化学反应网络的系统构建：基于集成式温度采样驱动的自动化纳米反应器方法

《Journal of Chemical Theory and Computation》：Systematic Construction of Chemical Reaction Networks: An Automated Nanoreactor Approach Powered by Integrated Tempering Sampling

　　

摘要

如何从给定的反应物系统地构建复杂的反应网络，仍是计算化学领域中的一个重要挑战。为了解决这一问题，我们提出了一种完全自动化且具有广泛适用性的工作流程，该流程以纳米反应器框架中的集成温度采样技术为核心。该方案结合了无需集体变量的增强采样方法用于反应空间的探索、隐马尔可夫模型用于反应事件的识别，以及高级量子化学计算用于反应机理的优化，从而能够在无需任何先验机理信息的情况下自动发现并验证反应路径。以甲醛-氨和HCN-水混合物作为案例研究，该方法成功构建了庞大的反应网络。特别是在HCN-水系统中，生成的反应网络中包含了与生命起源相关的杂环化合物以及类似肽的分子。这一方法为系统地发现反应网络提供了一种高效且应用范围广泛的途径，使得研究方式从基于假设的反应机理验证转变为对未知化学空间的自动探索。