La structure 3D de l'image paysage (en haut à gauche) peut être comparée à l'image 3D du catalyseur (en haut à droite). De la même manière, la carte géographique (en bas à gauche) peut être comparée à la carte stérique (en bas à droite), où le terrain accidenté des montagnes est similaire aux zones rouges encombrées sur la carte stérique. Crédit :Laura Falivene
De nombreux processus chimiques dépendent de catalyseurs pour faciliter des réactions qui, autrement, se dérouleraient très lentement, ou pas du tout. Un procédé innovant de représentation visuelle de la structure des catalyseurs par conception assistée par ordinateur, développé chez KAUST, aide les chercheurs à construire de meilleurs catalyseurs.
Le logiciel génère des cartes topographiques stériques et a été développé par le groupe de recherche de Luigi Cavallo au KAUST Catalysis Research Center. Le code source requis est désormais disponible gratuitement en ligne.
Des scientifiques de 65 pays ont déjà utilisé l'application web interfacée, rapporte la boursière postdoctorale Laura Falivene, et ils font souvent appel aux chercheurs de la KAUST pour plus d'informations. L'équipe vient de publier un article en perspective expliquant en détail la création et l'utilisation des cartes topographiques stériques.
"Le pouvoir de la visualisation est d'une grande valeur en chimie où l'on passe beaucoup de temps à imaginer des choses que nous ne pouvons pas voir, " dit Falivene.
Chaque carte utilise un code couleur pour transmettre la géométrie tridimensionnelle des groupes chimiques formant le cœur fonctionnel d'un catalyseur, connue sous le nom de poche catalytique (voir images). Les données pour construire une carte peuvent provenir de plusieurs techniques, tels que la cristallographie aux rayons X et les calculs de mécanique quantique, qui indiquent l'identité et la position de chaque atome dans la poche catalytique.
Cela aide les chercheurs à mieux comprendre comment fonctionnent les catalyseurs connus, tout en guidant l'exploration des modifications chimiques qui pourraient ajuster les structures pour fabriquer de meilleurs catalyseurs.
"Nous construisons un pont important entre les approches expérimentales et computationnelles, " explique Falivene. Elle ajoute que la popularité croissante des cartes topographiques stériques aide d'autres chimistes à apprécier l'importance du travail effectué par des chimistes théoriciens comme elle.
"L'utilisation des cartes explique l'importance de combiner les approches expérimentales et théoriques mieux que mes mots n'ont pu le faire, " observe-t-elle. " Ils peuvent être utilisés avec n'importe quelle classe de catalyseurs, de la réactivité favorisée par de simples molécules organiques, à celui favorisé par les complexes de métaux de transition, et les grosses métalloenzymes, où un métal est hébergé à l'intérieur d'une protéine. » Les métalloenzymes catalysent certaines des réactions les plus cruciales de la vie.
Les travaux de KAUST continuent d'améliorer la méthode, notamment en développant des approches d'apprentissage automatique pour examiner rapidement le potentiel de nouveaux catalyseurs possibles.
"Cet article de perspective est important car il énonce officiellement la validité et la valeur du sujet, " dit Falivene. Elle le décrit comme un nouveau point de départ qui rassemble les premiers, réalisations moins formelles pour promouvoir une utilisation plus large et un développement plus poussé des cartes.
