Practical Data-Driven Interrogation of Reactivity in Acid-Catalyzed Carbonyl–Olefin Metathesis with Machine Learning and Large Language Models
Notice bibliographique
Résumé
Carbonyl–olefin metathesis (COM) has emerged as a powerful yet mechanistically complex transformation for forging carbon–carbon bonds. Although diverse Brønsted and Lewis acid catalysts enable COM reactivity, predicting which catalyst will be effective for a given substrate remains challenging. Likewise, machine learning (ML) and large language models (LLMs) are emerging tools for planning experiments in organic synthesis, but their relative strengths in mechanistically rich catalytic systems like COM remain unclear. Here we address both challenges through a practical ML framework that combines a rigorously curated, blinded dataset of 147 COM reactions—spanning structurally diverse substrates and Brønsted, Lewis, and superelectrophilic ion-pair catalysts—with tiered predictive models to guide catalyst and substrate selection. A Morgan-fingerprint baseline captures substantial yield variation, demonstrating that structure-only representations provide rapid initial screening. Physically informed models based on quantum-derived descriptors of independent catalyst and substrate structures achieve higher accuracy (R² ≈ 0.92) and maintain performance on external substrates, while feature-importance and SHAP analyses reveal catalyst HOMO energy, dimerization propensity, and substrate carbonyl polarization as dominant determinants of reactivity. Reactivity-cliff analysis distinguishes smoothly interpolating catalysts such as FeCl₃ and ZnCl₂ from cliff-rich ion-pair systems, identifying regions where predictions are intrinsically unreliable and targeted experiments are most informative. Variance-guided Bayesian optimization recovers most full-model performance using only ~40% of the reaction matrix, while a parallel GPT-4–driven, code-free acquisition protocol surpasses expert selection and substantially outperforms random sampling. Together, these results provide a mechanistically interpretable, data-efficient blueprint for COM catalyst discovery and demonstrate how uncertainty-aware ML and LLMs can augment human intuition in complex catalytic systems.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,004 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».