Topología de la Densidad Electrónica y del Laplaciano de la Densidad en el Diseño de Moleculas Bioactivas

ANGELINA, EMILIO L.; ZALAZAR, MARÍA FERNANDA; PERUCHENA, NÉLIDA MARIA

Los Cocos, Córdoba, Argentina

Workshop; 3er Workshop Argentino de Química Medicinal; 2008

Departamento de Farmacia, Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Nacional de Córdoba. Asociación Química Argentina

La densidad electrónica, DE, es una propiedad física real de un sistema molecular, cuya determinación experimental resulta compleja, incluso para sistemas medianos y pequeños. Los experimentos de Rayos X de alta resolución son altamente demandantes de tiempo, aún con los avances operados en los nuevos detectores de área, uso de sincrotrón y el empleo de bajas temperaturas. Por otra parte, avanzados métodos computacionales desarrollados para pequeñas moléculas son cada vez más empleados en el estudio de moléculas farmacológicas. Dentro de los rigurosos principios de la mecánica cuántica, la DE es un observable físico que proporciona información cuantitativa sobre propiedades atómicas y de enlace. La esencia de la idea es que “la densidad electrónica determina totalmente la energía de la molécula y todas las demás propiedades derivadas de ella”. Este concepto tiene importancia en áreas altamente aplicadas como en la química farmacéutica, en el diseño asistido por computadoras de nuevas drogas o en la química ecológica, en el diseño de análogos inhibidores que interfieren en los procesos de comunicación entre insectos. Nuestro trabajo, basado en el calculo teórico de la densidad electrónica, contribuye a “tender un puente” o “acortar la brecha” entre la información contenida en las funciones de onda ab initio (o proveniente de la teoría del funcional de la densidad electrónica, DFT) y los conceptos químicos.  En este trabajo se realiza un estudio electrónico profundo de la distribución de la densidad de carga electrónica, en 3 derivados fluorados en distintas posiciones del acetato de (Z)-13-hexadecen-11-inilo, feromona sexual de la Thaumatopoea pytiocampa, en el contexto de la Teoría Cuántica de Atomos en Molécula, QTAIM. Las propiedades topológicas locales y atómicas (integradas sobre la cuenca de los átomos) se calcularon a nivel B3LYP/6-311++G**//B3LYP/6-31G**, con el programa AIM2000. De la misma manera que los mapas de potencial electroestático molecular, PEMs sirven para dar idea sobre las interacciones ligando-receptor, el conocimiento de la distribución de la densidad electrónica en una molécula, la determinación/localización precisa de los sitios de concentración/depresión de DE obtenible a través de los puntos críticos de la distribución del Laplaciano, en la capa de valencia atómica, brinda información precisa  sobre los sitios susceptibles de ataque, por electrófilos/nucleófilos.  En este trabajo mostramos a) la potencialidad del cálculo de las propiedades atómicas como población electrónica  y volumen atómico, en átomos seleccionados, para entender los cambios en la  actividad biológica en los análogos fluorados. b) la información que brinda (el número, tipo y características topológicas) de los puntos críticos del – L en la capa de valencia de los átomos, para entender las interacciones entre ligando (feromona) y receptor (proteína de unión, PBP).  c) la superficie reactiva de la molécula. Los importantes cambios que se observan en la distribución electrónica permiten entender la presencia/ausencia de actividad biológica y refuerzan la importancia de los efectos estereoelectrónicos en la definición de dicha actividad.