机器人“扫雷”化学多维空间:从一锅乱炖里捞出隐藏反应网络

作者: aeks | 发布时间: 2025-10-04 22:32 | 更新时间: 2025-10-04 22:32

学科分类: 化学 控制科学与工程 自动化技术 计算机科学与技术

用机器人绘制化学反应的复杂路径和网络
用机器人绘制化学反应的复杂路径和网络

正文
实验室里,我穿着白大褂,左手拿移液枪,右手举着刚出炉的“焦耳港式”奶茶,对着电脑屏幕上的彩虹图狂笑——那不是游戏通关,而是我们组用25k美元DIY的机器人,在一周内跑了9000+反应,把经典反应的多维“藏宝图”一次性画完!

1️⃣ 为什么我们要“扫雷”?
传统做反应像盲人摸象:调温度、浓度、溶剂,每次只能摸一小块。人类极限≈几十个点,机器人直接开全图。但瓶颈是“后处理”:HPLC/NMR太贵太慢。于是我们让UV-Vis当主角,配一套“光谱拆盲盒”算法,8秒一张谱,成本只要几分钱。

2️⃣ 拆盲盒怎么玩?
• 先把所有反应液混成一锅“大乱炖”,一次HPLC就提纯出所有可能出现的产物,建立“光谱指纹库”。
• 再把每张小试管的UV-Vis谱丢进算法,自动匹配指纹库,瞬间算出主产物+副产物产率。
• 误差<5%,跟传统方法R²=0.96,省钱省到飞起。

3️⃣ 扫到了什么宝藏?
• E1/SN1:看似平平无奇的浓度-温度曲面,居然能完美拟合动力学参数,顺手算出ΔH、ΔS。
• SN1“彩蛋”:低HBr区域突然冒出一个粉色卡宾二聚体,浓度只有1 nM,却是150年来首次在常温水中抓到它。
• 四组分Ugi:在四维空间里挖出两个产率孤岛,原来只是平衡漂移,没有传说中的第二条机制。
• 150岁的Hantzsch:被我们扒出9个新中间体,像拼乐高一样拼出完整网络,还能用浓度“遥控器”切出三种>60%产率的主产物,教科书直接改写。
• 五维PBA催化剂:把Mn/Fe/Co/Ni/Cu五种金属玩成魔方,756种组合里筛出5个“天选配方”,顺带发现4个从未报道的副产物。

4️⃣ 彩蛋时间
我把产率分布做成3D打印模型,拿在手里像捏一颗“化学星球”。师弟问:“能当骰子吗?”我塞给他一颗糖:“吃糖,开脑洞!”

5️⃣ 一句话总结
用机器人+光谱算法,我们把“反应条件宇宙”从黑夜摸索变成高清卫星图,省下的经费全组去吃了顿烤肉。下一步?上固体投料、无氧手套箱,把更多“黑箱反应”拖进光明!

(论文指路:Nature 2025, DOI: 10.1038/s41586-025-09490-1)

DOI: 10.1038/s41586-025-09490-1

标签: 光谱解混 化学反应超空间 机器人平台