Grant/Projek zakończony
Wyznaczanie deskryptorów opisujących reaktywność związków organicznych na podstawie obliczeń kwantowochemicznych
Identyfikator grantu: PT00565
Kierownik projektu: Rafał Roszak
Instytut Chemii Organicznej PAN
Warszawa
Data otwarcia: 2016-12-21
Data zakończenia: 2022-02-02
Streszczenie projektu
Grupa prof. Grzybowskiego zajmuje się kompleksową syntezą organiczną, poczynając od analizy retrosyntetycznej ze szczególnym uwzględnieniem metod wspomaganych komputerowo (por. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 5904-5937), kończąc na wykonywaniu zaprojektowanych syntez w laboratorium. W przypadku otrzymywania skomplikowanych związków wymagających wieloetapowej syntezy na etapie analizy i wyboru najlepszej ścieżki reakcji konieczna jest możliwość oceny wydajności i selektywności poszczególnych kroków syntezy. Ocena taka może być wykonana na podstawie studiów literaturowych, wykorzystując dostępne bazy danych (np baza patentów czy bazy reakcji chemicznych takie jak Reaxys). Podejście takie jest jednak często niewystarczające - dostępne w literaturze dane pokazują tylko udane przykłady i nie wspominają o zakresie stosowania danej reakcji (np. wpływ podstawników które zmieniają strukturę przestrzenną i/lub elektronową).
Prowadzone badania mają za zadanie ustalenie granic możliwości stosowania reakcji opisanych w literaturze, możliwości ich zastosowania w nowych syntezach, a także jakościowej oceny trudności reakcji (tj. oceny, które z możliwych reakcji są "łatwe" do wykonania w laboratorium). Celem projektu jest przede wszystkim stworzenie ilościowej miary zawady sterycznej, która będzie mogła być wykorzystana w automatycznej analizie retrosyntetycznej. Oprócz tego prowadzone będą badania dążyć do opracowania przybliżonych metod błyskawicznego wyznaczania parametrów, mających swoje źródło w strukturze elektronowej, istotnych dla reaktywności związków organicznych (np. kwasowość, nukleofilowość czy elektrofilowość).
Badania prowadzone będą głównie z wykorzystaniem metod opartych na teorii funkcjonałów gęstości elektronowej (DFT) - do obliczeń wykorzystywany będzie głównie pakiet Gaussian. Specyfika rozwijanego zagadnienia wymaga każdorazowego uwzględnienia dużej ilości wariantów strukturalnych (podstawników, izomerów) oraz wpływu konformacji z tego względu prowadzone obliczenia będą składały się z bardzo dużej ilości stosunkowo niewielkich zadań obliczeniowych.
Prowadzone badania mają za zadanie ustalenie granic możliwości stosowania reakcji opisanych w literaturze, możliwości ich zastosowania w nowych syntezach, a także jakościowej oceny trudności reakcji (tj. oceny, które z możliwych reakcji są "łatwe" do wykonania w laboratorium). Celem projektu jest przede wszystkim stworzenie ilościowej miary zawady sterycznej, która będzie mogła być wykorzystana w automatycznej analizie retrosyntetycznej. Oprócz tego prowadzone będą badania dążyć do opracowania przybliżonych metod błyskawicznego wyznaczania parametrów, mających swoje źródło w strukturze elektronowej, istotnych dla reaktywności związków organicznych (np. kwasowość, nukleofilowość czy elektrofilowość).
Badania prowadzone będą głównie z wykorzystaniem metod opartych na teorii funkcjonałów gęstości elektronowej (DFT) - do obliczeń wykorzystywany będzie głównie pakiet Gaussian. Specyfika rozwijanego zagadnienia wymaga każdorazowego uwzględnienia dużej ilości wariantów strukturalnych (podstawników, izomerów) oraz wpływu konformacji z tego względu prowadzone obliczenia będą składały się z bardzo dużej ilości stosunkowo niewielkich zadań obliczeniowych.
Publikacje
- R. Roszak, W. Beker, K. Molga, B.A. Grzybowski, Rapid and Accurate Prediction of pKa Values of C-H Acids Using Graph Convolutional Neural Networks, Journal of the American Chemical Society 141, (2019) 17142-17149