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Organocatalytic Coordination Microenvironment Design

Description du projet

Exploiter les interactions entre les catalyseurs et leur environnement pour ajuster leur sélectivité

La capacité de la nature à produire une multitude de réactions chimiques avec des moyens limités est remarquable. Les enzymes y parviennent en s’appuyant sur leur environnement plutôt qu’en modifiant leur structure centrale. À l’inverse, l’organocatalyse s’est principalement concentrée sur la modification de la structure des catalyseurs, tout en ajustant les conditions de réaction pour compenser. Le projet CATACOM, financé par le CER, accordera une place accrue aux interactions dynamiques entre les catalyseurs et leur microenvironnement. Les chercheurs exploiteront des méthodes avancées d’apprentissage profond et d’organocatalyse expérimentale afin de mettre au jour les principes qui sous-tendent ces interactions. Une meilleure compréhension de ces dynamiques moléculaires permettra aux chercheurs d’améliorer l’efficacité et la sélectivité des organocatalyseurs.

Objectif

An overlooked aspect in organocatalyst design relates to nature’s ability to produce a multitude of biochemical products using only a limited number of mechanisms and building blocks. Rather than relying on structural modifications of the catalytically active unit, enzymatic structures primarily vary throughout the coordination microenvironment in which the active unit is embedded. This evolutionary structural principle boosts the number of compounds and reactions that can be efficiently realized by a catalytically active structural motif. In contrast, organocatalysis research has predominantly been focused on systematically modifying catalyst structures while relying on optimization of reaction conditions to provide a suitable microenvironment. Inspired by the breadth of reactions catalyzed by non-metal dependent enzymes, CATACOM aims to boost the efficiency of organocatalysts across a broad chemical space by the a-priori design of directed interactions with their microenvironment. This interdisciplinary research proposal has a computational and experimental component focused on: (1) unravelling the molecular design principles that govern dynamic and non-covalent interactions in organocatalysis using advanced deep learning techniques, (2) showcasing the value of our approach by studying organocatalytic reactions that present ongoing challenges in both efficiency and selectivity. Akin to the remarkable understanding being generated for enzymatic microenvironments, we will construct a representation of the three-dimensional structure formed through the interactions between organocatalytic reaction components by leveraging data on chemical interactions enshrouded in large structural databases. This structural understanding will revolutionize the design of organocatalytic systems by providing strong predictive power and will garner fundamental insight on dynamic and non-covalent interactions with implication across the chemical sciences.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2025-COG

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Institution d’accueil

BEN-GURION UNIVERSITY OF THE NEGEV
Contribution nette de l'UE
€ 2 999 998,00
Coût total
€ 2 999 998,00

Bénéficiaires (1)