为了达到计算机辅助设计的目的，分子催化剂的特征可以表示成描述符，基于描述符关联反应和结构。为了得到描述符，通过催化中心的三维图像——催化剂底物结合和反应的区域——使其可视化，并可以通过改变各种参数来优化描述符的表达形式。

    长久以来，描述符被用在定量构效关系等领域，用于定量描述分子的结构性质与电子结构，尤其是在药物设计与酶催化领域起着至关重要的作用。而在分子催化剂中，常常以来研究人员的经验而选取，因此利用计算机设计催化剂是很有挑战性的工作。

    在化学领域，常用的优化催化剂的方法有两种，包括基于数据库或实验进行高通量的筛选，或者通过设计的方法得到催化剂，可能通过一些迭代来提高催化剂的性能达到令人满意的水平。催化剂设计的主要挑战之一是将催化剂从效率低下的母核调整到符合工业应用的优化系统，而这种调整是极其微妙的。

    上图给出了很多种分子结构的描述符，包括描述立体效应的咬角、体积等几何因素，也包括描述取代基电子效应的电性因素，得益于计算化学的发展，有很多描述符都可以从量子化学计算的数据获得。

    “催化口袋”的概念在酶促反应中已经相当完善，可以很直接的类比到过渡金属催化的反应中。Topographic steric maps是使催化中心可视化的方法之一，通过DFT（密度泛函理论）计算得到的数据，用等高线图的方式体现出各个方向的立体电子效应强度。

    噁唑啉配体的位阻主要来源于斜向上的叔丁基，在东北和西南方向呈现较大的空间位阻。而BINAP配合物则不同，虽然立体效应主要也是由向外的苯基提供，但是底部的联萘骨架则具有不同的取向，噁唑啉配体是东西走向，而BINAP则是西北-东南走向的。

    深蓝色表示在该区域中有足够的空间容纳下面的底物，深红色则表示高于“海平面”。利用催化剂的拓扑立体图，可以定量反映催化中心附近的位阻效应，进而实现立体选择性。

    在烯烃-丙烯酸酯共聚反应中，选取配体对于反应的选择性有重要的影响。经过对比拓扑立体图，研究人员确定了二异丙基氨基取代的磷酰配体是最适合乙烯和极性烯烃共聚的催化剂。

    
    拓扑立体图的应用并不局限于合成分子催化剂，它们还可以用来表征天然或人工金属酶的催化中心。例如下面给出的扁桃酸合成酶，分别对比了野生型（天然存在的）扁桃酸合成酶与同源酶链霉菌三突变体(S221M/V223F/Y359A)的催化口袋。野生型酶催化苯丙酮酸转化为(S)-扁桃酸，而突变型酶则诱导相反的立体选择性，有利于得到(R)-扁桃酸。