Resumen de Estudi de la utilització dels mapes de potencial electrostàtic i de polarització com a descriptors moleculars
María Lourdes Roset Calzada
La Ingeniería molecular se basa en el conocimiento de las características estereoelectrónicas que definen el reconocimiento molecular, que es el resultado de una complementariedad, tanto geométrica como electrónica, entre diferentes entidades moleculares. La importancia de las diferentes contribuciones electrostáticas nos permite realizar un estudio teórico de predicción de la reactividad y otras propiedades moleculares a partir de cálculos de potencial electrostático y de polarización moleculares. El presente trabajo se basa en el estudio de la utilización de los mapas de potencial electrostático y de potencial de polarización como descriptores moleculares. En primer lugar se realiza un estudio del efecto de la base y de la metodología empleada en el cálculo de propiedades eléctricas de primer y segundo orden. El análisis se lleva a cabo con las moléculas de cianuro de hidrógeno, formaldehído y urea. Las bases utilizadas son del tipo doble zeta estándar, a las cuales se han añadido funciones de polarización y difusas. En particular, se han utilizado la base doble zeta 6-31G(d), les bases doble zeta aumentadas con uno o dos conjuntos de funciones de polarización : 6-31G(d,p) , 6-31G(2d,2p) y también se ha utilizado la base 6-311G++(2d,2p), que incluye funciones difusas. Los diferentes niveles de cálculo utilizan metodologías Hartree-Fock, MÆller-Plesset de segundo y cuarto orden y teoría del funcional de la densidad (DFT) : SCF, MP2, MP4, BLYP i B3LYP. Se analiza el efecto de los diferentes conjuntos de base a la contribución de la polarización a la energía de interacción, calculando para cada sistema propiedades de primer orden, como son los momentos dipolares y los momentos cuadrupolares, y propiedades de segundo orden, como la polarizabilidad y hiperpolarizabilidad moleculares. Seguidamente se evalúa el efecto de la base y el método de cálculo en la obtención de potenciales electrostáticos y de polarización moleculares. Se realiza un estudio comparativo de los mapas calculados con diferentes bases y metodologías, en concreto un estudio de la distribución espacial y un análisis de correlación entre las diferentes bases y metodologías. Un análisis de los mapas de polarización molecular a partir del cálculo de las diferencias de polarización relativas y las desviaciones estándar correspondientes nos permite un estudio comparativo de las diferentes metodologías y bases utilizadas. En particular se realiza un análisis comparativo entre diferentes métodos de cálculo con la base 6-311G++(2d,2p), tomando como referencia el cálculo MP4. Finalmente, se utilizan los mapas de potencial electrostático, de polarización y de interacción para el análisis de las características de reconocimiento molecular de un conjunto de compuestos bioactivos, a fin de analizar la importancia de la contribución de la polarización. Por este motivo, se elige para el estudio un conjunto de moléculas con una alta polarizabilidad, y en concreto, dos familias de compuestos con abundantes átomos de cloro y con una actividad tóxica definida, que forman parte de los grupos de dioxinas y furanos. Para ello se realiza el estudio de la inclusión de la polarización molecular como descriptor en la predicción de la actividad biológica de dioxinas y furanos, realizando el cálculo de potenciales electrostáticos y de polarización, un análisis de los mapas de potencial, y definiendo las principales zonas de interacción electrostática y de polarización molecular a partir de cálculos de componentes principales (PCA), así como la predicción de la actividad biológica en base a un estudio realizado mediante cálculos de mínimos cuadrados parciales (PLS).
