Chemoton 2.0：化学反应网络的自主探索

受硬件与算法设计进步的推动，化学反应空间的大规模自动化探索已成为可能。在此，我们提出一种基于量子力学第一性原理、用于化学反应机理探索的开源可扩展框架。其旨在促进面向多样化学问题且具有广泛目标的反应网络探索，如机理阐明、反应路径优化、逆合成路径验证、试剂设计以及微动力学建模。框架中所有算法严格的第一性原理基础是其普遍适用性的关键，避免了针对特定化学体系的限制。此类敏捷框架需要多个专用软件组件，本文中我们展示了其中三个模块。核心模块 Chemoton 驱动反应网络的探索。针对探索本身，我们引入两种基于牛顿轨迹的基元步骤搜索新算法。我们在 bonding patterns 与化学元素上具有广泛化学多样性的多种反应上评估了这些算法的性能。我们复现并显著扩展了这些反应的已知信息，并提供所得数据作为进一步探索的起点与未来参考。