Chapitre 13 : Autres propriétés chimiques en modélisation moléculaire Flashcards
À partir de quelles données calcule-t-on les autres propriétés chimiques en modélisation moléculaire?
- Énergie
- Géométrie
- Fonction d’onde ou densité électronique
- Additivité de groupe
- Bases de données
- Intelligence artificiel (AI)
- Méthodes statistiques
Que peut-on tirer des valeurs d’énergie pour calculer les autres propriétés chimiques des molécules?
- Le ∆E des conformères est très facile à calculer
- Les barrières de réactions sont très difficiles à calculer
Que peut-on tirer des géométries pour calculer les autres propriétés chimiques des molécules?
- Taille facile à calculer directement à partir de la géométrie, y compris en MM
- Descripteur QSAR et QSPR
Que peut-on tirer des fonctions d’onde ou densités électroniques pour calculer les autres propriétés chimiques des molécules?
- Moment dipolaire
- Polarisabilité
- Potentiel électrostatique
- Charges partielles
Que peut-on tirer de l’additivité de groupe pour calculer les autres propriétés chimiques des molécules?
- Tableau de groupes fonctionnels
- Chaque technique d’additivité procède parmi ses propres groupes (intrapolation ou extrapolation)
- Ignore souvent les positions relatives des groupes entre-eux (Nécessite des corrections pour des classes de composés)
(Ex. RMN)
Que peut-on tirer des bases de données pour calculer les autres propriétés chimiques des molécules?
- Drug design (Pharmacie)
- Similarité de structure
- Méthode très fiable pour prédire les spectres RMN, coefficients de partition, points d’ébullition, etc.
Quels sont les trois types d’intelligence artificiel et que peut-on en tirer?
- Qualitatif : Système de règles, logique floue (probabilités)
- Réseau neuronal (quantitatif) :
- Structure cérébrale avec des unités qui traitent une petite partie de l’information et qui communiquent entre elles
- Nécessite un entraînement avec des données connues
- Interpolations ☺︎ Extrapolation ☹
- Peu être surentraîné (diminue la qualité des résultats)
De novo (Quantitatif) : Utilisation de caractères rationnels pour guider une méthode essais-erreur éclairés (Ex. Neutraliser une base ou orientation de groupes fonctionnels)
Que peut-on tirer des méthodes statistiques pour calculer les autres propriétés chimiques des molécules?
Temps de rétention de colonnes chromatographiques
Dépend de l’orientation des Groupe Fonctionnels
Quelles sont les autres propriétés chimiques des molécules qui peuvent être calculées?
- Moments multipolaires
- Densité de contact de Ferni
- Étendu électronique spatiale
- Volume moléculaire
- Affinité électronique et potentiel d’ionisation
- Constante diélectrique (K)
- Activité biologique
- Points de fusion et d’ébullition
- Tension de surface
- Pression de vapeur
- Solubilité
- Visualisation
En quoi consiste les moments multipolaires et comment les calcule-t-on?
- Description de la distribution des charges d’une molécule : monopôle, dipôle, quadrupôle, etc.
- Importance de la symétrie (CO₂ n’a pas de dipôle, mais a un quadrupôle ; Symétrie octaédrique : hexadécapôle)
- Ab initio ☺︎☺︎ semi-empiriques ☺︎
- On doit utiliser un même niveau de théorie pour la géométrie et le calcul des multipôles
En quoi consiste la densité de contact de Ferni et comment la calcule-t-on?
- Densité électronique sur le noyau d’un atome
- Très important pour RMN et RPE
- Ab initio ou DFT
- Jamais MM (pas d’é) ou semi-empiriques (pas d’é de coeur)
En quoi consiste l’étendue électronique spatiale et comment le calcule-t-on?
- Un seul nombre qui représente la grosseur d’une molécule (Volume p/r à une autre molécule)
- L’étendue du nuage électronique par rapport au centre de masse
- Ne distingue pas entre une forme globulaire et une longue chaîne
En quoi consiste le volume moléculaire et comment le calcule-t-on?
- Intégration du volume sous une surface
- Surface de Van Der Waals, de Connolly ou isosurface de densité électronique (Voir image diapo 7)
- Mesure les tailles de sites actifs et de cavités
- Volume exclu du solvant (calculé avec une sonde shpérique)
En quoi consiste l’affinité électronique et potentiel d’ionisation et comment la calcule-t-on?
- Peut être calculé comme la différence entre l’énergie de l’état fondamental et l’énergie de l’ion d’intérêt (∆E⁰molécule et ∆E⁰ion)
- Erreurs systématiques s’annulent (plus de précision)
- Excitation adiabatique : géométrie de chaque ion est optimisée
- Excitation verticale (non adiabatique/pas de réorganisation de la molécule) :
- Énergies calculées à partir de la géométrie optimisée de la molécule de départ
- On peut utiliser la négative de l’énergie HOMO d’un calcul HF (Théorème de Koopman, seulement valide pour HF avec de petites molécules)
Vrai ou Faux: La constante diélectrique est une propriété qui ne dépend pas des molécules individuelles
Vrai
D’où vient la constante diélectrique?
Vient de la polarité des molécules (moment dipolaire statique), la polarisabilité et l’orientation des molécules dans la masse
Comment calcule-t-on la constante diélectrique (K) pour les solides?
On calcule souvent la permittivité relative εs plutôt : εs=Kε₀
Comment calcule-t-on la constante diélectrique (K) pour les fluides?
- Monte Carlo ou Dynamique moléculaire
- Mécanique statistique
En quoi consiste l’activité biologique et comment la calcule-t-on?
- Drogues, toxicité, médicaments (Mécanismes d’action)
- Obtenu par QSAR ou 3DQSAR
- Aucune méthode existante n’est capable de prédire toutes les interactions possibles entre une molécule donnée et toutes les molécules rencontrées dans une seule cellule, encore moins un organisme vivant!
- C’est plusieurs ordres de grandeur au-delà des capacités informatiques actuelles
En quoi consiste les points d’ébullition et de fusion et comment les calcule-t-on?
Fusion : Plus difficile à prédire avec précision puisqu’il dépend de la structure cristalline (organisation en 3D)
Ébullition : Méthode d’additivité de groupe, QSPR, dynamique moléculaire, Monte Carlo (Très facile à prédire)
En quoi consiste la tension de surface et comment la calcule-t-on?
- Méthode d’additivité de groupes pour les liquides purs
- Mélanges : Plus difficile, spécialement s’il y a des surfactants présents
- Dynamique moléculaire ou Monte Carlo (Méthodes de choix pour fluides)
- Plus facile à mesurer expérimentalement qu’à calculer
En quoi consiste la pression de vapeur et comment la calcule-t-on?
- Facile à modéliser
- Interaction polaire, non-polaire, liaisons hydrogène?
- Utilisation de la thermodynamique avec facteur de correction empiriques (Facteurs différents pour chaque classe de composé - alcools, cétone, etc.)
- Valide sur une large gamme de température (Ne doit pas être trop proche d’un changement de phase)
- Les constantes pour la loi de Henry sont calculées avec log P et méthode d’additivité des groupes
Comment calcule-t-on la solublité?
- Log Pow (Partage octanol/eau) → Pour savoir si liposoluble ou hydrosoluble
- QSPR, réseaux neuronaux (interpolation seulement)
En quoi consiste la visualisation et comment la calcule-t-on?
- Coordonnées spatiales, couleurs, isosurfaces, régions électrophiles et nucléophiles, champ magnétique, analyse de population AIM
- Qualité du rendu (algorithmes, raster (pixels) vs. vecteurs)
