Compréhension et modélisation multi-échelle du comportement des cations métalliques dans des milieux complexes : des méthodes interprétatives aux champs de forces polarisables

Understanding and modeling metal cations in complex systems at multi-scale levels : from interpretative methods to polarizable force fields

• Auteur / Autrice : Robin Chaudret
• Direction : Jean-Philip Piquemal, Olivier Parisel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie théorique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cations

Molécules

Théorie quantique

Résumé

Le but de cette thèse est de comprendre et de modéliser le comportement des cations métalliques dans des milieux complexes. Pour cela nous utiliserons et développerons des méthodes quantiques d’analyse topologique et d’autres, classiques, de mécanique moléculaire. Dans une première partie nous étudierons le comportement physique de cations métalliques dans des systèmes modèles. Ainsi des méthodes interprétatives seront-elles utilisées (ELF, AIM, décomposition de l’énergie d’interaction) et développées (EPLF, NCI). L’étude topologique ELF et EPLF de la subvalence des métaux sera généralisée à différents cations et croisée avec d’autres approches interprétatives. Elles seront notamment appliquées à la solvatation de l’or et du mercure. La seconde partie s’attardera sur les approches polarisables de modélisation moléculaire. Nous présenterons trois d’entre elles : AMOEBA, SIBFA et GEM. Nous tâcherons ensuite d’améliorer le traitement des cations métalliques dans le champ de forces SIBFA grâce à l’utilisation de méthodes topologiques, énergétiques ou se couplant le champ de forces GEM. La troisième partie traitera du couplage de méthodes interprétatives avec des méthodes hybrides QM/MM. Nous couplerons ainsi les analyses ELF et NCI aux méthodes QM/MM et les appliquerons à l’étude de liaisons hydrogènes fortes ou à celle de l’effet cancérigène ou inhibiteur de certains cations sur l’ADN Polymérase λ. A terme toutes les approches développées ici doivent pouvoir se coupler en une seule procédure multi-échelle et multi-méthode permettant de réaliser des études interprétatives croisées à différents niveaux de théorie - classique, quantique ou hybride - sur des systèmes complexes