Funciones de contorno para árboles como medida de similitud entre campos escalares moleculares. Un estudio de similitud molecular

Contour tree functions over molecular scalar fields representations. A molecular similarity study

En este trabajo se implementó una función de contorno de un árbol para establecer medidas de similitud molecular. El estudio se realizó con 73 moléculas orgánicas divididas en 8 grupos funcionales optimizadas con un nivel de teoría DFT//B3LYP/6-31G(d,p) a las cuales se les calculó el Potencial Electrostático Molecular y el Laplaciano de la Densidad Electrónica en una rejilla tridimensional. A partir de los valores de estas propiedades, caracterizando y codificando según su topología, se generaron grafos (árboles) que se compararon a través de la función propuesta. La caracterización y clasificación de las moléculas orgánicas con el Potencial Electrostático Molecular muestra una separación correspondiente a moléculas que en su estructura poseen heteroátomos con funciones químicas por lo menos estructuralmente similares, y con el Laplaciano De la Densidad Electrónica se obtuvo como resultado una clasificación acorde con el número de pares de electrones libres asociados a los heteroátomos en las moléculas y a la naturaleza de los átomos que los aportan. Lo anterior evidencia que las funciones de contorno de árbol propuestas en el estudio son una alternativa rápida para clasificar a grosso modo moléculas orgánicas.

INTRODUCCIÓN

El principio fundamental de estudios QSAR establece que compuestos estructuralmente similares tienden a exhibir comportamientos similares (1-3), por tanto es imperativo disponer de métodos para cuantificar la similitud molecular. La necesidad de establecer una comparación cuantitativa entre moléculas no es un campo nuevo en química (4), por ejemplo, en la química médica se recurre al concepto de bioisosterismo, según el cual se pueden intercambiar subestructuras similares entre compuestos manteniendo un cierto grado de actividad biológica (5). Este tipo de conceptos ha sido aprovechado en especial por la industria farmacéutica, que ve en los métodos teóricos de similitud molecular una gran alternativa para el diseño de fármacos (6, 7). De manera que cabe preguntarse en qué sentido se considera esta similitud.

Una dificultad inherente al desarrollo de métodos teóricos de similitud molecular radica en que tanto el concepto de “estructura molecular” como el de “similitud” no están plenamente definidos.