Las fosfinas se encuentran entre los ligandos más importantes para la catálisis de metales de transición. Las fosfinas se unen a un metal y modifican su estructura, reactividad, y selectividad. Muchas de las reacciones catalíticas más practicadas en la industria farmacéutica / química de productos básicos utilizan fosfinas como ligandos, como el acoplamiento cruzado. En estos y muchos otros casos, los pequeños cambios en la estructura de la fosfina a menudo tienen impactos significativos en la estructura y la reactividad del catalizador.

Utilizando un inventario de fosfinas en la biblioteca química virtual "Kraken" publicada recientemente, Matt Sigman de la Universidad de Utah, Abigail Doyle de UCLA y sus colegas exploraron varias características posibles que describen la estructura de la fosfina para predecir su reactividad. Muchas de las funciones informadas anteriormente han demostrado ser inconsistentes, insinuando la posibilidad de que otro proceso desconocido controle la reactividad.

Una característica surgió como el mejor predictor: % V _rebaba (min) o el porcentaje mínimo de volumen enterrado; esta característica describe la forma más pequeña de un ligando que es energéticamente accesible, medido por la cantidad de ese ligando que se mete en una esfera de 3,5 Angstroms centrada en un átomo de metal. No es intuitivo. Pero funciona, categorizar las estructuras de fosfina como activas o inactivas en muchos conjuntos de datos experimentales.

La combinación de conocimiento del mecanismo y poder predictivo hará avanzar la química organometálica y la catálisis, dicen los investigadores. Esto se ve facilitado por la facilidad de cálculo % V _rebaba (min) y predecir si el trabajo, Vale la pena llevar a cabo un proceso que requiere mucho tiempo y recursos para preparar una nueva fosfina.

Algunas de las fosfinas en el estudio son, sí, el nombre de los dinosaurios. Cuando Kevin Wu, luego un estudiante graduado de química en la Universidad de Princeton en el laboratorio de Abigail Doyle, desarrolló una serie de fosfinas, no se sentía cómodo poniéndoles su nombre. En lugar de, por sugerencia de otro estudiante, el laboratorio de Doyle comenzó a nombrarlos como dinosaurios. Con la ayuda del hijo de seis años de Doyle, el equipo marcó la nueva familia "DinoPhos" con nombres como "TyrannoPhos" y "TriceraPhos".

El equipo está usando% V _rebaba (min) métrica para diseñar una nueva fosfina. ¿Su nombre? PteroPhos, por supuesto.

"El gran hallazgo es que esta discontinuidad, este acantilado de reactividad, se basa en el porcentaje mínimo de volumen enterrado, % Vbur (min), de los ligandos, ", dijo la estudiante graduada de Doyle Lab, Julia Borowski." Esa es una característica derivada computacionalmente de un ligando de fosfina que le dice algo sobre la cantidad de volumen estérico que tiene el ligando cerca del metal al que se une. Entonces, un ligando que tiene un alto% Vbur (min) tendrá mucho volumen estérico alrededor del metal y dificultará la unión de dos de ellos.

"Y lo que encontramos es que hay un límite estricto en el que solo los ligandos por debajo de un valor dado de este parámetro pueden unir dos ligandos. Las fosfinas que tienen valores de este parámetro por encima de ese valor solo pueden unir uno. Fue muy sorprendente para nosotros cuando descubrimos que no era una tendencia lineal ".

Newman-Stonebraker, un estudiante graduado de quinto año en el Doyle Lab, dijo que probablemente hay dos formas en que los químicos querrán hacer uso del nuevo flujo de trabajo.

"Para los químicos que utilizan modelos basados ​​en datos para facilitar el desarrollo y la optimización de reacciones, la capacidad de organizar grandes cantidades de datos en 'bins' basados ​​en distintos resultados mecánicos puede permitir que los modelos posteriores sean más simples e informativos, ", dijo." Y para los químicos interesados ​​en la química organometálica mecanicista, el flujo de trabajo puede ayudar a descubrir patrones de reactividad ocultos en los datos, proporcionando una hoja de ruta para el estudio específico de las relaciones estructura-reactividad del ligando ".