Chimie numérique - Définition

Historique bref

Construits sur les découvertes fondatrices et les théories énoncées durant l'histoire de la chimie quantique, les premiers calculs théoriques en chimie ont été produits par Walter Heitler et Fritz London en 1927. Dans cette perspective, quelques livres furent grandement influents dans le développement initial de la chimie numérique quantique :

• Introduction to Quantum Mechanics – with Applications to Chemistry de Pauling et Wilson (1935).
• Quantum Chemistry de Eyring, Walter et Kimball (1944).
• Elementary Wave Mechanics – with Applications to Quantum Chemistry de Heitler (1945).
• Valence de Coulson (1952).

Chacun d'entre eux servit de référence primaire pour les chimistes dans les décennies qui suivirent.

Avec le développement de l'informatique dans les années 1940, le cacul par ordinateur des solutions de l'équation d'onde pour des complexes atomiques est devenu un objectif réalisable. Au début des années 1950, les premiers calculs d'orbitales semi-empiriques furent menés. Les chimistes théoriciens devinrent des utilisateurs intensifs des premiers ordinateurs. Un compte rendu très détaillé d'une telle utilisation est donné par Smith et Sutcliffe. Les premiers calculs de type Hartree-Fock ab initio sur des molécules diatomiques furent effectués en 1956 au MIT avec une base d'orbitales de Slater. Pour des molécules diatomiques, une étude systématique utilisant une base minimale et un premier calcul utilisant une base plus importante furent publiés respectivement par Ransil et Nesbet en 1960.
Les premiers calculs polyatomiques utilisant des orbitales gaussiennes ont été menés à la fin des années 1950. Les premiers calculs d'interaction de configuration ont été effectués à Cambridge sur le calculateur EDSAC II dans les années 1950 au moyen d'orbitales gaussiennes également, par Boys et collaborateurs. En 1971, lorsqu'une première bibliographie de calculs ab initio fut publiée, les plus grosses molécules qui y étaient citées étaient le naphtalène et l'azulène. Un résumé des développements antérieurs a été publié par Schaefer.
En 1964, la méthode de Hückel, méthode de LCAO simple pour la détermination des énergies électroniques des orbitales moléculaires des électrons π dans les hydrocarbures conjugués, allant d'objets simples comme le butadiène ou le benzène à l'ovalène avec dix cycles à six atomes accolés, fut utilisée sur les ordinateurs de Berkeley et Oxford. Ces méthodes empiriques furent peu à peu remplacées dans la même décennie par des méthodes semi-empiriques comme la méthode CNDO. Au début des années 1970, des programmes informatiques (relativement) efficaces comme ATMOL, POLYATOM, IBMOL, et GAUSSIAN, etc. ont commencé à être utilisés pour accélérer les calculs sur les orbitales moléculaires. Dans le même temps, les méthodes de mécanique moléculaire, comme MM2, étaient développées, en premier lieu par Norman Allinger.

Une des premières mentions du terme de « chimie numérique » peut être trouvée dans le livre Computers and Their Role in the Physical Sciences (1970) de Sidney Fernbach et Abraham Haskell Taub, où ils indiquent « il semble, à présent, que la chimie numérique peut finalement être de plus en plus tangible ». À partir de ces premiers développements, la chimie numérique scientifique émergea comme discipline distincte en 1979 environ. Durant les années 1980, les bases de la chimie numérique furent établies. Des publications spécifiquement dédiées virent le jour par la suite, comme le Journal of Computational Chemistry, par exemple, qui fut pour la première fois édité en 1980.