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Issue
J. Chim. Phys.
Volume 96, Number 4, April 1999
Page(s) 566 - 590
DOI http://dx.doi.org/10.1051/jcp:1999159
DOI: 10.1051/jcp:1999159


J. Chim. Phys. Vol. 96, N°4  p. 566-590

An approximate procedure for the calculation of van der Waals and solvent-accessible surfaces areas; computing Gibbs free energies of hydration

M. Ulmschneider and E. Pénigault

Laboratoire de Photochimie Générale, UMR 7525 du CNRS, ENSCMu, 3 rue Alfred Werner, 68093 Mulhouse cedex, France

Abstract
Both geometrical and analytical steps of the new ASC procedure for the approximate computation of molecular van der Waals and solvent-accessible surface areas, were calibrated. The assigned objective was to determine best fit accurate surface values for a representative set of molecular structures. Molecular surfaces, partial atomic surfaces, as also the gradients describing surface changes as a funciton of atomic displacements are analytically described. After the validation of the ASC model, an endeavour was made to correlate experimental Gibbs free energies of hydration with partial atomic surfaces. A satisfactory correlation was obtained for a large set of organic compounds, povided that $\sigma$- and $\pi$-surface elements are introduced in addition to the traditional differentiation into polar and non-polar partial atomic surfaces.

Résumé
Les étapes vectorielle et analytique du nouveau procédé ASC de calcul approché des surfaces moléculaires (de van der Waals ou accessible au solvant), sont ajustées. L'objectif est d'approcher au mieux les valeurs moyennes de surface qui ont été calculées pour les structures moléculaires d'un ensemble de référence. Les surfaces moléculaires, les surfaces atomiques partielles, ainsi que les gradients décrivant les variations de surface en fonction des déplacements nucléaires, sont évalués par une voie analytique. Après sa validation, le modèle ASC est exploité pour étudier les corrélations entre surfaces moléculaires et enthalpies libres d'hydratation expérimentales. Une corrélation satisfaisante est établie pour un large éventail de composés organiques, à condition d'introduire des éléments de surface $\sigma$ et $\pi$ en complément de la distinction traditionnelle entre surfaces atomiques partielles polaires et non-polaires.


Key words: Analytical model -- molecular surface -- van der Waals surface -- solvent-accessible surface -- partial atomic surface -- atomic sigma surface -- atomic pi surface -- Gibbs free energy of hydration
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© EDP Sciences 1999