Monte Carlo contraint par la symétrie pour la prédiction de structures cristallines de petites molécules organiques

La prédiction des structures cristallines à partir de la seule connaissance de la connectivité moléculaire demeure un défi formidable (et principalement non résolu). Les algorithmes traditionnels de force brute s'opposent à la complexité du paysage structurel même des produits chimiques les plus simples, où les énergies de réseau de différents polymorphes sont souvent éloignées de quelques kJ mol–1. Dans cette contribution de preuve de concept, nous testons une nouvelle approche de prédiction de structures cristallines, basée sur la méthode de Monte Carlo contraint par la symétrie (SC-MC). La SC-MC exploite la symétrie de groupe complète pour propager des changements aléatoires de l'unité asymétrique à travers tout le cristal. Ainsi, elle est efficace pour explorer rapidement une vaste région du paysage polymorphe. Dans tous les cas de test, l'algorithme récupère la structure expérimentale parmi les 4 à 6 meilleures suggestions. Cependant, en raison des limitations inhérentes aux méthodes classiques de champ de force, l'énergie absolue s'avère être un mauvais descripteur pour classer les prédictions sur une échelle absolue. En soumettant les prédictions les plus prometteuses à l'examen de la dynamique moléculaire, nous mettons en avant ces structures qui, malgré leur énergie cohésive la plus élevée, pourraient être sujettes à des instabilités mécaniques à cause de la forme de leur potentiel de champ cristallin autour du minimum. Le reranking basé sur la dynamique moléculaire permet de discriminer les prédictions les plus prometteuses parmi le bruit de fond de structures apparemment similaires mais incorrectes. Les forces et les limites de la procédure SC-MC sont discutées de manière critique.