Generation and virtual screening of an organocatalyst database

Abstract

Organokataliz asimetrik sentezlerde nispeten yeni fakat yaygın olarak kabul gören biralandır. Organokatalitik stratejiler, sürdürülebilir kalkınma için endüstride umut vericiçözümler olarak ortaya çıkmıştır, çünkü organokatalizörler düşük maliyetlidir, hafifreaksiyon koşulları altında yüksek seçicilik sağlarlarlar ve çevreye daha az atık üretirler.Organokataliz ile ilgili yayınların sayısı son on yılda nefes kesici bir şekilde artmıştır.Organokatalizlerin çeşitliliği ve sayısı arttıkça, bu sayıda bilgiyi etkili bir şekilde yönetmekve verilerin erişilebilirliğini arttırmak için bir veritabanına ihtiyaç duyulmaktadır. Bunedenle, bu proje organokatalizörlerin fiziksel ve kimyasal özelliklerini, ticarikullanılabilirliklerini, sentetik yollarını, katalize ettikleri reaksiyonları ve üç boyutlu (3D)konformasyonel kütüphanelerini içeren bir organokatalizör veritabanı oluşturmasını ve buveritabanını tarayarak hedef reaksiyonlar için potansiyel organokatalizör adaylarınıbelirlenmesini amaçlamaktadır.Başlangıç olarak yapılarında farklı fonksiyonel gruplar taşıyan toplam 55 kinkona alkaloiddikkate alınmış ve bunların özellikleri, piyasadaki kullanılabilirlikleri, katalitik ve sentezreaksiyonları, üretilen organokataliz veritabanına kaydedilmiştir. Veritabanı, oksindol ilenitrosobenzen ve dimetil malonat ile nitrostiren reaksiyonları için kuantum mekanik olarakoptimize edilmiş aktif bölge modellerinden elde edilen katalitik atom haritaları kullanılaraksanal olarak taranmıştır. Eşleşen moleküller, hedef reaksiyon için potansiyelorganokatalizler olarak önerilmiştir. Organokatalizör veritabanının hesaplamalı taramasıstratejisi, çok sayıda organokataliz türevinin külfetli sentezi ve faaliyetlerinin test edilmesiyerine, deneysel testlerden önce, olası katalitik yapıların uygun maliyetli bir şekildebelirlenmesine ve mevcut tüm bilgilere kolaylıkla erişilmesini sağlayacaktır.

Organocatalysis is a relatively new, yet widely accepted field in asymmetric synthesis.Organocatalytic strategies have emerged as promising solutions in industry for sustainabledevelopment because organocatalysts have low cost, they provide high selectivity undermild reaction conditions, and they produce less waste making them environmentallyfriendly.The number of publications on organocatalysis has dramatically increased over the pastdecade. As the variety and quantity of organocatalysts increases, so does the need for adatabase to effectively manage this quantity of information and increase the accessibility ofdata. Thus, this project aims to generate a database including the physical and chemicalproperties of organocatalysts, their commercial availabilities, their synthetic routes,reactions they catalyzed and their three-dimensional conformational libraries and to screenthis database to determine potential organocatalyst candidates for the target reactions.A total of 55 cinchona alkaloids bearing different functional groups in their structure wereinitially considered and their properties, availabilities in market, as well as their catalyticand synthesis reactions were recorded in the generated organocatalyst database. Thedatabase was virtually screened using catalytic atom maps obtained from quantummechanically optimized active site models for the reactions of oxindole withnitrosobenzene and dimethyl malonate with nitrostyrene. The matching molecules weresuggested as potential organocatalysts for the target reaction. The organocatalyst databaseand the computational screening strategy described in this thesis will enable cost effectivedetermination of structures with high catalytic potential and easy access to all availableinformation prior to experimental testing rather than the burdensome synthesis ofnumerous organocatalyst derivatives and testing of their activities.