Solvatation et modèles de continuum

La majeure partie de la chimie se déroule en solution, et les modèles de solvatation en continuum saisissent l'effet du solvant en le représentant comme un milieu polarisable entourant le soluté.

Definition

Méthodes qui tiennent compte de l'influence d'un solvant sur la structure, l'énergétique et les propriétés d'un soluté, le plus économiquement en traitant le solvant comme un diélectrique polarisable continu.

Scope

Couvre la modélisation des effets de solvant, les modèles de continuum implicites tels que le modèle de continuum polarisable, COSMO, et le modèle de solvatation universel SMD, la partition de l'énergie libre de solvatation en contributions électrostatiques et non électrostatiques, et l'utilisation complémentaire de traitements explicites et hybrides explicites/implicites.

Core questions

• Comment un continuum implicite représente-t-il l'effet moyen d'un solvant ?
• Comment l'énergie libre de solvatation est-elle décomposée en parties électrostatiques et non électrostatiques ?
• Quand les molécules de solvant explicites sont-elles nécessaires à côté ou à la place d'un continuum ?
• Comment les effets de solvant modifient-ils l'énergétique des réactions et les propriétés calculées ?

Key theories

Solvatation diélectrique en continuum

Représente le solvant comme un continuum diélectrique polarisable entourant une cavité moléculaire, le soluté polarisant le milieu et le milieu réagissant en retour sur le soluté.

Modèles de solvatation universels

Les modèles de continuum paramétrés tels que SMD combinent un continuum électrostatique avec des termes empiriques pour prédire les énergies libres de solvatation pour de nombreux solutés et solvants.

Clinical relevance

Les modèles de solvatation sont essentiels pour des prédictions réalistes de l'acidité, des potentiels redox, de l'énergétique des réactions et de la solubilité en solution, où négliger le solvant peut donner des résultats qualitativement erronés.

History

De l'idée du champ de réaction d'Onsager, la solvatation en continuum a mûri grâce au modèle de continuum polarisable développé par Tomasi et ses collaborateurs et aux modèles COSMO et SMD, rendant les calculs en phase solution routiniers.

Key figures

• Jacopo Tomasi
• Benedetta Mennucci
• Christopher Cramer
• Donald Truhlar

Seminal works

• tomasi2005
• marenich2009

Frequently asked questions

Quand un modèle de solvant implicite est-il insuffisant ?

Lorsque des interactions soluté-solvant spécifiques, telles que les liaisons hydrogène, sont importantes, un continuum implicite peut manquer des effets importants, et des molécules de solvant explicites ou des traitements hybrides sont nécessaires.

Qu'est-ce qu'un modèle de solvatation ajoute à un calcul en phase gazeuse ?

Il apporte la stabilisation et les changements structurels et énergétiques qu'un solvant impose, ce qui peut modifier substantiellement les énergies relatives, les barrières et les propriétés par rapport à leurs valeurs en phase gazeuse.