Modélisation moléculaire

La modélisation est devenue une pratique courante dans de nombreux domaines scientifiques, et en particulier en Chimie. Elles s’imposent notamment pour les quelques éléments radioactifs, et leurs composés, qui sont particulièrement difficiles à étudier expérimentalement.

La modélisation moléculaire consiste à construire des modèles des molécules ou d’ensemble de molécules, dans le but de mieux en comprendre la structure et les autres propriétés physico-chimiques.

Du point de vue du chimiste, une molécule est un assemblage d’atomes liés entre eux par les liaisons chimiques. Il existe différents types de modèle qui peuvent être hiérarchisés:

• si on veut pouvoir rendre compte de la réactivité d’une molécule vis-à-vis d’une autre, la description devra prendre en compte explicitement les électrons. On aura recours à des méthodes ab initio, DFT ou encore semi-empirique, basées sur la mécanique quantique (QM).
• si on s’intéresse seulement à la géométrie des molécules et aux énergies relatives de leurs conformations, un modèle d’atomes reliés par les liaisons entre lesquels s’exercent des interactions pourra suffire. On utilisera la mécanique classique via des simulations de mécanique moléculaire (MM) ou de dynamique moléculaire.
• si l’objet d’étude est un système biologique complexe, éventuellement composé de bio-molécules en interaction, il pourra être nécessaire de faire appel à des descriptions non homogènes (QM/MM) ou très simplifiées (docking, méthodes gros-grains).

Les projets actuels concernent essentiellement l’utilisation du radio-isotope 211 de l’astate (At) en oncologie. Avec des méthodes de la mécanique quantique relativiste, nous explorons la chimie de base de l’astate en cherchant à caractériser les formes chimiques présentes en milieu aqueux (par ex. établir le diagramme de Pourbaix de At). Les outils théoriques développés localement ont également montré que l’interaction relativiste entre spin et orbite de l’électron confère une aptitude particulière à l’astate à former des liaisons atypiques (liaison à fluctuation de charge, liaison halogène).

Figure 1 : Structure 3D (gauche) et spectre infra-rouge (droite) d’un chélate modèle de ²¹¹At.