Atelier – Modélisation de la catalyse supramoléculaire : Méthodes et applications

Etienne Derat (SU), François-Xavier Coudert (CNRS), et Fahmi Himo (Stockholm University) organisent un atelier intitulé

“Modélisation de la catalyse supramoléculaire : Methods and Applications”

à Paris, du 12 au 14 mai 2024.

Les objets supramoléculaires nous entourent et sont à la base de la vie, mais les objets artificiels sont plus récents. Alors que la recherche dans ce domaine se concentrait à l’origine sur la construction de ces complexes, la recherche actuelle se concentre sur leur utilisation en tant qu’outils pour effectuer des réactions, de préférence de manière catalytique. L’une des idées clés dans ce domaine est d’imiter les enzymes, caractérisées par un site actif avec un réseau d’interactions précises[1],[2],[3] Une cage artificielle constituée de liaisons hydrogène, d’interactions ioniques ou de liaisons métal-ligand, entre autres, est donc au cœur de la catalyse supramoléculaire.

La modélisation des processus catalytiques à l’œuvre dans ces systèmes est un problème difficile pour un certain nombre de raisons. Tout d’abord, même si la structure étudiée a été caractérisée par des moyens spectroscopiques, le système peut être fluctuant en solution ou pendant les événements catalytiques. Deuxièmement, la taille des systèmes supramoléculaires est largement supérieure à ce qui peut être traité avec des procédures de chimie quantique standard, ce qui nécessite d’ajuster et d’évaluer les méthodes utilisées pour déchiffrer les événements catalytiques[5]. Il convient de noter ici que les méthodes utilisées en enzymologie computationnelle (QM/MM ; champ de force ; échantillonnage…) ne peuvent pas être directement transférées à la modélisation de la catalyse supramoléculaire pour diverses raisons. Par exemple, QM/MM nécessite de couper les liaisons entre les zones QM et MM, ce qui peut être problématique dans un système imbriqué couplé par de multiples liaisons hydrogène[6]. Troisièmement, même si la catalyse à l’œuvre a déjà été décrite en dehors de l’environnement supramoléculaire, il n’est pas toujours simple de transférer les connaissances acquises à la situation actuelle. Par exemple, il a été démontré que la forme de la cavité supramoléculaire, dans ce cas une cyclodextrine fonctionnalisée, peut faire passer le mécanisme d’un mécanisme classique à un mécanisme totalement nouveau[7].

References

[1] J. Meeuwissen, J. Reek, Nature. Chem., 2, 615-621 (2010)
[2] R. Ham, C. Nielsen, S. Pullen, J. Reek, Chem. Rev., 123, 5225-5261 (2023)
[3] M. Yoshizawa, M. Tamura, M. Fujita, Science, 312, 251-254 (2006)
[4] T. Piskorz, V. Martí-Centelles, T. Young, P. Lusby, F. Duarte, ACS Catal., 12, 5806-5826 (2022)
[5] T. Young, V. Martí-Centelles, J. Wang, P. Lusby, F. Duarte, J. Am. Chem. Soc., 142, 1300-1310 (2019)
[6] H. Daver, J. Harvey, J. Rebek, F. Himo, J. Am. Chem. Soc., 139, 15494-15503 (2017)
[7] P. Zhang, J. Meijide Suárez, T. Driant, E. Derat, Y. Zhang, M. Ménand, S. Roland, M. Sollogoub, Angew. Chem., 129, 10961-10965 (2017)

Pour en savoir plus sur l’atelier

Contact pour l’IPCM:
Etienne Derat, équipe MACO