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Topología de la densidad electrónica y el potencial electroestático en el fosfato de L-Histidina-Ácido fosfórico. Nuevas perspectivas del análisis topológico

by Mata Martínez, Ignasi

Abstract (Summary)
El fosfato de L-histidina ácido fosfórico (LHP) cristaliza formando una estructura monoclínica no centrosimétrica debido a la presencia de un catión quiral. La estructura de estos cristales está formada por capas de histidina y de fosfato con ácido fosfórico alternadas. Las moléculas están unidas por una compleja red de puentes de hidrógeno, algunos de ellos muy fuertes. La densidad electrónica de este material ha sido determinada experimentalmente a partir de difracción de rayos X y neutrones. Para obtener la densidad electrónica, se midió un conjunto de intensidades de rayos X que comprendía reflexiones de alto ángulo. Tanto en el experimento como en el posterior tratamiento de los datos de rayos X se tuvo especial cuidado en obtener un conjunto de datos de alta calidad, condición indispensable para poder observar la reducida contribución de la densidad de deformación a las intensidades experimentales. La densidad electrónica se obtuvo tras ajustar un modelo de pseudoátomos a las intensidades experimentales, tomando como punto de partida un modelo de átomos independientes de la densidad electrónica construído a partir de la estructura de alto orden de rayos X y la estructura de neutrones. La densidad electrónica de pseudoátomos fue comparada con el resultado de cálculos ab inito sobre las moléculas del LHP aisladas y con la geometría del cristal. En general se observa un buen acuerdo entre densidad de pseudoátomos y ab initio para las propiedades topológicas en los puntos críticos de enlace para todas las interacciones excepto los enlaces covalentes H-X (X=C,N,O), donde se producen fuertes discrepancias. La integración de la carga y el momento dipolar sobre los volúmenes atómicos, definidos a partir de las líneas de gradiente de la densidad electrónica, muestra la existencia de importantes transferencias de carga entre el fosfato y el ácido fosfórico relacionadas con los fuertes puentes de hidrógeno que unen estas moléculas. No se observan grandes cambios en el momento dipolar de las moléculas del LHP a causa del entorno cristalino, si bien se producen incrementos significativos en el momento dipolar del fosfato y el ácido fosfórico. El análisis del potencial electrostático, calculado a partir del modelo de pseudoátomos sobre conjuntos aislados de moléculas con la configuración del cristal, muestra la presencia de bandas electrófilas y nucleófilas alternadas sobre las láminas de fosfato y ácido fosfórico. Sobre estas bandas aparecen los puntos donde las moléculas de L-histidina interaccionan con estas láminas, explicando así la disposición de estas moléculas en el cristal. Para profundizar en el análisis del potencial electrostático, se desarrolló un programa capaz de calcular las líneas de campo eléctrico y de detectar los puntos críticos del potencial electróstático además de sus propiedades topológicas. Este programa fue utilizado para analizar varios modelos de pseudoátomos, entre ellos el LHP, mostrando cómo las líneas de campo eléctrico y los puntos críticos del potencial electrostático delimitan las zonas de influencia de los grupos electrófilos y nucleófilos. El análisis topológico del potencial electrostático muestra que entre dos átomos enlazados aparece un punto crítico de enlace similar al de la densidad electrónica, situándose ambos puntos críticos en posiciones diferentes. Las propiedades topológicas en este punto crítico muestran dependencias exponenciales con la distancia de enlace similares a las observadas en los puntos críticos de la densidad electrónica para los puentes de hidrógeno. Las relaciones entre propiedades topológicas de la densidad electrónica y el potencial electrostático en estos puntos críticos de enlace revela que, mientras algunas propopiedades topológicas presentan una verdadera dependencia exponencial, en el resto de propiedades esta dependencia es sólo aparente.
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Bibliographical Information:

Advisor:Molins Grau, Elies

School:Universitat Autónoma de Barcelona

School Location:Spain

Source Type:Master's Thesis

Keywords:404 departament de fisica

ISBN:

Date of Publication:07/04/2003

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