“智能科學(xué)家”助力全脂肪族手性碳中心精準(zhǔn)構(gòu)建
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近日,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合浙江大學(xué)團(tuán)隊(duì),依托“智能科學(xué)家”自主實(shí)驗(yàn)室,在全脂肪族手性碳中心的精準(zhǔn)構(gòu)建方面取得進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了高效和高選擇性的鈷催化體系,實(shí)現(xiàn)了脂肪族烯烴的不對(duì)稱氫烷基化反應(yīng),突破了長期以來偶聯(lián)反應(yīng)對(duì)極性基團(tuán)輔助手性控制的依賴,為手性碳骨架精準(zhǔn)構(gòu)建提供了新方法。
手性碳–碳鍵的精準(zhǔn)構(gòu)筑是合成化學(xué)的難題。過渡金屬、酶及有機(jī)小分子催化等研究取得了進(jìn)展,但當(dāng)?shù)孜锶〈耆芍咀逄兼湗?gòu)成時(shí),由于缺少電子和立體差異,底物高對(duì)映選擇性轉(zhuǎn)化極具挑戰(zhàn)。團(tuán)隊(duì)提出了“傘狀手性口袋”分子識(shí)別新模式,可精準(zhǔn)區(qū)分底物中電子和空間結(jié)構(gòu)相似的兩個(gè)脂肪族取代基,實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)偶聯(lián)反應(yīng)與酶催化體系難以達(dá)到的全脂肪族手性碳中心構(gòu)筑。
在研究過程中,“智能科學(xué)家”平臺(tái)發(fā)揮了重要作用。平臺(tái)在短時(shí)間內(nèi)完成數(shù)百組反應(yīng)條件的高通量篩選,提升了數(shù)據(jù)質(zhì)量和研究效率。團(tuán)隊(duì)基于人工智能算法對(duì)實(shí)驗(yàn)與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行建模,在分子片段指紋和空間構(gòu)型中提取關(guān)鍵描述符,建立了反應(yīng)選擇性的機(jī)器學(xué)習(xí)模型。
結(jié)合“智能科學(xué)家”平臺(tái)與AI建模結(jié)果,團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一類具傘狀手性口袋的鈷催化劑體系。該體系通過多重色散作用與空間限域效應(yīng)協(xié)同提升了反應(yīng)效率與選擇性,實(shí)現(xiàn)了對(duì)結(jié)構(gòu)高度相似的兩個(gè)烷基基團(tuán)的精準(zhǔn)識(shí)別。研究揭示了弱相互作用調(diào)控手性識(shí)別新原理,為復(fù)雜脂肪族分子的立體可控合成提供了新策略。
上述工作通過構(gòu)建“設(shè)計(jì)—篩選—建?!扑]—驗(yàn)證—應(yīng)用”的高效閉環(huán)體系,實(shí)現(xiàn)了從“人工實(shí)驗(yàn)廣泛試錯(cuò)”向“數(shù)據(jù)與機(jī)制協(xié)同驅(qū)動(dòng)”的跨越。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國化學(xué)會(huì)志》(JACS)上。

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