Fosfinen behoren tot de belangrijkste liganden voor katalyse van overgangsmetalen. Fosfinen binden aan een metaal en wijzigen de structuur, reactiviteit, en selectiviteit. Veel van de meest toegepaste katalytische reacties in de farmaceutische/commodity chemische industrie gebruiken fosfines als liganden, zoals kruiskoppeling. In deze en vele andere gevallen kleine veranderingen in de fosfinestructuur hebben vaak significante effecten op de katalysatorstructuur en reactiviteit.

Met behulp van een inventaris van fosfines in de onlangs vrijgegeven "Kraken" virtuele chemische bibliotheek, Matt Sigman van de Universiteit van Utah, Abigail Doyle van UCLA en hun collega's onderzochten verschillende mogelijke kenmerken die de fosfinestructuur beschrijven om hun reactiviteit te voorspellen. Veel van de eerder gerapporteerde functies zijn inconsistent gebleken, hint naar de mogelijkheid van een ander onbekend proces dat de reactiviteit regelt.

Eén kenmerk kwam naar voren als de beste voorspeller: %V _buro (min) of het minimale percentage begraven volume; deze functie beschrijft de kleinste vorm van een ligand die energetisch toegankelijk is, zoals gemeten door hoeveel van die ligand zich in een bol van 3,5 Angstrom bevindt, gecentreerd op een metaalatoom. Het is niet intuïtief. Maar het werkt, het categoriseren van fosfinestructuren als actief of inactief in veel experimentele datasets.

De combinatie van inzicht in mechanismen en voorspellende kracht zal de organometaalchemie en katalyse bevorderen, zeggen de onderzoekers. Dit wordt mogelijk gemaakt door het gemak van computergebruik %V _buro (min) en voorspellen of de arbeid, het tijdrovende en tijdrovende proces van het bereiden van een nieuwe fosfine is de moeite waard.

Sommige van de fosfines in de studie zijn, Ja, vernoemd naar dinosaurussen. Toen Kevin Wu, vervolgens een afgestudeerde scheikundestudent aan de Princeton University in het lab van Abigail Doyle, ontwikkelde een reeks fosfines, hij vond het niet prettig om ze naar zichzelf te vernoemen. In plaats daarvan, op voorstel van een andere student, het Doyle-lab begon ze naar dinosaurussen te noemen. Met de hulp van Doyle's zesjarige zoon, het team heeft de nieuwe "DinoPhos"-familie gebrandmerkt met namen als "TyrannoPhos" en "TriceraPhos."

Het team gebruikt de %V _buro (min) metriek om een ​​nieuwe fosfine te ontwerpen. Zijn naam? PteroPhos, natuurlijk.

"De grote bevinding is dat deze discontinuïteit, deze reactiviteitsklip, is op basis van het minimale percentage begraven volume, %Vbur(min), van de liganden, " zei Doyle Lab afgestudeerde student Julia Borowski. "Dat is een computationeel afgeleid kenmerk van een fosfineligand dat je iets vertelt over hoeveel sterische bulk het ligand heeft in de buurt van het metaal waaraan het bindt. Dus, een ligand met een hoog %Vbur(min) zal veel sterische massa rond het metaal hebben en het zal het moeilijker maken om er twee te bevestigen.

"En wat we vinden is dat er een strikte grens is waarbij alleen liganden onder een bepaalde waarde van deze parameter twee liganden kunnen binden. Fosfinen die waarden van deze parameter boven die waarde hebben, kunnen er maar één binden. Het was erg opvallend voor ons toen we vonden dat het geen lineaire trend was."

Newman-Stonebraker, een vijfdejaars student aan het Doyle Lab, zei dat er waarschijnlijk twee manieren zijn waarop scheikundigen gebruik willen maken van de nieuwe workflow.

"Voor chemici die datagestuurde modellering gebruiken om de ontwikkeling en optimalisatie van reacties te vergemakkelijken, de mogelijkheid om grote hoeveelheden gegevens in 'bakken' te organiseren op basis van verschillende mechanistische resultaten kan ervoor zorgen dat de volgende modellen eenvoudiger en informatiever zijn, ' zei hij. 'En voor chemici die geïnteresseerd zijn in mechanistische organometaalchemie, de workflow kan helpen om reactiviteitspatronen te ontdekken die verborgen zijn in de gegevens, het verstrekken van een routekaart voor gerichte studie van ligandstructuur-reactiviteitsrelaties."