École thématique CNRS 2023

"Méthodes et Outils d'analyse de la Densité Électronique pour la Rationalisation des interactions Moléculaires (MoDerm)"

Faculté des Sciences et Ingénierie de Sorbonne Université
sur le Campus de Pierre et Marie Curie (Paris 5e)

du lundi 4 septembre 2023 14h au jeudi 7 septembre 17h.

Les analyses de la densité électronique permettent de rationaliser les calculs quantiques en termes chimiques tels que les liaisons, les paires libress, l'électrophilie... Ces méthodes complètent d'autres approches, telles que celles des orbitales moléculaires et fournissent une image plus complète des interactions moléculaires qui sont difficile à obtenir expérimentalement.

L'école MoDerm 2023 vise en premier lieu à initier les  chercheurs non experts aux principales méthodes et outils de l'analyse de la densité électronique. L'école offrira l'occasion de découvrir ces méthodes et outils spécialisés à partir de zéro et comment ils peuvent être utilisés pour mieux comprendre les propriétés et les réactions moléculaires. L'école donnera également aux collègues un peu plus avancés l'opportunité de développer leur expertise dans ces méthodes

Cette école présentera deux grandes familles d'analyse des interactions dans la molécule. Une connaissance préalable de la chimie quantique et son application concrète au travers de l’utilisation de logiciels standards est fortement conseillée.

1) La famille des analyses de la densité électronique dites "topologiques" :

La théorie des atomes dans les molécules (QTAIM, R. Bader Chemical Reviews, 1991) qui analyse une molécule en terme d'atomes et de chemins de liaisons, en lien direct avec les représentations usuelles des chimistes,

L'analyse topologique de la fonction de localisation électronique (ELF, B Silvi and A Savin Nature 1994) qui décompose le nuage électronique en électrons de cœur, en doublets liants et non liants,

L'analyse des interactions non-covalentes. D'abord, celle du potentiel électrostatique moléculaire (MESP, J.S. Murray and P. Politzer WIREs Comput Mol Sci 2011) qui est une alternative très robuste pour déterminer les meilleurs sites d'interactions entre molécules et celle du Non-Covalent Interactions (NCI, Erin R. Johnson et al. J. Am. Chem. Soc. 2010).

Isosurfaces (de gauche à droite) de la densité électronique, de la fonction ELF, du potentiel électrostatique moléculaire
et des interactions non-covalentes du benzène.

 2) La famille des descripteurs de la réactivité de la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité Conceptuelle (cDFT, R. G. Parr and W. Yang 1994) : partant de la densité électronique, on évalue quels sites sont susceptibles de subir des attaques par des électrophiles, nucléophiles et la vitesse de ces attaques.