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Organocatalytic Coordination Microenvironment Design

Descrizione del progetto

Sfruttare le interazioni tra catalizzatore e ambiente per regolare la selettività del catalizzatore

La capacità della natura di generare una moltitudine di reazioni chimiche con mezzi limitati è davvero straordinaria. Gli enzimi riescono a farlo attingendo all’ambiente circostante, anziché modificare le loro strutture fondamentali. Al contrario, l’organocatalisi ha concentrato l’attenzione prevalentemente sulla modifica delle strutture dei catalizzatori, adeguando al contempo le condizioni di reazione per compensare tali modifiche. Il progetto CATACOM, finanziato dal CER, punterà l’attenzione sulle interazioni dinamiche tra i catalizzatori e i loro microambienti. L’équipe di ricerca si avvarrà di tecniche avanzate di deep learning e di metodi organocatalitici sperimentali per svelare i principi alla base di queste interazioni. Comprendere meglio queste dinamiche molecolari consentirà alla ricerca di migliorare l’efficienza e la selettività degli organocatalizzatori.

Obiettivo

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.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) ERC-2025-COG

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Istituzione ospitante

BEN-GURION UNIVERSITY OF THE NEGEV
Contributo netto dell'UE
€ 2 999 998,00
Costo totale
€ 2 999 998,00

Beneficiari (1)