AFIR yöntemi, 52 atomluk doğal bir ürün olan endiandrik asit C metil esterin reaksiyonunu yalnızca kuantum kimyasal hesaplamaları kullanarak başlangıç malzemelerine kadar izler. Kredi bilgileri: Tsuyoshi Mita ve ark. Amerikan Kimya Derneği Dergisi. 30 Kasım 2022
Otomatik bir reaksiyon yolu arama yöntemi, yalnızca hedef ürün molekülünün yapısını kullanarak perisiklik reaksiyonların doğru stereokimyasını tahmin edebilir.
Kimyasal Reaksiyon Tasarım ve Keşif Enstitüsü (WPI-ICReDD), yalnızca hedef ürün molekülünün yapısını kullanarak yüksek stereoselektiviteye sahip perisiklik reaksiyonları tahmin etmede Yapay Kuvvet Kaynaklı Reaksiyon (AFIR) yöntemi olarak bilinen bir hesaplama yönteminin daha geniş uygulamasını başarıyla göstermiştir.
Bir molekülün stereokimyasının, yani onu oluşturan atomların 3B düzeninin doğru tahmini, bu tür bir otomatik reaksiyon yolu arama yöntemi için emsalsizdir. Bu çalışma, AFIR yönteminin belirli stereokimyaya sahip yeni reaksiyonları keşfetme potansiyeline sahip olduğunun kanıtı niteliğindedir.
Bu çalışmada AFIR, ürün moleküllerinden başlangıç malzemelerine giden retrosentetik veya ters reaksiyonları hesaplamak için kullanılır. . Daha önce AFIR, küçük, basit reaksiyonları tahmin etmek için kullanılıyordu, ancak doğru stereokimya tahminlerine ulaşılamıyordu ve bu da tekniğin uygulanabilirliğini sınırlıyordu. Bu çalışmada araştırmacılar, D Vitamini sentezi de dahil olmak üzere biyolojik süreçlerde yaygın olarak bulunan perisiklik reaksiyonlar adı verilen ana kimyasal reaksiyonlar sınıfında AFIR yöntemini kullanarak bu engelin üstesinden geldi.
{11 }WPI-ICReDD, Hokkaido Üniversitesi’ndeki araştırma ekibinin üyeleri. Üst Sıra, Soldan Sağa: Yu Harabuchi, Wataru Kanna, Hideaki Takano, Hiroki Hayashi. Alt sıra, soldan sağa: Satoshi Maeda, Tsuyoshi Mita. Kredi: ICReDD
Perisiklik reaksiyonların önemli bir özelliği, reaksiyon ister ileri ister geri yönde gerçekleşsin, aynı stereokimyasal ilişkiye sahip olmalarıdır. Bu, ekibin ileri reaksiyon için stereokimyayı doğru bir şekilde tahmin etmek için geriye doğru reaksiyon için hesaplanan stereokimyayı kullanmasını sağladı. Özellikle, AFIR ayrıca tipik olarak perisiklik reaksiyonların davranışını yöneten Woodward-Hoffman kurallarını çiğneyen bir reaksiyon için stereokimyayı doğru bir şekilde tahmin edebildi.
Bu tekniğin, bu standart kuralların istisnalarını tahmin etme yeteneği, aksi halde gözden kaçabilecek sezgisel olmayan reaksiyonları keşfetmek için bu otomatikleştirilmiş yöntemi kullanma potansiyeli.
AFIR yöntemini kullanarak retrosentetik reaksiyon yolu ağları oluşturmak için genel şema. Kredi bilgileri: Tsuyoshi Mita ve ark. Amerikan Kimya Derneği Dergisi. 30 Kasım 2022
Perisiklik reaksiyonlar, uyumlu olduklarından, yani tüm bağ kırma ve bağ oluşturma işlemlerinin tek bir adımda gerçekleştiği anlamına geldiğinden, hesaplama çalışmaları için de avantajlıdır. Bu tür reaksiyonlar iyonik ara maddelerden geçmediğinden, solvent moleküllerinin reaksiyonu değiştirmesi zordur ve araştırmacıların hesaplamalarında solvent etkilerini göz ardı etmelerine olanak tanır. Bu tür hesaplamaların gerçekleştirilmesi daha basittir ve bu nedenle daha karmaşık moleküllerin ele alınmasını sağlar. Bu çalışmada AFIR, önceki çalışmalardaki molekül boyutunun 2,5 katından fazla olan 52 atoma kadar olan molekülleri başarıyla işlemiştir.
Önemli olarak, AFIR’yi kullanmak için gereken tek bilgi istenen ürün molekülünün yapısıdır, bu nedenle araştırmacılar, yapmak istedikleri bir molekülü girebilir ve gelecek vaat eden başlangıç malzemeleri bulmak için geri sarma düğmesine etkili bir şekilde basabilir. AFIR kullanımının daha büyük molekülleri ve stereospesifik süreçleri kapsayacak şekilde genişletilmesi, otomatik reaksiyon keşfi için yeni yollar açar.
Baş yazar Tsuyoshi Mita, tarihsel olarak önemli reaksiyonları yeniden oluşturmak için otomatik bir yaklaşım kullanmanın öneminden de etkilendi.{4 }
“Woodward-Hoffmann Kuralları 1960’larda oluşturuldu ve bence 60 yıl sonra, bu kuralları izleyen stereokimya ile bir reaksiyonun başlangıç malzemelerini tahmin etmek için otomatik reaksiyon yolu arama yöntemlerini kullanabiliyor olmamız çok önemli.” baş yazar Tsuyoshi Mita dedi. “Endiandric Asit C, Black’in biyosentetik hipotezine dayalı olarak 1982’de Nicolau tarafından sentezlendi ve bu çalışmada kuantum kimyasal hesaplamaları kullanarak kafalarındakileri yeniden yaratabildiğimiz için çok memnunum. Hem organik sentetik kimyager hem de AFIR yöntemi kullanıcısıyım ve bu projede AFIR yönteminin gücü bana bir kez daha hatırlatıldı.”
Referans: “Yüksek Verimli Tek Adımlı Tahmin veya Cascade Pericyclic Reactions for the Synthesis of Complex Synthetic Targets”, yazan Tsuyoshi Mita, Hideaki Takano, Hiroki Hayashi, Wataru Kanna, Yu Harabuchi, K. N. Houk ve Satoshi Maeda, 30 Kasım 2022, Journal of the American Chemical Society.
{16 }DOI: 10.1021/jacs.2c09830
Çalışma, Japonya Bilim ve Teknoloji Ajansı, Japonya Bilimi Teşvik Derneği, Fugaku Tıbbi Araştırma Vakfı, Uehara Memorial Vakfı tarafından finanse edildi. Naito Vakfı ve Ulusal Bilim Vakfı.