La chimica computazionale è una branca della chimica che si concentra sull'applicazione di modelli computerizzati e tecniche di simulazione per lo studio dei sistemi chimici. I metodi computazionali vengono utilizzati per calcolare e prevedere le proprietà e le reattività chimiche. Tipicamente implica l'uso di matematica numerica, statistica, programmazione informatica e rappresentazioni grafiche di sistemi chimici. La chimica computazionale può essere utilizzata per studiare una varietà di argomenti come la struttura molecolare, le interazioni ligando-recettore, le forze elettrostatiche, le affinità di legame, le proprietà termodinamiche, la meccanica quantistica, i percorsi di reazione e i diagrammi di fase.
La chimica computazionale applica moderni hardware computazionali e algoritmi avanzati per prevedere e interpretare i risultati dei processi chimici a livello atomico. Combina le tradizionali tecniche di modellazione molecolare con algoritmi di simulazione assistiti da computer più potenti. Questa combinazione di hardware e software consente di eseguire attività che altrimenti sarebbero troppo difficili o richiederebbero molto tempo per essere completate. In particolare, è possibile eseguire simulazioni molto più dettagliate degli esperimenti, producendo conoscenze a livello atomico su una serie di sistemi biologici e chimici.
La chimica computazionale è ampiamente utilizzata nel campo dello sviluppo farmaceutico e della progettazione di farmaci. Consente alle aziende farmaceutiche di sviluppare, modellare e valutare potenziali farmaci candidati senza esperimenti di laboratorio costosi e dispendiosi in termini di tempo. Viene anche utilizzato per identificare e studiare nuovi catalizzatori che possono essere utilizzati per accelerare le reazioni chimiche. Inoltre, la chimica computazionale viene utilizzata per assistere nello sviluppo di nuovi materiali, come materiali avanzati o nanostrutture per applicazioni mediche, aerospaziali ed energetiche.
Combinando hardware avanzato e software sofisticato, la chimica computazionale si è diffusa in molti settori e discipline accademiche. È diventato uno strumento essenziale per i chimici moderni di tutto il mondo, aiutandoli a esplorare e spiegare sistemi chimici complessi.
