Modelado y simulación de sistemas moleculares, desde cúmulos pequeños hasta fases condensadas

Las simulaciones numéricas ya se reconocen como una poderosa herramienta para la​ ​interpretación en términos de​ ​interacciones moleculares, de datos experimentales en sistemas de relevancia química, bioquímica, farmacéutica e​ ​incluso industrial; más aun, ya se plantea su uso para el diseño de nuevas moléculas con propiedades “deseables”, por​ ​ejemplo fármacos con baja toxicidad, anticongelantes amigables con el ambiente, filtros para eliminar distintos​ ​contaminantes disueltos en agua y un largo etcétera. Por supuesto que la capacidad predictiva de las simulaciones​ ​depende de la calidad de los modelos moleculares (potenciales analíticos o force-fields, ff’s) con que se cuente.

Idealmente estos modelos deberían poder obtenerse a partir de primeros principios, con lo cual bastaría proponer tanto​ ​el conjunto de átomos en las moléculas a modelar como sus posiciones relativas en el espacio, o sea sus coordenadas​ ​internas: longitudes de enlace, ángulos de enlace y ángulos dihedros. Esto ya es posible usando los métodos de la​ ​Química Cuántica; pero no lo es usando las simulaciones clásicas, bien por dinámica molecular o por Monte Carlo, que​ ​requieren de ff’s con formas funcionales analíticas y parámetros específicos para cada tipo de átomo. Luego de varias​ ​décadas de usar las simulaciones, se han encontrado funciones de potencial razonables que han producido descripciones​ ​satisfactorias; sin embargo y a pesar de grandes esfuerzos por intentarlo, todavía no ha sido posible determinar los​ ​parámetros de esas formas funcionales a partir de los cálculos cuánticos. Por ejemplo, la carga que se asigne a cada​ ​átomo. En esta charla se presenta una discusión acerca de los alcances y limitaciones de los métodos y los modelos que​ ​se pueden emplear para estudiar fenómenos que ocurren en distintas escalas de tamaño y de tiempo (“según el sapo es la​ ​pedrada”), usando como ejemplos la búsqueda de estructuras óptimas con cálculos cuánticos y las simulaciones de tipo​ ​Born-Oppenheimer de agregados “pequeños”; el diseño de modelos moleculares complejos (polarizables) y su uso en​ ​simulaciones clásicas; el diseño de modelos estándar para simulaciones de mezclas de líquidos y para el estudio de la​ ​coexistencia de fases.

Participante: Dr. Humberto Saint Martín

Institución: Instituto de Ciencias Físicas, UNAM

Fecha y hora: Este evento terminó el Miércoles, 28 de Febrero de 2018