Predicción automatizada de reacciones químicas: Ahora en estéreo
El método de búsqueda automatizada de rutas de reacción predice con precisión la estereoquímica de las reacciones pericíclicas utilizando únicamente la estructura de la molécula objetivo
Investigadores del Instituto de Diseño y Descubrimiento de reacciones químicas (WPI-ICReDD) han demostrado el uso ampliado de un método computacional denominado método de Reacción Inducida por Fuerza Artificial (AFIR), que predice reacciones pericíclicas con una estereoselectividad precisa basándose únicamente en información sobre la molécula del producto objetivo. La predicción precisa de la estereoquímica de una molécula -esdecir, la disposición tridimensional de los átomos que la componen- no tiene precedentes en un método de búsqueda automática de rutas de reacción de este tipo. Este estudio sirve como prueba de concepto de que el método AFIR tiene el potencial de descubrir nuevas reacciones con una estereoquímica específica.
El método AFIR rastrea la reacción del éster metílico del ácido endiándrico C, un producto natural de 52 átomos, hasta sus materiales de partida utilizando únicamente cálculos químicos cuánticos.
Tsuyoshi Mita et al. Journal of the American Chemical Society. November 30, 2022
En este estudio, AFIR se utiliza para calcular reacciones retrosintéticas, o inversas, que van desde moléculas de producto a materiales de partida. Anteriormente, AFIR se había utilizado para predecir reacciones pequeñas y sencillas, pero las predicciones estereoquímicas precisas estaban fuera de su alcance, lo que limitaba la aplicabilidad de la técnica. En este estudio, los investigadores superan este obstáculo utilizando el método AFIR en una clase importante de reacciones químicas llamadas reacciones pericíclicas, que se encuentran comúnmente en los procesos biológicos, incluyendo la síntesis de la vitamina D.
Una propiedad clave de las reacciones pericíclicas es que tienen la misma relación estereoquímica tanto si la reacción se produce hacia delante como hacia atrás. Esto permitió al equipo utilizar la estereoquímica calculada para la reacción hacia atrás para predecir con precisión la estereoquímica de la reacción hacia delante. Cabe destacar que AFIR también fue capaz de predecir correctamente la estereoquímica de una reacción que rompe las reglas de Woodward-Hoffman, que suelen regir el comportamiento de las reacciones pericíclicas. La capacidad de esta técnica para predecir excepciones a estas reglas estándar demuestra el potencial de utilizar este método automatizado para descubrir reacciones poco intuitivas que de otro modo podrían pasarse por alto.
Las reacciones pericíclicas también son ventajosas para el trabajo computacional porque son concertadas, lo que significa que toda la ruptura y creación de enlaces se produce en un solo paso. Como estas reacciones no pasan por intermediarios iónicos, es difícil que las moléculas de disolvente alteren la reacción y permite a los investigadores ignorar los efectos del disolvente en sus cálculos. Estos cálculos son más sencillos de realizar y, por 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 de estudios anteriores.
Y lo que es más importante, la única información que se necesita para utilizar AFIR es la estructura de la molécula del producto deseado, por lo que los investigadores pueden introducir la molécula que quieren fabricar y pulsar el botón de rebobinado para encontrar materiales de partida prometedores. La ampliación del uso de AFIR para abarcar moléculas más grandes y procesos estereoespecíficos abre nuevas vías para el descubrimiento automatizado de reacciones.
Al autor principal, Tsuyoshi Mita, también le llamó la atención la importancia de utilizar un método automatizado para recrear 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 seamos capaces de utilizar métodos automatizados de búsqueda de rutas de reacción para predecir los materiales de partida de una reacción con una estereoquímica que siga estas reglas", dijo el autor principal Tsuyoshi Mita. "El ácido endiátrico C fue sintetizado por Nicolau en 1982 basándose en la hipótesis biosintética de Black, y estoy muy satisfecho de que en este trabajo hayamos podido recrear lo que tenían en la cabeza utilizando cálculos de química cuántica. Soy tanto un químico sintético orgánico como un usuario del método AFIR y en este proyecto se me recordó una vez más el poder del método AFIR."
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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