第一作者：Yusei Hisata

通訊作者：Yoichi Hoshimoto

通訊單位：日本大阪大學(xué)

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在合成化學(xué)領(lǐng)域，基于化學(xué)信息學(xué)的機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）已被用于確定最佳反應(yīng)條件，包括催化劑結(jié)構(gòu)。然而，在使用路易斯酸性主族元素的催化分子轉(zhuǎn)化的背景下，這種以ML為重點(diǎn)的策略在很大程度上仍未被探索，這可能是由于缺乏候選庫(kù)和預(yù)測(cè)主族元素活性的有效指導(dǎo)方針。

本研究利用基于化學(xué)信息學(xué)的機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）方法，優(yōu)化了合成化學(xué)中的反應(yīng)條件，包括催化劑結(jié)構(gòu)。研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一個(gè)三芳基硼烷的計(jì)算機(jī)模擬庫(kù)，并應(yīng)用ML輔助方法，確定了最佳的硼烷催化劑B(2,3,5,6-Cl₄-C₆H)(2,6-F₂-3,5-(CF₃)₂-C₆H)₂ ，該催化劑在4-甲基四氫吡喃存在下對(duì)苯胺衍生的氨基酸和肽與醛和氫氣催化還原烷基化，表現(xiàn)出顯著的官能團(tuán)兼容性，并且僅生成水作為副產(chǎn)品。

圖文導(dǎo)讀

圖1：本研究的概念和策略，包括三芳基硼烷在催化還原烷基化中的作用，以及通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬庫(kù)輔助識(shí)別最優(yōu)硼烷的過(guò)程。

圖2：構(gòu)建的三芳基硼烷計(jì)算機(jī)模擬庫(kù)，以及用于獲取實(shí)驗(yàn)參數(shù)（每小時(shí)周轉(zhuǎn)頻率TOF）的模型反應(yīng)。

圖3：利用高斯過(guò)程回歸（GPR）對(duì)Bxy進(jìn)行優(yōu)化，展示了不同模型預(yù)測(cè)的TOF值，并與實(shí)驗(yàn)TOF值進(jìn)行了比較。

圖4：探索理論參數(shù)，包括EDEF和Mulliken電荷，以及它們?cè)陬A(yù)測(cè)TOF值中的應(yīng)用。

圖5：優(yōu)化了反應(yīng)條件，探索了更環(huán)保的路易斯堿溶劑，并比較了使用MTHP和THF作為溶劑時(shí)的活化能。

圖6：探索B^4b催化的還原烷基化反應(yīng)對(duì)各種添加劑的官能團(tuán)兼容性。

圖7：B^4b和MTHP組合在還原烷基化反應(yīng)中的應(yīng)用范圍，包括不同氨基酸和肽衍生物的烷基化。

總結(jié)展望

本研究成功地應(yīng)用了計(jì)算化學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)方法來(lái)設(shè)計(jì)和優(yōu)化三芳基硼烷催化劑，這些催化劑在還原烷基化反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。通過(guò)構(gòu)建計(jì)算機(jī)模擬庫(kù)和使用高斯過(guò)程回歸分析，研究團(tuán)隊(duì)不僅確定了最優(yōu)的催化劑結(jié)構(gòu)，還發(fā)現(xiàn)了4-甲基四氫吡喃(MTHP)作為路易斯堿溶劑的優(yōu)勢(shì)。

該研究不僅提高了合成效率，還減少了環(huán)境影響，展示了在綠色化學(xué)和可持續(xù)化學(xué)合成中的巨大潛力。未來(lái)的工作可能會(huì)進(jìn)一步探索和優(yōu)化這些催化劑的性能，并將其應(yīng)用于更廣泛的化學(xué)反應(yīng)中。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：In-silico-assisted derivatization of triarylboranes for the catalytic reductive functionalization of aniline-derived amino acids and peptides with H₂

期刊：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-47984-0