Estudi de la utilització dels mapes de potencial electrostàtic i de polarització com a descriptors moleculars

La Ingenieria molecular se basa en el conocimiento de las caracteristicas estereoelectronicas que definen el reconocimiento molecular, que es el resultado de una complementariedad, tanto geometrica como electronica, entre diferentes entidades moleculares. La importancia de las diferentes contribuciones electrostaticas nos permite realizar un estudio teorico de prediccion de la reactividad y otras propiedades moleculares a partir de calculos de potencial electrostatico y de polarizacion moleculares. El presente trabajo se basa en el estudio de la utilizacion de los mapas de potencial electrostatico y de potencial de polarizacion como descriptores moleculares. En primer lugar se realiza un estudio del efecto de la base y de la metodologia empleada en el calculo de propiedades electricas de primer y segundo orden. El analisis se lleva a cabo con las moleculas de cianuro de hidrogeno, formaldehido y urea. Las bases utilizadas son del tipo doble zeta estandar, a las cuales se han anadido funciones de polarizacion 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 polarizacion : 6-31G(d,p) , 6-31G(2d,2p) y tambien se ha utilizado la base 6-311G++(2d,2p), que incluye funciones difusas. Los diferentes niveles de calculo utilizan metodologias Hartree-Fock, MAEller-Plesset de segundo y cuarto orden y teoria del funcional de la densidad (DFT) : SCF, MP2, MP4, BLYP i B3LYP. Se analiza el efecto de los diferentes conjuntos de base a la contribucion de la polarizacion a la energia de interaccion, 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 evalua el efecto de la base y el metodo de calculo en la obtencion de potenciales electrostaticos y de polarizacion moleculares. Se realiza un estudio comparativo de los mapas calculados con diferentes bases y metodologias, en concreto un estudio de la distribucion espacial y un analisis de correlacion entre las diferentes bases y metodologias. Un analisis de los mapas de polarizacion molecular a partir del calculo de las diferencias de polarizacion relativas y las desviaciones estandar correspondientes nos permite un estudio comparativo de las diferentes metodologias y bases utilizadas. En particular se realiza un analisis comparativo entre diferentes metodos de calculo con la base 6-311G++(2d,2p), tomando como referencia el calculo MP4. Finalmente, se utilizan los mapas de potencial electrostatico, de polarizacion y de interaccion para el analisis de las caracteristicas de reconocimiento molecular de un conjunto de compuestos bioactivos, a fin de analizar la importancia de la contribucion de la polarizacion. Por este motivo, se elige para el estudio un conjunto de moleculas con una alta polarizabilidad, y en concreto, dos familias de compuestos con abundantes atomos de cloro y con una actividad toxica definida, que forman parte de los grupos de dioxinas y furanos. Para ello se realiza el estudio de la inclusion de la polarizacion molecular como descriptor en la prediccion de la actividad biologica de dioxinas y furanos, realizando el calculo de potenciales electrostaticos y de polarizacion, un analisis de los mapas de potencial, y definiendo las principales zonas de interaccion electrostatica y de polarizacion molecular a partir de calculos de componentes principales (PCA), asi como la prediccion de la actividad biologica en base a un estudio realizado mediante calculos de minimos cuadrados parciales (PLS).