有时，当实验科学家获得超级计算机时，可以改变他们的职业生涯，并可以探索开辟出新的研究路径。
这就是Abdurrahman和TülayAtesin的情况，这是一对化学家夫妻、合作者，并且是德克萨斯大学格兰德河谷的教授。2013年，当他们搬到德克萨斯州时，一名同事告诉他们，通过德克萨斯大学的网络基础设施项目，他们可以自由访问位于德州高级计算中心（TACC）的一些先进的计算系统。
“我们并没有计划进行密集的计算研究，但是当我们被介绍到TACC的资源的时候，通过与UT系统和该国其他地区的其他团体合作，它开启了我们的研究视野。”Tülay说。 “这对我们的研究团队本身和提高研究生产力都非常有帮助。拥有TACC资源帮助我们可以进行更深入的研究。”
在过去的五年中，Atesins使用TACC超级计算机——最初是Longhorn，Lonestar和Stampede，然后是Lonestar5和现在的Stampede2——来研究有机金属化合物：这种化合物含有有机分子碳原子和金属原子组成的化学键。
有机金属化合物广泛用于工业生产中，并用作生产聚合物，药物和许多其他类型实用产品的催化剂。然而，最终产品并不是Atesins感兴趣的，他的研究重点是分子的运动过程。
他们最近的研究涉及元素钯及其在合成环戊烯酮中的作用——五元环在多种化合物中发挥作用，如茉莉和前列腺素，前列腺素是一种在动物体内具有激素样作用的脂质。
2018年7月，Atesins与UTRGV的合作者Oscar Rodriguez，Diego Rivera和Lohany Garcia，共同发表了理论计算和化学研究的结果，探讨了钯催化剂的结构，以了解钯催化反应中观察到的异常选择性。
这个结果支持了他们的假设，即最稳定的分子形式是椅型，这种构象和底物（分子作用的物质）之间的斥力决定了最终的产物形式。
为了得出这个结论，
研究人员进行了分子力学计算，产生了53个独特的结构，这些结构有可能代表磷酰胺——一种具有多种催化作用的多功能分子。然后，他们在TACC的“超级计算机”上使用量子力学计算，进一步分析这些结构，并确定哪一种能量最低（因此是自然界中最有可能发生的），并评估它们反应时的工作力。
研究结果可用于理解在许多钯催化反应中所观察到的选择性，并可以指导合成新型的或改进的这个重要催化剂家族的变种。
在2017年9月发表在“Organometallics”《有机金属材料》上的另一项研究结果中，他们解释了一种反应机制，许多人认为这是一种“纳扎罗夫”反应，因为反应物和反应产物与经典的“纳扎罗夫”反应是一样的。
“该领域的每个人都认为钯(0)不能起到路易斯酸的作用，但其作用尚不清楚，”TülayAtesin说。 2012年，当首次报道反应时，“机制尚不清楚。因此，我们研究了其可能的作用机制。”
他们发现的第一个已知的例子是使用了一种“不对称的烷基化反应”来合成手性环戊酮。（手性是一种分子的特征，这意味着它不能被叠加在它的镜像上。）
根据Abdurrahman的说法，为了揭示这个机制，他们使用了一种称为密度泛函理论的计算方法。
他说：“通过DFT，我们输入了一个初始结构和一个最终的结构，我们已经通过实验确定了这个结构，我们尝试了不同的路线和方法来观察如何将它们连接起来。” “这需要一些化学直觉来了解金属的作用，也需要一些运气。
“在实验室中很难分离反应中间体和过渡状态，因为它们是如此短暂，”Tülay说。然而，计算机模拟可以显示出这个过程的每一个潜在步骤，包括中间产物，它帮助科学家提出新的假设和关于反应如何发生的理论。
“我们从没想过我们会发现这些中间产物，”Tülay说。“我们并不是在寻找一个真正的烷基化反应。我们在问，“如果金属在这里呢？”如果是什么?“这让我们看到了这种作用机制的其他可能性。”
他们挖掘出的这个过程最重要的优点是它100％有效，并且在没有添加其他物质的情况下形成了一个复合体。在这方面的研究可能有一天会允许化学家合成新材料——特别是天然化合物和其他具有碳原子中心的生物活性分子——目前很难创造。它甚至可能导致全新类型的化学反应，然而目前还不知道如何使用。
Tülay说，使用TACC资源的机械研究使他们在工作中具有竞争优势。 “我们的研究需要更高的水平，而不仅仅是实验研究。它还影响了我们设计下一组实验的方式。”
原文来自：sciencedaily，原文题目：
Supercomputing the 'how' of chemical reactions——Uncovering the mechanisms behind chemical reactions，由材料科技在线团队翻译整理。
