هدف پژوهشگران ساده‌سازی فرآیند غربالگری لیگاندها در طول طراحی کاتالیزور با استفاده از لیگاندهای مجازی است
محققان مؤسسه طراحی و کشف واکنش شیمیایی و دانشگاه هوکایدو یک روش غربالگری به کمک لیگاند مجازی (VLA) ایجاد کرده‌اند که می‌تواند میزان آزمون و خطای مورد نیاز در آزمایشگاه را در طول توسعه کاتالیزور فلزات واسطه به شدت کاهش دهد. این روش که در مجله ACS Catalysis منتشر شده است، همچنین ممکن است منجر به کشف طرح‌های کاتالیست غیرمتعارف خارج از محدوده شهود شیمیدانان شود.
لیگاندها مولکول هایی هستند که به اتم فلز مرکزی یک کاتالیزور متصل می شوند و بر فعالیت و گزینش پذیری کاتالیزور تأثیر می گذارند. یافتن لیگاند بهینه برای کاتالیز یک واکنش هدف خاص می تواند مانند یافتن یک سوزن در انبار کاه باشد. روش غربالگری VLA راهی برای جستجوی کارآمد آن انبار کاه، بررسی طیف وسیعی از مقادیر برای خواص مختلف برای شناسایی ویژگی‌های لیگاندهایی که باید امیدوارکننده‌تر باشند، فراهم می‌کند. این امر ناحیه جستجوی شیمیدانان در آزمایشگاه را محدود می کند و این پتانسیل را دارد که فرآیند طراحی واکنش را تا حد زیادی تسریع کند.
این کار جدید از لیگاندهای مجازی استفاده می کند که حضور لیگاندهای واقعی را تقلید می کند. با این حال، لیگاندهای مجازی به جای اینکه توسط بسیاری از اتم‌های سازنده منفرد توصیف شوند – مانند کربن یا نیتروژن – تنها با استفاده از دو معیار توصیف می‌شوند: ویژگی‌های فضایی، یا پرکننده فضا، و خواص الکترونیکی آنها. محققان تقریبی ایجاد کردند که هر یک از این اثرات را با یک پارامتر توصیف می کند. استفاده از این توصیف ساده از یک لیگاند، محققان را قادر می سازد لیگاندها را به روشی محاسباتی کارآمد در محدوده وسیعی از مقادیر برای این دو اثر ارزیابی کنند. نتیجه یک “نقشه کانتور” است که نشان می دهد یک لیگاند چه ترکیبی از اثرات فضایی و الکترونیکی باید داشته باشد تا بتواند یک واکنش خاص را به بهترین شکل کاتالیز کند. سپس شیمیدانان می توانند تنها بر روی آزمایش لیگاندهای واقعی که با این معیارها مطابقت دارند تمرکز کنند.
محققان از لیگاندهای مجازی فسفر تک دندانی (III) به عنوان یک گروه آزمایشی استفاده کردند و مدل‌های خود را برای خواص الکترونیکی و فضایی لیگاندهای مجازی در برابر مقادیر محاسبه‌شده برای لیگاندهای واقعی مربوطه تأیید کردند.
سپس از روش غربالگری VLA برای طراحی لیگاندهایی برای واکنش آزمایشی استفاده شد که در آن یک گروه CHO و یک اتم هیدروژن را می توان به یک پیوند دوگانه در دو پیکربندی ممکن مختلف اضافه کرد. مسیر واکنش برای 20 مورد لیگاند مجازی (شامل مقادیر تخصیصی متفاوت برای پارامترهای الکترونیکی و فضایی) مورد ارزیابی قرار گرفت تا یک نقشه کانتور ایجاد شود که روند بصری را برای نوع لیگاندهایی که می‌توان انتظار داشت منجر به واکنش بسیار انتخابی شود، نشان می‌دهد.
مدل های کامپیوتری لیگاندهای واقعی بر اساس پارامترهای استخراج شده از نقشه کانتور طراحی و سپس به صورت محاسباتی ارزیابی شدند. مقادیر انتخاب‌پذیری پیش‌بینی‌شده از طریق روش غربالگری VLA به خوبی با مقادیر محاسبه‌شده برای مدل‌های لیگاندهای واقعی مطابقت دارد، و قابلیت زنده بودن روش غربالگری VLA را برای ارائه راهنمایی‌هایی که به طراحی لیگاند منطقی کمک می‌کند، نشان می‌دهد.
علاوه بر صرفه جویی در زمان و منابع ارزشمند، نویسنده مقاله ساتوشی مائدا، ایجاد سیستم های قدرتمند پیش بینی واکنش را با ترکیب روش غربالگری VLA با سایر تکنیک های محاسباتی پیش بینی می کند.
غربالگری لیگاند یک فرآیند اساسی در توسعه کاتالیز فلزات واسطه است. از آنجایی که غربالگری VLA را می توان در سیلیکون انجام داد ، در زمان و منابع زیادی در آزمایشگاه صرفه جویی می شود. ما معتقدیم که این روش نه تنها یافتن لیگاند بهینه را از یک کتابخانه معین از لیگاندها ساده می کند، بلکه محققان را برای کشف فضای شیمیایی استفاده نشده لیگاندها تحریک می کند. علاوه بر این، ما همچنین انتظار داریم که با ترکیب این روش با فناوری پیش‌بینی واکنش ما با استفاده از روش واکنش القای نیروی مصنوعی، یک طرح جدید کشف کامپیوتری برای کاتالیز فلزات واسطه محقق شود.
– این بیانیه مطبوعاتی در ابتدا در وب سایت دانشگاه هوکایدو منتشر شد