Cat. Dr. D. DANIEL ESCOLAR MÉNDEZ

El objetivo que se alcanzará es: La utilización y aplicación de la
Modelización Molecular.

Para ello se desarrollarán diversas aplicaciones prácticas orientadas a:

* Obtención de datos moleculares: estructurales, termodinámicos, cinéticos, ...
Y algunos  métodos de cálculo cuando estos datos no estén disponibles en la
bibliografía o en Internet.

* La utilización de programas de Modelización Molecular. Obtención de valores,
su análisis e interpretación.

*  Diseño de moléculas inorgánicas y orgánicas, tanto sencillas como
macromoléculas. Aplicación a la determinación de datos  moleculares:
estructurales, conformacionales, energéticos, de enlace (orbitales moleculares)
y de reactividad.

* Utilización de Dinámica Molecular. Simulación de reacciones químicas.

* Aplicación de las propiedades moleculares en razonamientos de reactividad
química. Empleo de ejemplos concretos.

De acuerdo con los objetivos:

I.- FUNDAMENTOS:

0.- Introducción a la asignatura: sus características propias y diferentes de
otras. Metodología. Programa.

A) PROPIEDADES MOLECULARES

1.- Constantes químicofisicas. Bases de datos. Valores usuales y relaciones
entre ellas: Distancias y ángulos de enlace. Momentos de inercia. Constantes de
fuerza. Energía de enlace. Momentos dipolares. Constante dieléctrica.
Refractividad molar. Otras.

2.- Obtención de magnitudes termodinámicas. Métodos de adición. Resultados de
Mecánica Estadística.

3.- Conformación. Barreras de rotación. Relación de Maxwell-Boltzmann.
Abundancia relativa.

4.- Interacción no enlazante. Expresiones para obtener fuerzas inter e
intramoleculares.

B) MODELIZACIÓN MOLECULAR APLICADA

5.- Datos conformacionales muy aceptables para moléculas grandes: Mecánica
Molecular. Fundamentos del método. Minimización de la energía. Magnitudes
termodinámicas. Campos de fuerza diferentes. Obtención de datos de un programa
de Mecánica Molecular. Aplicaciones. Limitaciones.

6.- Utilización de la Dinámica molecular. Métodos usuales. Aplicaciones.
Interpretación de los resultados de los programas.

7.- Información que proporcionan los Orbitales Moleculares: Aplicación de
conceptos. De Orbitales Atómicos a Orbitales Moleculares. Orbitales de grupo.

8.- Parámetros moleculares que proporcionan los métodos empíricos sobre
Orbitales Moleculares. Orden de enlace, densidad de carga. Obtención de datos de
un programa de cálculo. Aplicaciones.
Limitaciones. Su extensión.

9.- Hasta dónde son buenos los resultados de los métodos semiempíricos. Tipos de
métodos. Posibilidades. Limitaciones. Comparación de resultados entre distintos
métodos y con métodos ab-initio. Información obtenible de estos resultados.
Interpretación de diferentes representaciones gráficas de datos moleculares.

10.- Los resultados que tardan más tiempo en obtenerse: Métodos ab-initio.  Su
lenguaje: las  bases mínimas, otras Bases. Aplicaciones. Programas usuales.
Interpretación, utilización y aplicación de resultados de un programa.

C) RELACIÓN ENTRE PROPIEDADES MOLECULARES Y TENDENCIA A REACCIONAR

11.- Utilización de descriptores fisicoquímicos. Descriptores Electrónicos.
Estéricos. Hidrofóbicos. Ejemplos de utilización.

12.- Relación entre reactividad y Orbitales Moleculares. Orbitales Frontera.
Relación entre actividad (biológica) y propiedades fisicoquímicas. Métodos
utilizados.


* * * * * * * * * * *  *

II.- DESARROLLO PRÁCTICO:

Se realizarán varias prácticas de los tipos:

0) Búsqueda de datos.
I) Construcción y diseño de estructuras moleculares. Moléculas sencillas y
macromoléculas.
II) Manejo de diferentes métodos de Modelización Molecular. Elección de
variables.
III) Obtención de propiedades:
A) Energía conformacional.
B) Niveles de energía.
C) Orbitales Moleculares.
D) Espectros de Vibración
E) Espectros electrónicos.
IV) Simulación de utilización de un disolvente y su comparación con resultados
simulando fase gaseosa. Presencia de enlace de hidrógeno.
V) Dinámica Molecular.
VI) Reactividad.

* Desarrollo de ejemplos de aplicación práctica y revisión o explicación de
conceptos previos poco claros.
* Discusión de puntos dudosos y resolución de ejercicios numéricos.
* Empleo de ordenadores con programas apropiados: medios de cálculo y
utilización de recursos de la WWW.
* Realización del programa de prácticas complementado por las sugerencias y
orientaciones de los alumnos o incluso reorientado por su interés en algún tema
concreto que le ayude en su formación.
* Evaluación de los conocimientos adquiridos por los alumnos.

Dada la la carencia total de obras publicadas en español sobre
Modelización Molecular, se seguirá una metodología con orientación de tipo
presencial, con una pedagogía que mantenga un ambiente distendido. Por ello:

* Se hará una exposición y desarrollo de diversos temas del programa. Se
harán cuantas aclaraciones sean necesarias tanto en el momento de la explicación
como en las horas de tutoría, cuyo horario es flexible. En algunas sesiones se
plantearán preguntas y cuestiones, tanto para profundizar en el conocimiento del
temario como para evaluar el nivel de estudio y comprensión del mismo.

* Se propondrán ejercicios numéricos de todos los puntos del programa
que presentan usualmente mayor dificultad. Discutiéndose y resolviéndose todos
los ejercicios.

* Una parte importante del tiempo lectivo de la asignatura se
desarrollará en forma práctica en los ordenadores disponibles. Se realizará un
entrenamiento previo sobre búsqueda de datos y manejo de un programa típico de
Modelización Molecular. Posteriormente se desarrollarán diferentes ejemplos y
aplicaciones que complementarán la exposición teórica.

* Se seguirá muy de cerca la participación e implicación en la
asignatura y se tendrán en cuenta propuestas de variación en el contenido y
extensión de algunos temas del programa según la orientación de los alumnos. Así
mismo, se prestará atención a la posibilidad de desarrollar algunos temas, que
aún no figurando en el programa, estén relacionados con la asignatura.

Todos los alumnos matriculados en la asignatura tendrán la posibilidad
de presentarse a la convocatoria que les corresponda. La evaluación en la
convocatoria Ordinaria y en las Extraordinarias se basará en una prueba escrita
que constará previsiblemente de varias cuestiones y de varios problemas
numéricos; alguna de las cuestiones será en forma de test. El tiempo previsible
de realización no superará las 3 horas. En caso de fuerza mayor o si alguien así
lo solicita, cualquiera de las pruebas anteriores será oral y su duración se
adaptará al tipo de evaluación. En alguna de estas evaluaciones se podrá emplear
un formulario con constantes y fórmulas fundamentales (todos los alumnos el
mismo modelo preparado de antemano).
Los alumnos podrán completar su formación mediante el desarrollo de
trabajos relacionados con la asignatura, que se calificarán según su
originalidad, ingenio y tiempo que se estime (o demuestre) que ha dedicado a
ello.
En la calificación final, además del resultado de las evaluaciones se
tendrá en cuenta  la labor realizada por el alumno a lo largo del curso, su
asistencia y participación, su esfuerzo docente, la resolución de ejercicios
numéricos, su implicación en el programa práctico, los resultados obtenidos y la
claridad de exposición.

Algunos aspectos de temas del programa se tratan en textos de química de
diferentes asignaturas de la licenciatura en Química, por ello, esta
bibliografía utilizable se irá indicando a medida que se avance en cada tema.
Además en la biblioteca puede consultarse alguno de los siguientes textos:

- Molecular Dynamics Simulations: Elementary Methods, por J.M. Haile; editorial
Wiley, New York.(1992).

- Molecular Modelling for Beginners, por Alan Hinchliffe; editorial Wiley and
Sons incorporated Barnes and Noble; rústica, 410pág.  2003; ISBN: 0470843101.

- A Guide to Molecular Mechanics and Quantum Chemical Calculations; W.J. Hehre;
Wavefunction, Inc., Irvine, CA, 2003 ; rústica 796 págs (contiene un CD); ISBN 1-
890661-18-X.

- The Molecular Modeling Workbook for Organic Chemistry (Full Color); W.J.
Hehre, A.J. Shusterman, J.E. Nelson; Wavefunction, Inc., Irvine, CA, 1998;
rústica, ISBN 1-890661-06-6.

- Molecular Modelling: Principles and Applications, por Andrew R. Leach;
editorial Prentice Hall, segunda edición 2001, ISBN 0582382106.

- Molecular Modeling for Chemists and Biological Chemists; Tamara Gund; CRC
Press, 2002, 320 págs.; ISBN: 0849316960.

- Molecular Modeling and Simulation: An Interdisciplinary Guide. por Tamar
Schlick; editorial
Springer Verlag, New York 2002; ISBN 0-387-95404-X (Biomoléculas).

- Molecular Modeling: Basic Principles and Applications;  por Hans-Dieter
Höltje, Wolfgang Sippl, Didier Rognan, Gerd Folkers; segunda edición 2003;
editorial Wiley, ISBN: 3-527-30589-0. (Dedicado a proteinas).

-  Molecular Modeling of Inorganic Compounds; por Peter Comba, Trevor W.
Hambley; editorial Wiley-VCH Verlag GmbH; segunda edición,  2001; ISBN: 3-527-
29915-7.

- Molecular Modeling and Simulation: An Interdisciplinary Guide. por Tamar
Schlick; editorial
Springer Verlag, New York 2002; ISBN 0-387-95404-X.


- Guidebook on Molecular Modeling in Drug Design. editado por N. C. Cohen;
editorial  Academic Press: New York. 1996;  ISBN 0-12-17824-5.

- Molecular Modeling on the PC, por Matthew Schlecht; editorial Wiley-VCH; 1998;
ISBN: 0471185671. (Casi sólo Mecánica Molecular y un único tipo de programa).

- Fundamental Principles of Molecular Modeling; por W. Gans, Anton Amann, Jan C.
A. Boeyens, Werner Gans, A. Amann, J. C. A. Boeyens; Editor W. Gans, editorial
Plenum Publishing Corporation; 1996;  ISBN: 03064530531996. (Son 13 capítulos
cada uno por un autor).