Первое, на что нужно обратить внимание, - это то, известна ли уже катализируемая реакция-если да, то вы можете просто использовать этот катализатор. Если точная реакция, как известно, не работает с конкретным катализатором (например, перекрестная связь, для которой в литературе нет примера), то вы попробуете катализаторы, которые работают для очень похожих реакций.
Теперь мы вступаем на более неопределенную территорию. Если ваша реакция известна, но никто не разработал каталитическую версию для этой реакции или что-то подобное, тогда вам нужно начать думать о самом катализе. Чего вы хотите достичь в первую очередь? Катализ обеспечивает ускорение скорости, приводящее к снижению температуры реакции и/или сокращению времени реакции за счет снижения энергии активации реакции и обеспечения альтернативных путей реакции. Это означает, что вы можете активировать в противном случае нереактивные функциональные группы для образования "трудных" связей, вы можете изменить нормальные паттерны реактивности, чтобы получить доступ к необычным продуктам, и вы можете достичь высокой хемо -, регио-и стереоселективности. Вы можете захотеть достичь всего или части этого в своей конкретной реакции.
Как только вы выясните, какой тип катализа вам нужен, вы можете начать представлять режимы реакционной способности, которые помогли бы этого достичь. Допустим, ваша конкретная реакция включает образование новой связи, и вы хотите сделать это асимметрично, чтобы получить доступ к энантиомерно обогащенным продуктам. Если это так, то вы, вероятно, посмотрите на хиральные катализаторы. Если реакция протекает путем депротонирования, то вы можете обратить внимание на хиральные основания или кислоты. Вы, вероятно, посмотрели бы на некатализированную реакцию, чтобы увидеть, можно ли заменить один или несколько реагентов катализатором или можно ли изменить его структуру, чтобы превратить в катализатор. Для этого вам нужно будет понять, как перевернуть катализатор - например, требуется ли изменение состояния/уровня окисления?
Как только у вас появится идея, вам нужно ее проверить. Это почти всегда приведет к некоторым сбоям, поэтому вам придется продолжать модифицировать каталитическую систему, пока она не заработает хорошо. Возможно, вам придется полностью перейти на другой режим катализа. Рациональный дизайн может помочь вам только до тех пор, пока эмпирические данные (часто методом проб и ошибок) не направят ваши исследования.
Как вы можете видеть, поиск новых катализаторов - это не тривиальный бизнес-люди тратят на это всю свою докторскую степень или даже большую часть своей исследовательской карьеры.