Professeur des universités, Christophe Morell est enseignant en chimie théorique à l’Université Claude Bernard Lyon 1 et chercheur en chimie quantique à l’Institut des Sciences Analytiques qu’il dirige depuis fin 2017. Expérimentateur in silico des processus physico-chimiques, il cherche à comprendre, reproduire et même prédire le comportement chimique des sites atomiques à l’intérieur des molécules.
Simuler les états excités des molécules pour comprendre leurs réactivité et sélectivité chimiques …
En appliquant des méthodes physiques et en particulier de mécanique quantique aux processus chimiques, Christophe Morell déchiffre les mécanismes en jeu et le fonctionnement interne des molécules afin de prédire leur comportement. Plus précisément, il s’intéresse à la réactivité et à la sélectivité chimiques des molécules en utilisant leurs états excités. Il simule ces perturbations en ciblant certains atomes au sein des molécules afin de reproduire les changements de densité électronique et les étudier. Il développe ainsi, dans le cadre conceptuel de la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité électronique (DFT), des descripteurs quantiques, pouvant prédire les comportements de ces sites atomiques.
Ces descripteurs sont applicables en synthèse, biochimie et, plus généralement, dès qu’un processus de transfert d’électrons est en jeu. Souvent réalisés en collaboration, ces descripteurs sont aujourd’hui implémentés dans différents logiciels tels que ADF, Psi4, ChemTools …
Une première : établir les concepts de température, entropie et spectre de polarisation électronique
Dans le cadre de recherches collaboratives, initiées dès 2013 et s’intéressant aux interactions moléculaires du point de vue de la polarisation électronique, Christophe Morell a contribué à la définition des concepts de température, entropie et spectre de polarisation.
Par analogie avec la thermodynamique statistique, les chercheurs ont étudié, dans le cadre de la théorie de la DFT, les interactions électrostatiques et perturbations de potentiel des molécules via les notions d’échanges de chaleur électronique et de travail électronique. Ils ont ensuite appliqué avec succès leurs concepts à plusieurs systèmes moléculaires : le propénal (aka acroléine), le thiophène et le pyrrole. Ils ont ainsi pu mettre en évidence une règle générale corrélant l’étendue de la perturbation, à la fois dans l’espace et les états excités, à l’importance de l’échange de chaleur et de l’entropie. Des indications utiles sur la réactivité chimique peuvent en être issues, notamment pour prédire la stabilité d’un intermédiaire réactionnel.
Publiée fin 2020 dans Physical Chemistry Chemical Physics, cette première ouvre de nouvelles perspectives sur le travail, la chaleur, l’entropie et la température associée au système électronique et permet d’envisager la définition de descripteurs de DFT conceptuels dépendants de la température.
Imaginer l’ingénierie enzymatique : créer des enzymes adaptées à la catalyse de réactions spécifiques
Les 10 ans de l’ISA sont l’occasion de se projeter dans les années à venir. Christophe Morell, souhaite explorer les sites actifs des enzymes, en collaboration avec des biochimistes modélisateurs afin de comprendre, toujours en utilisant les états excités, la réactivité liée aux potentiels externes, de dévoiler et reproduire les mécanismes de catalyse électrostatique enzymatique et ainsi ouvrir la voie à de l’ingénierie enzymatique : créer des enzymes capables de catalyser les réactions souhaitées ….
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