Derivada del grafo molecular como una novedosa vía para la generación de descriptores moleculares 2D/3D: Teoría y aplicación QSPR - Martínez Santiago, Oscar (Universidad Central "Marta Abreu" de las Villas, 2009)
En el presente trabajo se ha propuesto una novedosa metodología matemática para describir la estructura molecular obteniéndose así toda una nueva familia de descriptores moleculares topológicos. Este enfoque se basa en una representación matricial del grafo molecular y en el cálculo de las correspondientes derivadas del grafo para n-uplas de elementos, así como derivadas de orden superior y mixtas. En esta primera aplicación se utilizan las derivadas para duplas basadas en átomos (pares de átomos) a partir de las cuales se obtienen las correspondientes derivadas totales-locales para cada átomo que sirven de base para el cálculo de Normas de Minkowski y Geométricas de cada molécula. Estas normas permiten establecer correlaciones entre la estructura de los compuestos, con diferentes propiedades de los mismos (químicas, físicas, químico-físicas y biológicas, etc). Estos nuevos índices han sido definidos también teniendo en cuenta el orden y tipo de subgrafos utilizados para generar la matriz de Incidencia Generalizada “Q” (matriz utilizada en este enfoque para representar la topología molecular y aplicada por primera vez en la definición de un descriptor molecular), además de la posibilidad que brindan de ser aplicados tanto de forma total como local para átomos o agrupaciones atómicas específicas. Esta gama de posibilidades mencionadas nos abren las puertas a la creación de nuevas familias de descriptores moleculares, utilizando la derivada del grafo molecular, y nos permite contar con una nueva herramienta de utilidad práctica para la realización de estudios QSAR/QSPR/QSTR. Los descriptores a los cuales está dedicado este trabajo, fueron implementados en un programa desarrollado en MATLAB, que aunque esta en una fase inicial, permite al investigador realizar cálculos teóricos en un tiempo relativamente corto y con un bajo costo computacional. Esta primera aplicación ha demostrado, hasta el momento, que estos descriptores moleculares (DMs) son útiles para el diseño molecular y permiten obtener modelos matemáticos más sencillos, interpretables y robustos que muchos de los que han sido descritos en la literatura. En el futuro se desarrollarán otras aplicaciones de los nuevos índices aplicados a otros problemas más complejos de la química-médica actual. En este sentido, los nuevos índices de derivada se han utilizado para modelar varias propiedades químico-físicas de una serie de octanos, obteniéndose resultados satisfactorios para todas las propiedades modeladas. También se obtuvieron buenos modelos (R2 = 99.5 % y s = 2.24) en la descripción de la temperatura de ebullición de 28 alcoholes alifáticos, que han sido utilizados previamente por otros autores. Se realizó un estudio para conocer como se comportan determinados parámetros durante la descripción matemática de la estructura molecular y que nos ayudan a interpretar mejor los resultados obtenidos. Estos estudios se basaron en conocer: 1) mejor ponderación 2) mejor orden y 3) mejor norma, para la descripción de propiedades químico-físicas como la temperatura de ebullición de alcoholes alifáticos. Resultando la electronegatividad según la escala de Mulliken la mejor ponderación utilizada y el orden 1 el mejor orden para describir esta propiedad. Las Normas ofrecieron resultados muy semejantes todas. Además se desarrolló un proceso de interpretación con el objetivo de conocer el tipo de información químico-física que recoge esta novedosa metodología matemática durante la descripción estructural de las moléculas, comprobándose que existe una gran linealidad entre la información estérica y electrónica de las moléculas con esta descripción. El resultado de la comparación con otros métodos resultó muy satisfactorio. Esta y otras aplicaciones (todavía en proceso) validan hasta el momento la aplicación de este novedoso método teórico, para ser usado en el diseño “racional” automatizado de fármacos y otras aplicaciones de la química-física.
Molecular-graph’s derivatives like a robustness source to obtain new 2D/3D Molecular Descriptors: Theory and QSPR Application
Keywords: Estructura Molecular; Molecular Structure; Modelos Matemáticos/métodos; Mathematical Models/methods