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Matemáticas y química, una relación necesaria.

Conferencia impartida en la Universidad de Alicante el 2 de diciembre de 2011, con motivo de la entrega de los premios de la XIV edición del concurso Jorge Juan de resolución de problemas matemáticos. La copia de la charla se puede descargar aquí.

Título completo: Matemáticas y química, una relación necesaria. Desde la antigüedad al siglo XXI.

Resumen: Se analizan las relaciones de la química y las matemáticas con una perspectiva histórica. Se incide en la importancia que las matemáticas tienen en el desarrollo de todas las ciencias naturales y en el futuro de la química. Se resumen algunos conceptos fundamentales de química, su situación actual y las perspectivas de futuro. También se presentan algunos hitos históricos del desarrollo de la química en relación con otras ciencias, especialmente con la física. Se destaca el papel que laa matemáticas tiene en ciertas áreas de interés químico como la química cuántica, la química computacional, la definición y caracterización de la estructura química, la cristalografía, el análisis masivo de datos a través de redes neuronales, etc.

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Bernardo Herradón García
CSIC
b.herradon@csic.es

Síntesis Orgánica en el Año Internacional de la Química

La Fundación Lilly está celebrando su 19º simposium científico dedicado a la Síntesis Orgánica. El simposium es en San Lorenzo de El Escorial los días 14 y 15 de abril.

La síntesis orgánica es la parte de la química orgánica que tiene como objetivo la preparación de moléculas, naturales o no. Es, posiblemente, la vertiente más creativa de la química y la responsable de la descripción de la química como la ciencia que crea su propio objeto.

En grandes rasgos, la síntesis orgánica se puede dividir en dos áreas:

a) La síntesis dirigida a objetivo. Generalmente, productos naturales o análogos; aunque en los últimos tiempos, se está dedicando mucho esfuerzo a los compuestos químicos artificiales con propiedades tecnológicas (con estructuras diseñadas  para tener una función).

b) Desarrollo de métodos sintéticos. Lo que pretenden es profundizar en la reactividad química de los tipos de moléculas orgánicas. Se suele incidir, especialmente, en la selectividad del proceso; es decir, como se obtiene preferentemente un compuesto en una reacción química. A partir de la reactividad selectiva se establece la metodología sintética.

Muchas investigaciones  combinan ambas aproximaciones, desarrollándose métodos sintéticos que se aplican a objetivos concretos. El tema ya ha sido tratado en algunos artículos de este blog.

El simposium cuenta con la participación de destacados científicos como ponentes; algunos de  los más relevantes del área.

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Matemáticas y química

El próximo 8 de abril se celebrará una jornada sobre Matemáticas y Química en Salón de Actos de la Facultad de Química de la Universidad de Sevilla. Forma parte de las celebraciones en 2011 del Centenario de la Real Sociedad Matemática Española y del Año Internacional de la Química. En ella se ofrecerán algunas muestras de la importante relación entre ambas ciencias.

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Avances en química básica: la dinámica de las reacciones químicas.

En la edición de la revista Nature del 10 de junio de 2010, se ha publicado un artículo describiendo la reacción de fotoionización de la molécula de hidrógeno. Este estudio ha  combinado una aproximación experimental y computacional para describir con precisión el movimiento de los electrones en una reacción química. Para ello se han usado pulsos láser ultravioleta, de duración de 300-400 atosegundos, para promover la ionización de las moléculas de hidrógeno (H2) y de deuterio (D2). El artículo es una aportación muy importante al área de la dinámica química y es el fruto de la colaboración  de 9 grupos internacionales, entre ellos, el de Fernando Martín del Departamento de Química de la Universidad Autónoma de Madrid. El profesor Martín explicó la investigación en una entrevista en A Hombros de Gigantes.

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Diseño de fármacos asistido por ordenador

El diario EL PAÍS (3 de marzo de 2009) ha publicado el artículo Sexo, drogas y ‘rock and roll’: modelos de ordenador para el descubrimiento de nuevos fármacos, dónde se hace una descripción no demasiado detallada del uso de la modelización computacional en química médica.

Algo de bibliografía:

1) Comprehensive Medicinal Chemistry II. Volume 4. Computer-Assisted Drug Design. Taylor y Triggle (eds.). Elsevier. 2007.

2) The Practice of Medicinal Chemistry. Wertmuth. Elsevier. 3ª edición, 2008.


Publicaciones_2010-2008

1) A Universal Scale of Aromaticity for π-Organic Compounds. M. Alonso, B. Herradón. J. Comp. Chem. 2010, 31, 917-928.

Aromaticity is an essential concept in chemistry, invented to account for the stability, reactivity, molecular structure, and properties of many organic and inorganic compounds. In recent years, numerous methods to quantify aromaticity based on the energetic, magnetic, structural, and electronic properties of molecules have been proposed but none of them is universal. The inability of establishing a universal scale of aromaticity based on a single parameter is due to the multidimensional character of this phenomenon. Consequently, aromaticity analyses should be carried out by employing a set of aromaticity descriptors on the basis of different physical manifestations of aromaticity. Here, we report a universal scale of aromaticity for π-organic compounds based on the Euclidean distance between neurons in a self-organizing map. The most widely used aromaticity indicators have been used as molecular descriptors, and so our approach provides the first scale of aromaticity which contains the energetic, magnetic, and structural aspects of this property. The method is applicable to a wide variety of unsaturated organic compounds and allows quantification of both aromaticity and antiaromaticity. Additionally, the position of a compound on the bidimensional map determinates immediately the following: (a) the group (aromatic, nonaromatic, or antiaromatic) to which the system belongs, (b) their degree of π-electronic delocalization, and (c) the similarity in aromaticity/antiaromaticity between different compounds. This new scale of aromaticity is able to indicate the expected order of aromaticity of analogues of fulvene and heptafulvene, heteroaromatic species, substituted benzenes, and functionalized cyclopentadienyl compounds.

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