KI SpotlightNewsRoboter und KI entdecken unbekannten Reaktionsweg in 135 Jahre alter Biginelli-Reaktion
Ein Team am IBS kartierte 960 Reaktionsbedingungen und stieß auf eine Pseudo-Sieben-Komponenten-Transformation mit ungewöhnlichen supramolekularen Eigenschaften.
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◆ Fakten auf einen Blick
- Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Synthesis veröffentlicht.
- Das Forschungsteam wurde von Bartosz A. Grzybowski geleitet, der das Center for Algorithmic and Robotized Synthesis (bzw. Center for Artificial Intelligence and Robotics in Chemical Synthesis) am Institute for Basic Science (IBS) leitet.
- Die Biginelli-Reaktion wurde erstmals 1891 von Pietro Biginelli beschrieben und ist eine Multikomponenten-Reaktion zur Synthese von Dihydropyrimidinonen.
- Die Roboterplattform untersuchte 960 verschiedene Reaktionsbedingungen.
- Dabei wurde ein zuvor unbekannter Reaktionsweg entdeckt, der als Pseudo-Sieben-Komponenten-Transformation beschrieben wird und zu komplexen bicyclischen Strukturen führt.
- Die neu entdeckten Verbindungen zeigen ungewöhnliche supramolekulare Eigenschaften, darunter Selbstassemblierung, die sich mit Konzentration und Temperatur ändert.
Roboter und KI entdecken unbekannten Reaktionsweg in 135 Jahre alter Biginelli-Reaktion
Ein Team um Bartosz A. Grzybowski am Institute for Basic Science (IBS) hat mit einer Roboterplattform 960 verschiedene Reaktionsbedingungen der Biginelli-Reaktion getestet und dabei einen zuvor unbekannten Reaktionsweg entdeckt. Die Ergebnisse wurden in diesem Jahr in der Fachzeitschrift Nature Synthesis veröffentlicht. Die Biginelli-Reaktion wurde erstmals 1891 beschrieben und gilt als klassische Multikomponenten-Reaktion zur Synthese von Dihydropyrimidinonen. Anders als übliche Optimierungsstudien, die auf ein bekanntes Produkt abzielen, kartierte das Team systematisch den gesamten Reaktionsraum. Dabei trat ein neuer Zweig zutage, der zu komplexen bicyclischen Strukturen führt. Die mechanistische Analyse, unterstützt durch chemische KI, zeigte, dass dieser Weg als Pseudo-Sieben-Komponenten-Transformation abläuft: Sieben Ausgangsmoleküle fügen sich zu einem bicyclischen Gerüst zusammen. Auf Basis des rekonstruierten Reaktionsnetzwerks wurden weitere verwandte Verbindungen synthetisiert. Die Arbeiten unter Leitung von Grzybowski am IBS belegen, dass selbst in lange untersuchten Reaktionen unentdeckte Reaktivität schlummern kann.
Pseudo-Sieben-Komponenten-Transformation und ungewöhnliche supramolekulare Eigenschaften
Der neu entdeckte Reaktionsweg wird als Pseudo-Sieben-Komponenten-Transformation beschrieben. Dabei reagieren sieben Ausgangsmoleküle zu einem bicyclischen Produkt, das sich strukturell deutlich von den klassischen Dihydropyrimidinonen der Biginelli-Reaktion unterscheidet. Die so zugänglichen Verbindungen zeigen ungewöhnliche supramolekulare Eigenschaften: Sie bilden Selbstassemblierungsmuster, die sich mit der Konzentration und der Temperatur verändern. Die Forscher betonen, dass die Entdeckung nicht durch gezielte Optimierung eines bekannten Produkts gelang, sondern durch die breite Kartierung des Reaktions-Hyperspace. Erst die Kombination aus Roboterplattform und chemischer KI machte es möglich, den zuvor verborgenen Zweig zu identifizieren und mechanistisch zu charakterisieren.
Robowski: Die Roboterplattform mit 1.000 Experimenten pro Tag
Für die Experimente nutzte das Team die selbstentwickelte KI-Roboterplattform Robowski. Nach Angaben des IBS kann das System bis zu 1.000 chemische Experimente pro Tag durchführen und analysieren. Die Plattform arbeitet am Institute for Basic Science, wo Grzybowski forscht. Robowski führte die 960 Reaktionsbedingungen der Biginelli-Reaktion aus und wertete die Ergebnisse automatisiert aus. Die Kombination aus Robotik und chemischer KI erlaubte es, den gesamten Reaktionsraum systematisch zu durchmustern, statt nur einzelne Bedingungen zu testen. Damit zeigt das Projekt, wie Automatisierung die Entdeckung neuer Reaktionswege beschleunigen kann.
