Le fosfine sono tra i più importanti ligandi per la catalisi dei metalli di transizione. Le fosfine si legano a un metallo e ne modificano la struttura, reattività, e selettività. Molte delle reazioni catalitiche più praticate nell'industria chimica farmaceutica/di base utilizzano fosfine come leganti, come l'accoppiamento incrociato. In questi e in molti altri casi, piccole modifiche alla struttura della fosfina spesso hanno impatti significativi sulla struttura e sulla reattività del catalizzatore.

Utilizzando un inventario di fosfine nella libreria chimica virtuale "Kraken" recentemente rilasciata, Matt Sigman dell'Università dello Utah, Abigail Doyle dell'UCLA ei suoi colleghi hanno esplorato diverse possibili caratteristiche che descrivono la struttura della fosfina per prevederne la reattività. Molte delle caratteristiche precedentemente riportate si sono rivelate incoerenti, suggerendo la possibilità di un altro processo sconosciuto che controlla la reattività.

Una caratteristica è emersa come il miglior predittore: %V _bur (minimo) o la percentuale minima di volume interrato; questa caratteristica descrive la forma più piccola di un ligando che è energeticamente accessibile misurata da quanto di quel ligando si infila in una sfera di 3,5 Angstrom centrata su un atomo di metallo. Non è intuitivo. Ma funziona, classificare le strutture della fosfina come attive o inattive in molti set di dati sperimentali.

La combinazione di intuizione del meccanismo e potere predittivo farà progredire la chimica organometallica e la catalisi, dicono i ricercatori. Ciò è facilitato dalla facilità di calcolo %V _bur (minimo) e prevedere se il travaglio, vale la pena fare un processo dispendioso in termini di risorse e tempo per preparare una nuova fosfina.

Alcune delle fosfine nello studio sono, sì, prende il nome dai dinosauri. Quando Kevin Wu, poi uno studente laureato in chimica all'Università di Princeton nel laboratorio di Abigail Doyle, sviluppato una serie di fosfine, non era a suo agio nel nominarli come se stesso. Anziché, su suggerimento di un altro studente, il laboratorio Doyle ha iniziato a chiamarli come i dinosauri. Con l'aiuto del figlio di sei anni di Doyle, il team ha marchiato la nuova famiglia "DinoPhos" con nomi come "TyrannoPhos" e "TriceraPhos".

Il team sta usando %V _bur (min) metrica per progettare una nuova fosfina. Il suo nome? PteroFos, Certo.

"La grande scoperta è che questa discontinuità, questa scogliera di reattività, è sulla base della percentuale minima di volume interrato, %Vbur(min), dei leganti, " ha detto la studentessa laureata al Doyle Lab Julia Borowski. "Questa è una caratteristica derivata dal calcolo di un ligando fosfina che ti dice qualcosa su quanta massa sterica il ligando ha vicino al metallo a cui si lega. Così, un ligando che ha un'alta %Vbur(min) avrà molta massa sterica attorno al metallo e renderà più difficile attaccarne due.

"E quello che troviamo è che c'è un limite rigoroso in cui solo i ligandi al di sotto di un dato valore di questo parametro possono legare due ligandi. Le fosfine che hanno valori di questo parametro al di sopra di quel valore possono legarne solo uno. È stato molto sorprendente per noi quando abbiamo scoperto che non era una tendenza lineare."

Newman-Stonebraker, uno studente del quinto anno del Doyle Lab, ha detto che probabilmente ci sono due modi in cui i chimici vorranno utilizzare il nuovo flusso di lavoro.

"Per i chimici che utilizzano la modellazione basata sui dati per facilitare lo sviluppo e l'ottimizzazione delle reazioni, la capacità di organizzare grandi quantità di dati in "contenitori" basati su esiti meccanicistici distinti può consentire ai modelli successivi di essere più semplici e più informativi, " disse. "E per i chimici interessati alla chimica organometallica meccanicistica, il flusso di lavoro può aiutare a scoprire modelli di reattività nascosti nei dati, fornendo una tabella di marcia per lo studio mirato delle relazioni struttura-reattività del ligando".