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Precision Reaction Field Design of Organocatalysts Based on Demand-driven Quantum Chemical Calculations

基于需求驱动的量子化学计算有机催化剂精密反应场设计

基本信息

批准号：
22K19018
负责人：
寺田眞浩
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

近年、不斉触媒反応において「C-H…O非古典的水素結合、C-H…π、πスタッキング」といった「分散力を主とする弱い相互作用」を介して有機分子触媒あるいは不斉配位子と反応基質が相互作用し、遷移状態の安定化が図られていることが明らかになってきた。立体反発に起因する「立体歪」による遷移状態の不安定化は良く議論されるが、「分子間相互作用による遷移状態の安定化」も選択性を決定づける極めて重要な因子となっている。デマンド・ドリブン（要求駆動）に基づく方法論は、これら「立体歪の最小化」と「分子間相互作用の最大化」という最適触媒に「要求される」条件を「駆動力」として探索することを特徴とする。この方法論の実証系として代表者が豊富な経験を有するキラルリン酸触媒を用いた反応系を検討した。デマンド・ドリブンに基づく方法論は触媒の修飾と反応基質の修飾の二通りの方法があるが、今年度は反応基質の修飾を検討した。キラルリン酸触媒のなかでもスピロ環構造を有するSPINOL誘導体の6,6’-位に導入する置換基を固定し、反応基質に導入したフェニル基を化学修飾することを想定し、代表的な候補置換基をフェニル基上に導入した。立体効果についてはA-valueを、電子効果についてはHammettのσ値などの既存のデータを活用し置換位置とともに置換基の特徴を表記する記述子とした。量子化学計算による遷移状態計算、続く「歪/相互作用解析」を行い、得られた「立体歪」と「分子間相互作用」エネルギーをそれぞれ、置換基パラメータ「立体効果（A-valueなど）」は「立体歪」と、「電子効果（Hammettのσ値など）」は「分子間相互作用」と相関する評価データとした。これらの一次評価データからガウス過程回帰法による回帰モデルの作成と探索を行い、さらに確率論的に求めるベイズ最適化法を適用して、フェニル基上に導入する最適置換基を推定した。

In recent years, non-catalytic reaction "C-H...O non-classical hydrogen bonding, C-H...π, πスタッキング" "dispersion force" "dispersion force" "weak" interaction The organic molecular catalyst is used to stabilize the interaction between the coordination site and the reaction matrix and the migration state. The causes of stereoscopic distortion, "stereoscopic distortion", destabilization of the transition state, discussion on "stereoscopic distortion", "intermolecular The interaction is an important factor in the stabilization of the migration state and the selection of the properties.デマンド・ドリブン (required action) に记づく Methodology は、これら「Minimization of Stereoscopic Distortion」と「Molecular Interaction Maximize the use of the optimum catalyst and the requirements of the optimal catalyst and the conditions of the "motivation" and the exploration of the special catalyst. The representative of このmethodological proof system, が豊富な経験を有するキラルリンacid catalyst, uses いたreaction system, を検した.デマンド・ドリブンにづくmethodologyはcatalystのmodificationとreflectionmatrixのmodificationの二通りのmethodがあるが、This year's reaction matrixのmodificationを検した. The キラルリン acid catalyst has a ring structure and a 6,6′-position introduction of the SPINOL inducer and a fixed substituent group. , the reaction matrix is introduced into the chemical modification of the することを scenario, and the representative candidate replacement base is introduced into the をフェニル base. Three-dimensional effectについてはA-valueを、Electronic effectについてはHammettのσ値などのexisting のデータをutilizes しreplacement position とともにsubstitution base の特徴をexpression する记子とした. Quantum chemical calculations: Calculation of transition states, "Distortion/Interaction Analysis", "Distortion/Interaction Analysis", "Stereoscopic Distortion" and "Intermolecular Interaction", "Distortion/Interaction Analysis", "Displacement Base"タ「Stereoscopic effect (A-valueなど)」は「Stereoscopic distortion」と, 「Electronic effect (Hammettのσ値など)」は「Intermolecular interaction」とrelated review 価データとした.これらのone-time review価データからガウスprocess return methodによる回帰モデルの成とExplorationを行い、さらにThe application of the optimal optimization method of the accuracy theory and the introduction of the optimal replacement basis and the estimation of the optimal replacement basis are applicable.