Les effets de solvant
La majorité des réactions chimiques et biologiques ont lieu en solution, et les effets dus au solvant peuvent être très importants.
On peut les prendre en compte :
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soit de manière explicite en plaçant des molécules de solvant autour de la molécule
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soit de manière implicite, c'est-à-dire indirecte
Dans ce cas on génère une cage de solvatation autour de la molécule.
C'est-à-dire que l'on ajoute « tout simplement » et de manière aléatoire un nombre de molécules de solvant correspondant à la densité du solvant.
On (le logiciel) crée une boîte ou une sphère d'une dimension définie autour de la molécule que l'on remplit de molécules d'eau, par exemple.
De nombreux logiciels permettent de réaliser automatiquement cette opération de solvatation (VEGA...)
Création d'une boite d'eau de 20Å de côté
Sphère d'eau de rayon 10 Å
Couche d'eau de 4 Å d'épaisseur
A partir de là, des calculs d'optimisation de géométrie peuvent être effectués en mécanique moléculaire (MM) ou en chimie quantique (QM)
Les calculs effectués avec un solvant explicite sont longs, particulièrement dans le cas des calculs QM.
Une alternative consiste à prendre les effets du solvant sur la molécule comme une perturbation.
Le solvant est un ensemble de molécules plus ou moins polaires, c'est un diélectrique.
Un tel milieu est caractérisé par sa permittivité ou constante diélectrique
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est caractéristique de la réponse du milieu à un champ électrique. Plus le milieu est polaire, plus la permittivité est grande.
Dans cette approche, le soluté, traité de manière quantique, est placé dans une cavité entourée de molécules de solvant considérées comme un continuum diélectrique.
La partie « Electrostatique » vient du fait que le solvant (un milieu continu caractérisé par sa constante diélectrique) interagit avec la molécule (dipole).
Le moment dipolaire du soluté induit un moment dipolaire du solvant.
En retour, la polarisation du milieu induit une polarisation du soluté (i.e., influe sur les Orbitales Moléculaires).
On parle de méthodes PCM pour Polarizable Continuum Model.
Les méthodes diffèrent notamment par la manière de définir les cavités.
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La plus simple consiste à placer la molécule dans une sphère
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Les modèles PCM décrivent la cavité par un ensemble de sphères atomiques imbriquées les unes dans les autres.
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Les modèles IPCM et SCIPCM consistent à prendre une cavité qui a la forme de la densité électronique
La surface de la cavité est divisée en petits éléments = mosaïque de polygones (tessera=tuile).
L'énergie de solvatation (interaction soluté-solvant) est calculée en plaçant des charges ponctuelles polarisables au centre de chaque tessera.
