Soutenance de thèse de Jessica Bowles – mercredi 28 septembre à 14h

07 September 2022 par clavaguera
Jessica Bowles du groupe ThéoSim soutiendra sa thèse le mercredi 28 septembre à 14h en salle Magat

Jessica a effectué sa thèse sous la direction de Carine CLAVAGUERA et Florent CALVO :

Caractérisation structurale des molécules chirales : développement d’outils de simulation moléculaire de spectres de dichroïsme circulaire vibrationnel.

Résumé

Le dichroïsme circulaire vibrationnel (VCD) est la faible différence d'absorption des molécules chirales entre la lumière polarisée droite et gauche dans le domaine de l'infrarouge (IR). Cette technique spectroscopique est devenue de plus en plus populaire depuis sa découverte dans les années 1970 et a des applications prometteuses en pharmacologie en raison de sa capacité à déterminer les configurations absolues des molécules chirales. La forme des spectres VCD est très sensible aux changements mineurs de conformation et aux interactions moléculaires, ce qui en fait une sonde de l'isomérie conformationnelle et de la solvatation. L'attribution des spectres VCD expérimentaux nécessite en général une comparaison avec les calculs théoriques, ce qui implique également que le solvant soit précisément décrit.
Ce manuscrit décrit comment une modélisation basée sur des champs de force polarisables peut être exploitée pour interpréter les signaux VCD. Cette modélisation est appliquée à des molécules flexibles pour lesquelles les approches conventionnelles de chimie quantique reposant sur des approximations statiques sont limitées. En particulier, il est difficile de prendre en compte les anharmonicités et les effets de température finie, et le solvant est typiquement modélisé de manière simplifiée par un continuum ou par peu de molécules explicites.
Dans le travail présenté ici, le champ de force AMOEBA mis en œuvre dans le logiciel Tinker a été utilisé pour modéliser les moments dipolaires électriques et magnétiques de diverses molécules pour des applications en phase gazeuse, ainsi que dans des systèmes solvatés ou cristallins. L'échantillonnage et les informations dynamiques ont été obtenus par simulations de dynamique moléculaire classique. Les spectres IR et VCD anharmoniques obtenus à partir des trajectoires ont été interprétés à l'aide d'une analyse des modes effectifs dans laquelle les coordonnées internes sont décomposées linéairement par projection sur des modes effectifs appropriés, les poids correspondants étant obtenus de telle sorte que le pic de chaque mode soit le plus localisé possible. Cette analyse permet de mettre en évidence les contributions des différents groupes fonctionnels de la molécule aux pics individuels du spectre.
Comme premier exemple, le cas du trans-1-amino-2-indanol solvaté dans le sulfure de diméthyle a été examiné en combinant des explorations statiques au niveau de la théorie de la fonctionnelle de la densité, des trajectoires courtes de MD ab initio (AIMD) et un large échantillonnage de la surface d'énergie potentielle à l'aide du champ de force. La comparaison avec les mesures existantes confirme l'importance de la flexibilité pour cette molécule, le rôle des molécules de solvant proches et leur contribution aux signaux VCD.
La détermination des spectres VCD à partir du champ de force polarisable a ensuite été entreprise et ses performances ont été évaluées par comparaison avec des calculs de structure électronique. Cette comparaison a été effectuée sur la même trajectoire MD, en utilisant l'alanine en phase gazeuse comme système de référence. Les différentes contributions aux moments dipolaires sont discutées. Après avoir validé la méthodologie, la convergence statistique des spectres IR et VCD a été quantifiée via des mesures d'erreur dédiées. Ces erreurs montrent à leur tour que la convergence des spectres VCD est plus lente que celle des spectres IR et qu’elle n'est atteinte qu'après un échantillonnage bien plus important que celui réalisable par AIMD.
L'approche par champ de force polarisable a ensuite été appliquée à l'alanine en phases condensées. Là encore, la comparaison avec les simulations AIMD confirme que les moments dipolaires électriques et magnétiques peuvent être évalués de manière fiable. Ceci ouvre la voie à la détermination du spectre VCD de systèmes chimiquement complexes inaccessibles via des méthodes qui tiennent compte explicitement de la structure électronique.