Química computacional e Informática química

Dinorah A . DuarteGracia M. ZapataLucía I. Zapata

Química computacional Es simplemente la aplicación de

conocimientos químicos, matemáticos y la informática a la solución de problemas químicos de interés.

Se utiliza una computadora para generar información, tales como:

propiedades de las moléculas simulado de los resultados

experimentales.

la química computacional se ha convertido en una forma útil para investigar los materiales que son muy difíciles de encontrar o muy caros para comprar.

También ayuda a los químicos hacer predicciones antes de ejecutar los experimentos reales para que puedan estar mejor preparados para hacer observaciones.

La ecuación de Schroedinger es la base para la mayor parte de la química computacional de uso científico. . Esto se debe a los modelos de ecuación de Schroedinger los átomos y las moléculas con las matemáticas.

Por ejemplo, se puede calcular: determinaciones de estructura

electrónica optimizaciones de geometría cálculos de frecuencia estructuras de transición cálculos de la proteína, es decir, de

acoplamiento electrón y la distribución de carga.

superficies de energía potencial (PES)

constantes de velocidad de las reacciones químicas (cinética)

cálculos termodinámicos de calor de las reacciones, la energía de activación

Existen programas disponibles en diferentes sitios de Internet que permiten elaborar modelos moleculares y efectuar su visualización. Entre ellos debido a su nivel de aplicación y facilidad de uso se mencionan:

a)ChemSketch: Se utiliza para poder construir ecuaciones químicas, estructuras moleculares y diagramas de laboratorio Es una aplicación para crear en forma sencilla moléculas de compuestos orgánicos; experimentar con algunos instrumentos de laboratorio; resolver ejercicios y visualizar u ocultar enlaces.

b) RasMol es un programa para representación gráfica de moléculas, grandes (proteínas y ácidos nucleicos) y pequeñas (carbohidratos,etc). Es una herramienta muy poderosa que permite visualizar imágenes que sería imposible dibujar en un plano por su complejidad, tales como estructuras de ADN y proteínas.

d) 3D Angles: Es un programa visualizador de estructuras tridimensionales muy fácil de

utilizar sobre todo para temas como hibridación.

La rotación de las moléculas facilita su visualización desde diferentes ángulos; y los permiten la identificación de estéreoisómeros.

Una simulación: es un conjunto de ecuaciones matemáticas que modelan en forma ideal situaciones del mundo real, ya sea por su dificultad para experimentar o comprender un fenómeno. La tecnología ha proporcionado las herramientas y métodos para que el ambiente de simulación se transforme en un ambiente donde pueden convivir vídeos, animaciones, gráficos interactivos, audio, narraciones, etc. (Casanovas, 2005).

Aplicaciones de los Métodos Computacionales al Estudiode la Estructura y Propiedades de Polímeros

Carlos Alemán, Sebastián Muñoz-GuerraDepartament d’Enginyeria Química, Universitat

Politécnica de Catalunya, España

En este trabajo se revisan las técnicas de simulación molecular más habituales y potentes para la descripción delos polímeros a escala atómica y molecular.

1.Determinación de la estructura cristalina de poliamidas no convencionales

Entre los polímeros estudiados en el laboratorio destacan los poli(α-alquil-β,L-aspartato)s, abreviados PAALAs, que pueden considerarse como derivados del nylon 3 sustituidos estereorregularmente.

La característica estructural más importante de esta familia de poliamidas es su tendencia a adoptar conformaciones helicoidales similares a las de las proteínas.

2.Determinación de la estructura y plegamiento lamelar en poliamidas convencionales (nylons)

Modelos posibles para la estructura cristalina del nylon 4,6: (a)esquemas de puentes de hidrógeno normal (n) y oblicuo (o); (b) modelos paralelo (I) y antiparalelo (II); (c) modelos alternado (α) y progresivo (β).

INFORMATICA QUIMICA

¿Que es la informática química?

Es el uso de la computadora y de información técnica, aplicada a una serie de problemas en el campo de la química.

Historia de la Informática QuímicaEl neologismo fue introducido por F.K. Brown

en el año 1998:“La quimioinformática es la mezcla de aquellos

recursos informáticos para transformar datos en información e información en conocimiento, con el propósito hacer más rápidas mejores decisiones en el ámbito de la identificación de los fármacos cabeza de serie (o de molécula inicial) y la optimización de fármacos.”

El término fue registrado en el año 2006 por la Academia Europea.

APLICACIONES DE LA INFORMÁTICA QUÍMICA

1. Almacenamiento y recuperación La aplicación principal de quimioinformática

está en el almacenamiento de la información relativa a los compuestos.

2.Representación in silico De estructuras químicas utiliza formatos

especializados tales como el XML basado en lenguaje de marcado de productos químicos o SMILES.

3.Bibliotecas Virtuales pueden generar de varias maneras para

explorar el espacio químico y la hipótesis de nuevos compuestos con propiedades deseadas.

4.Estructura-actividad cuantitativas

(QSAR) Este es el cálculo de los valores, que se

utiliza para predecir la actividad de los compuestos de sus estructuras.

5.Cribado Virtual En contraste con la investigación del alto-

rendimiento de procesamiento , cribado virtual implica cómputo de cribado in silico bibliotecas de compuestos, por medio de diversos métodos, tales como de acoplamiento , para identificar a los miembros puedan poseer propiedades deseadas, como la actividad biológica frente a un objetivo determinado.

6.Laboratorios virtuales en química:

a)ChemLab: Requiere equipos y procedimientos,para realizar experimentos de laboratorio.

b) Virtual Laboratory: Herramienta útil para enseñar soluciones

molares, obtener con exactitud soluciones Buffer, identificar ácidos y bases con indicadores.

Conclusiones- Incentivar en los estudiantes, con el

autoaprendizaje y a desarrollar su capacidad de análisis, síntesis y evaluación.

- Fomentar el pensamiento crítico, realizando laboratorios virtuales y la estrategia de aprendizaje basado con problemáticas semejantes a las reales.

-Promover en el estudiante, la comprensión de mecanismos de reacciones químicas y la motivación e interés en experimentos de química.

Bibliografía

Carlos Alemán, Sebastián Muñoz-Guerra Departament d’Enginyeria Química, Universitat

Politécnicade Catalunya, España.Aplicaciones de los Métodos Computacionales al Estudio de la Estructura y Propiedades de Polímeros. Polímeros: Ciência e Tecnologia, vol. 13, nº 4, p. 250-264, 2003

Zulma Cataldi , M. Cristina Donnamaría, Fernando J. Lage, Didáctica de la química y TICs: Laboratorios virtuales, modelos y simulaciones como agentes de motivación y de cambio conceptual , ARGENTINA pag 80-89

Benjamin Lynch and Patton Fast, Introduction to Computational Chemistry

June , 2005