自律化学実験室が目的に応じて生成物を切り替えられる触媒を発見(Self-Driving Chemistry Lab Discovers Catalysts That Can Switch Products on Demand)

2026-06-23 ノースカロライナ州立大学(NC State)

North Carolina State Universityの研究チームは、AI・ロボット・高圧反応装置・自動分析を統合した自律型化学実験システム「Flex-Cat」を開発し、触媒探索と反応条件最適化を自動で実行できることを実証した。Flex-Catは触媒の調製、反応実施、生成物分析、次の実験条件の決定までを自律的に繰り返す「自己駆動型ラボ」であり、触媒組成と温度・圧力・濃度などの反応条件を同時に最適化する。実証では、工業的に重要なヒドロホルミル化反応を対象に680件の実験を実施し、16種類のリン系配位子を評価した。その結果、分岐型アルデヒドまたは直鎖型アルデヒドの選択的生成に加え、反応条件を変更することで生成物を切り替えられる「プログラム可能な触媒」の発見にも成功した。従来は研究者の経験に大きく依存していた触媒開発を、AIによる学習と自律実験によって高速化・高効率化できることを示し、化学品、医薬品、プラスチック、燃料など幅広い分野での触媒開発の加速が期待される。

自律化学実験室が目的に応じて生成物を切り替えられる触媒を発見(Self-Driving Chemistry Lab Discovers Catalysts That Can Switch Products on Demand)

<関連情報>

データ駆動型均一触媒反応のための自律型ラボ An autonomous lab for data-driven homogeneous catalysis

J. A. Bennett,N. Orouji,A. Velayati,Eamon F. Reynolds,Matthew E. Porowski,M. Saha,D. Billodeaux,Alexander J. M. Miller & M. Abolhasani
Nature Communications  Published:20 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-74425-x  Unedited version

Abstract

The discovery and optimization of homogeneous catalysts remain bottlenecks in the development of efficient and selective chemical transformations. Here we report Flex-Cat, a closed-loop autonomous catalysis platform that couples parallel miniaturized batch reactors for pressurized gas–liquid chemistry with a hierarchical, plate-constrained Bayesian optimization framework for mixed discrete (ligand identity) and continuous (process) variables. Using rhodium-catalyzed hydroformylation of propylene and a chemically diverse library of phosphorus-based ligands, Flex-Cat conducts 680 experiments across three multi-objective optimization campaigns targeting branched, linear, and tunable aldehyde regioselectivity. Across three campaigns targeting branched, linear, and regioselectivity flexibility, Flex-Cat identified ligand–reaction condition regions that achieved over 2.5-fold improvements in turnover frequency and expanded the accessible regioselectivity range. Notably, Flex-Cat autonomously identified ligands exhibiting condition-programmable selectivity inversion (flexible ligands) across the same catalytic system. Data-driven structure–performance trends are extracted from the autonomously generated dataset, and top candidates are validated by translation to a 20 mL reactor format (10 × volume). Flex-Cat establishes a scalable and generalizable approach for autonomous catalyst development, linking discovery-scale experiments to process-relevant outcomes.

0505化学装置及び設備
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