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在传统化学研究中,合成反应通常是在先验经验或理论指导下选几个条件(如浓度、温度、反应时间)进行试验。科学家长期致力于理解:当你改变这些参数,反应的产率如何变化?有无意想不到的副产物?主产物是否可能切换?这些问题对应的本质,是理解化学反应在一个高维参数空间中的走向。

, authors=null, authorsList=null, authorCompany=null, correspAuthors=null, authorNote=null, correspAuthorsNote=null, copyrightStatement=All rights reserved. Unauthorized reproduction is prohibited., copyrightOwner=null, extLink=null, articleAbsUrl=null, sourceXml=null, magXml=null, pdfUrl=null, pdf=null, pdfFileSize=null, pdfExtLink=null, richHtmlUrl=null, mobilePdfUrl=null, reviewReport=null, pdfFirstPage=null, abstractGraph=null, abstractGraphContent=null, abstractVideo=null, citation=null, cebUrl=null, magXmlContent=null, mapNumber=null, fund=null), CN=ArticleExt(id=1208362391910331386, articleId=1208362388928181125, tenantId=1146029695717560320, journalId=1146031591421210625, language=CN, title=机器人化探索揭开化学反应的“高维地图”, columnId=1157710593177338394, journalTitle=科技导报, columnName=科技新闻, runingTitle=null, highlight=null, articleAbstract=

在传统化学研究中,合成反应通常是在先验经验或理论指导下选几个条件(如浓度、温度、反应时间)进行试验。科学家长期致力于理解:当你改变这些参数,反应的产率如何变化?有无意想不到的副产物?主产物是否可能切换?这些问题对应的本质,是理解化学反应在一个高维参数空间中的走向。

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(图片来源:《Nature》)

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机器人化探索揭开化学反应的“高维地图”
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科技导报 | 科技新闻 2025,43(19): 10-10
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机器人化探索揭开化学反应的“高维地图”
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    出版时间: 2025-10-13
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    在传统化学研究中,合成反应通常是在先验经验或理论指导下选几个条件(如浓度、温度、反应时间)进行试验。科学家长期致力于理解:当你改变这些参数,反应的产率如何变化?有无意想不到的副产物?主产物是否可能切换?这些问题对应的本质,是理解化学反应在一个高维参数空间中的走向。

    在传统化学研究中,合成反应通常是在先验经验或理论指导下选几个条件(如浓度、温度、反应时间)进行试验。科学家长期致力于理解:当你改变这些参数,反应的产率如何变化?有无意想不到的副产物?主产物是否可能切换?这些问题对应的本质,是理解化学反应在一个高维参数空间中的走向。

    . 机器人化探索揭开化学反应的“高维地图”. 科技导报, 2025 , 43 (19) : 10 -10 .
    . Science & Technology Review, 2025 , 43 (19) : 10 -10 .
    在传统化学研究中,合成反应通常是在先验经验或理论指导下选几个条件(如浓度、温度、反应时间)进行试验。科学家长期致力于理解:当你改变这些参数,反应的产率如何变化?有无意想不到的副产物?主产物是否可能切换?这些问题对应的本质,是理解化学反应在一个高维参数空间中的走向。
    但现实中,高维空间太大,人力难以遍历,仪器成本高昂,测定产物往往需要耗时较长的色谱/质谱/核磁共振等分析手段。2025年9月24日,韩国蔚山基础科学研究所称用自建机器人系统在数千个实验条件下系统扫描化学反应的“参数空间”,成功重建出反应网络结构、揭示隐藏的反应路径,并发现可切换不同主产物的条件区域。相关研究成果发表于《Nature》。
    该平台每日可自动完成上千个小体积反应,通过对底物、中间体和产物的紫外-可见光谱进行标定,将混合体系的光谱信号分解为各成分的线性组合,以极低成本快速估算各组分浓度。研究人员系统地对多种典型反应(如E1消除反应、SN1亲核替代反应、多组分Ugi反应、经典Hantzsch合成等)在数千甚至上万点条件下进行扫描与分析,得出许多新的洞见。
    平滑产率分布。对多数反应来说,当只改变连续变量(浓度、温度等)时,某一种产物的产率分布在参数空间中变化通常是“缓慢平滑”的,不会出现极其剧烈的突变。从数学上还证明,在一些常见动力学假设下,这种缓慢变化是一种普遍性质。
    隐藏异常/新产物的发现。在某些窄小条件区域内,研究人员探测到异常现象,出现了在经典机制里未曾预见的副产物或化学中间体。例如,在某种SN1体系中,作者在低HBr浓度条件下探测到碳正离子二聚产物(在普通条件下几乎没法观察到)作为异常产物出现。
    主产物“切换”现象。在更复杂的反应(如Hantzsch合成)中,研究人员观察到一个有趣现象:当你在参数空间里走到不同的角落(不同浓度组合、不同温度等),主产物可以“切换”,某一条件下A是主产物,另一个条件下B是主产物。这意味着,通过调整条件,一个反应体系可以被“重编程”为不同主要产物的合成工厂。
    这项工作展示了将自动化实验、光谱学与数学建模结合来系统解析反应空间的可行性,为有机合成从“经验式优化”迈向“全空间勘测”提供了新技术路径。未来结合在线反馈控制与机器学习模型,有望实现反应体系的自适应探索与快速路径设计,加速新反应与新合成路线的发现。
    (来源:《Nature》)

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    2025年第43卷第19期
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    • 首发时间:2025-12-18
    • 出版时间:2025-10-13
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    Percentage of
    total species (%)

    Genus
    种数
    Number of
    species
    占总种数比例
    Percentage of total
    species (%)
    鹅膏菌科Amanitaceae 2 11 5.26 鹅膏菌属 Amanita 10 4.78
    小菇科 Mycenaceae 2 12 5.74 丝盖伞属 Inocybe 5 2.39
    多孔菌科 Polyporaceae 8 14 6.70 蜡蘑属 Laccaria 5 2.39
    红菇科 Russulaceae 3 23 11.00 小皮伞属 Marasmius 6 2.87
    小菇属 Mycena 11 5.26
    光柄菇属 Pluteus 5 2.39
    红菇属 Russula 17 8.13
    栓菌属 Trametes 5 2.39
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