversas que van desde las moléculas del producto hasta los materiales de partida. Anteriormente, AFIR se usaba para predecir reacciones pequeñas y simples, pero las predicciones estereoquímicas precisas eran inalcanzables, lo que limitaba la aplicabilidad de la técnica. En este estudio, los investigadores superaron este obstáculo al aplicar el método AFIR a una clase importante de reacciones químicas llamadas reacciones pericíclicas, que son comunes en los procesos biológicos, incluida la síntesis de vitamina D.

Una propiedad clave de las reacciones pericíclicas es que comparten la misma relación estereoquímica, ya sea que la reacción se desarrolle en dirección directa o inversa. Esto permitió al equipo utilizar la estereoquímica calculada para la reacción inversa para predecir con precisión la estereoquímica de la reacción directa. Sorprendentemente, AFIR también pudo predecir correctamente la estereoquímica de una reacción que viola las reglas de Woodward-Hoffman que normalmente rigen el comportamiento de las reacciones pericíclicas. La capacidad de esta técnica para predecir excepciones a estas reglas estándar demuestra el potencial de usar este método automatizado para descubrir respuestas poco intuitivas que de otro modo podrían pasarse por alto.

Las reacciones pericíclicas también son ventajosas para el trabajo computacional porque están concertadas, lo que significa que toda la ruptura y formación de enlaces ocurre en un solo paso. Debido a que tales reacciones no pasan por intermedios iónicos, es difícil que las moléculas de solvente alteren la reacción, y los investigadores pueden ignorar los efectos de los solventes en sus cálculos. Dichos cálculos son más fáciles de realizar y, por lo tanto, permiten manejar moléculas más complejas. En este estudio, AFIR manejó con éxito moléculas de hasta 52 átomos, más de 2,5 veces el tamaño de las moléculas en estudios anteriores.

Es importante destacar que la única información necesaria para usar AFIR es la estructura de la molécula del producto deseado, lo que permite a los investigadores escribir una molécula que quieren hacer y presionar efectivamente el botón «rebobinar» para ver los materiales de partida prometedores Find. Extender el uso de AFIR a moléculas más grandes y procesos estereoespecíficos abre nuevas vías para el descubrimiento de reacciones automatizadas.

El autor principal, Tsuyoshi Mita, también quedó impresionado por la importancia de utilizar un enfoque automatizado para reconstruir reacciones históricamente significativas.

“Las reglas de Woodward-Hoffmann se establecieron en la década de 1960, y creo que es muy profundo que 60 años después podamos usar métodos automatizados de búsqueda de vías para predecir los materiales iniciales de una reacción, donde la estereoquímica sigue estas reglas”. dijo el autor principal Tsuyoshi Mita. “El ácido endiándrico C fue sintetizado por Nicolau en 1982 sobre la base de la hipótesis biosintética de Black, y estoy encantado de que en este trabajo hayamos podido replicar lo que estaba pasando en sus mentes utilizando cálculos de química cuántica. Soy químico orgánico sintético y usuario del método AFIR, y este proyecto me recordó nuevamente el poder del método AFIR”.


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