Indice d'interactions non covalentes - Non-covalent interactions index

Représentation NCI en 3D et 2D d'un amas de trois molécules d'eau

Représentation NCI en 3D et 2D d'un amas de six molécules d'eau

Représentation NCI en 3D et 2D d'un cluster de huit molécules d'eau

L' indice d'interactions non covalentes , communément appelé simplement Interactions non covalentes (NCI) est un indice de visualisation basé sur la densité électronique (ρ) et le gradient de densité réduit (s). Il est basé sur l'observation empirique que les interactions non covalentes peuvent être associées aux régions de faible gradient de densité réduite à de faibles densités électroniques. En chimie quantique, l'indice d'interactions non covalentes est utilisé pour visualiser les interactions non covalentes dans l'espace tridimensionnel.

Sa représentation visuelle provient des isosurfaces du gradient de densité réduite colorées par une échelle de force. La force est généralement estimée par le produit de la densité électronique et de la deuxième valeur propre (λ _H ) de la Hessienne de la densité électronique en chaque point de l'isosurface, le caractère attractif ou répulsif étant déterminé par le signe de λ _H . Cela permet une représentation et une caractérisation directes des interactions non covalentes dans l'espace tridimensionnel, y compris les liaisons hydrogène et les conflits stériques. Étant basés sur la densité électronique et les champs scalaires dérivés, les indices NCI sont invariants par rapport à la transformation des orbitales moléculaires . De plus, la densité électronique d'un système peut être calculée à la fois par des expériences de diffraction des rayons X et des calculs de fonction d'onde théorique.

Le gradient de densité réduite (s) est un champ scalaire de la densité électronique (ρ) qui peut être défini comme

${\displaystyle s(\mathbf {r} )={\frac {\left|\nabla \rho (\mathbf {r} )\right|}{2(3\pi ^{2})^{1/3 }\rho (\mathbf {r} )^{4/3}}}}$

Dans le cadre de la théorie fonctionnelle de la densité, le gradient de densité réduit apparaît dans la définition de l'approximation du gradient généralisé de la fonctionnelle d'échange. La définition originale est

${\displaystyle s(\mathbf {r} )={\frac {\left|\nabla \rho (\mathbf {r} )\right|}{2k_{F}\rho (\mathbf {r} )}} }$

dans laquelle k _F est la quantité de mouvement de Fermi du gaz d'électrons libres .

Le NCI a été développé par la chimiste informatique canadienne Erin Johnson alors qu'elle était stagiaire postdoctorale à l'Université Duke dans le groupe de Weitao Yang .

Les références