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Química Computacional.
Angelica Ximena Quintero Salazar.
Laura Sophia Lince Cardona.
Shinye Gunney Jamioy Mestre.
Esteban Alejandro Sandoval Mendez.
Universidad Nacional de Colombia.
Facultad de Ingeniería (Ingeniería química).
Manizales, Colombia 
27 agosto de 2022
Química Computacional.
Angelica Ximena Quintero Salazar.
Laura Sophia Lince Cardona.
Shinye Gunney Jamioy Mestre.
Esteban Alejandro Sandoval Mendez.
Director:
Exposición Programación en Ingeniería.
Universidad Nacional de Colombia.
Manizales 27 agosto de 2022 
Contenido
1. Química computacional.	4
1.1 ¿Qué es?	4
1.2. Historia De La Química Computacional	5
1.3. Herramientas informáticas en el diseño de nuevos fármacos.	8
1.4. Métodos Computacionales Comunes	9
1.4.1. Mecánica Cuántica Y Molecular.	9
1.4.2. Software Químicos.	10
Tabla de referencias	12
1. Química computacional.
	
	La química computacional consiste en la predicción de las propiedades de sistemas atómicos y moleculares mediante cálculos complejos con ordenador basados en las leyes fundamentales de la mecánica cuántica.
	Una vez conocida la estructura, es posible predecir características tales como la estabilidad de los sistemas químicos, estudiar diferencias energéticas entre diferentes estados, predecir propiedades, predecir propiedades espectroscópicas o mecanismos de reacción a nivel atómico.
1.1 ¿Qué es?
La química computacional es una disciplina de la química que utiliza modelos computacionales para resolver problemas químicos mediante técnicas y simulaciones computacionales. Su propósito de estudio fundamental es pronosticar cualquier clase de propiedades moleculares de estructura química, valiéndose de la fisicoquímica, la física molecular y la física cuántica, así mismo del empleo de las distintas técnicas teóricas.Muchos métodos de la química computacional pueden ser aplicados por cualquier científico, no solamente por especialistas en la materia, aunque se debe tener en cuenta que para su aplicación es necesario poseer los conocimientos básicos teóricos químicos, la capacidad de análisis para emitir un juicio ajustado, y la destreza requerida en manejo de software y de los recursos de hardware para que funcionen correctamente los programas de cálculos químicos.
Los análisis de la química computacional se ponen en práctica cuando la experimentación de laboratorio es inadecuada, inviable o imposible debido a los factores externos que influyen en algunos experimentos, tales como: temperaturas elevadas, cualidades de vacío, etc. o bien a los altos costos que producen.
Una de las grandes ventajas de la química computacional es el gran ahorro de tiempo y dinero que supone. Repetir experimentos en el laboratorio supone un enorme gasto de reactivos y disolventes, además de grandes preocupaciones para dar con las condiciones de reacción idóneas. Preguntarle al ordenador suele ser más sencillo. Introduciendo unas cuantas fórmulas y parámetros, los programas de química computacional pueden predecir qué funciona mejor. Y, generalmente, aciertan. Y no sólo sirven para adivinar el futuro, también son muy útiles para explicar qué pasa dentro de los matraces de los químicos experimentales.
Química computacional. (2020). Química computacional. Recuperado 2022, de http://labvirtual.iciq.es/es/quimica-computacional/?pdf=379#:~:text=Una%20de%20las%20grandes%20ventajas,las%20condiciones%20de%20reacci%C3%B3n%20id%C3%B3neas.
 Química computacional. (2020). Química computacional. Recuperado 2022, de http://labvirtual.iciq.es/es/quimica-computacional/?pdf=379#:~:text=Una%20de%20las%20grandes%20ventajas,las%20condiciones%20de%20reacci%C3%B3n%20id%C3%B3neas.
1.2. Historia De La Química Computacional
La química computacional tiene sus inicios a mitad del siglo XX. Surgió en las grandes compañías farmacéuticas de forma paralela al desarrollo exponencial de la computación en los años 70’; también se puede decir, que surge de la necesidad de obtener resultados más precisos de las ecuaciones que se habían desarrollado a partir de la Ecuación de Schrödinger para la Química Cuántica y es ampliamente utilizada desde hace varias décadas en el diseño de nuevos medicamentos y materiales. Su creación se da al haber la necesidad de comprender aspectos que no se pueden resolver de manera práctica ya sea por la complejidad de su realización de forma teórica o por la imposibilidad de hacerse en el laboratorio debido a que el material tenga una reacción muy rápida o se necesite una temperatura muy difícil de alcanzar, el hecho es que esta nace para resolver estos problemas que en su momento afectó tanto a los científicos y así poder comprender más las reacciones.
Durante los 70', diferentes métodos comienzan a ser vistos como parte de una nueva disciplina emergente de química computacional. La primera publicación del jornal de química computacional fue publicada en 1980.A comienzos de los 70', eficientes programas computacionales ab initio tales como atmol, gaussian, Ibmol y polyaytom, comienzan a ser utilizados para acelerar los cálculos ab initio de órbitas moleculares. De estos programas sólo GAUSSIAN, masivamente expandido, está aún en uso, siendo uno de los tantos utilizados hoy en día.
Podríamos decir que el primer paso que ayudó a su surgimiento fue la ecuación del australiano Schrödinger que la creó en 1925 trata sobre la mecánica cuántica la cual permite calcular la función de onda en un sistema que posibilita anticipar la probabilidad de los eventos. 
El principal uso de la química computacional es el poder calcular propiedades de mecánica cuántica entonces la realización de esta fórmula hizo un aporte en el proceso, pero con ella surge un problema como esta se tendría que hacer por aproximación no es exacta y al ser la naturaleza de lo microscópico se tendrían que hacer experimentos para corroborarlo. Y siendo una fórmula tan compleja necesito de métodos computacionales que contarán con la elaboración de algoritmos y herramientas matemáticas que pudieran simular estos procesos que son complejos en la realidad con mayor exactitud y allí poderlos llevar a la experimentación.
Ahora se necesitó de la creación de la computadora para poder continuar con esta disciplina, pero en sus inicios era poco accesible por lo que estuvo un tiempo estancada, aunque siguió desarrollándose en la química teórica. Fue entonces en la década de los 40 cuando los científicos pudieron acceder a un computador y se crearon los primeros sistemas que podían dar aproximaciones y los llamaron ab initio (desde el principio). El primer ab initio que se usó fue el método de hartree-fock que tiene como sentido el desarrollo de átomos de múltiples electrones y es la base de partida de orbitales atómicos.
Utilizando el anterior método con la ayuda de la herramienta o sea el computador en la década de los 50 fueron llevados a cabo los primeros cálculos orbitales atómicos.  
1 imagen de referencia 
Como es una disciplina utilizada por la ciencia esta tiene que ir actualizándose en conjunto y otro motivo que la ínsita a ir mejorándolo es porque su herramienta principal también vive en una constante actualización por eso a comienzos de los 70 se empiezan a utilizar programas tales como ATMOL y Gaussian para acelerar los cálculos de los ab initio. Por esta misma fecha es visto por primera vez en un libro el término de química computacional en Computers and Their Role in the Physical Sciences Sidney Fernbach y Abraham Haskell Taub.
La química computacional a pesar de que es una disciplina relativamente joven se ha convertido en una poderosa herramienta que actualmente usa programas diferentes para la realización de su labor, pero principalmente los químicos utilizan Gabedit ya que además de ser gratuito es el más compatible con otros programas que trabajan con algoritmos. 
2 imagen de referencia
La química computacional se ha venido actualizando de varias formas y tuvo un gran auge en pandemia por la necesidad de trabajar en el hogar, pero se puede decir que esta irá creciendoa medida que se desarrolle más la tecnología. 
Química computacional. (2020a). Química computacional. Recuperado 2022, de http://labvirtual.iciq.es/es/quimica-computacional/?pdf=379#:~:text=Una%20de%20las%20grandes%20ventajas,las%20condiciones%20de%20reacci%C3%B3n%20id%C3%B3neas.
Química computacional. (2020a). Química computacional. Recuperado 2022, de http://labvirtual.iciq.es/es/quimica-computacional/?pdf=379#:~:text=Una%20de%20las%20grandes%20ventajas,las%20condiciones%20de%20reacci%C3%B3n%20id%C3%B3neas.
Química computacional. (2020a). Química computacional. Recuperado 2022, de http://labvirtual.iciq.es/es/quimica-computacional/?pdf=379#:~:text=Una%20de%20las%20grandes%20ventajas,las%20condiciones%20de%20reacci%C3%B3n%20id%C3%B3neas.
1.3. Herramientas informáticas en el diseño de nuevos fármacos.
 En el sector farmacéutico desde los años 80 con el crecimiento de la computación la química computacional se empleó como un método para las mejoras al momento del desarrollo de fármacos; uno de los estudios de mayor interés en química computacional son los estudios in silico (hecho por computadora o vía simulación computacional) ya que gracias a estos como en el caso de bases de datos de fármacos y de proteínas permiten simular la interacción entre ellos (fármaco-receptor), y así comprueban el mecanismo de acción de fármacos y permiten la identificación de una o varias dianas moleculares asociadas a una enfermedad específica a través de éstos se puede predecir la eficacia y seguridad de un compuesto o fármaco; Las herramientas computacionales en los fármacos son de gran interés para el establecimiento y diseño de nuevas estructuras químicas y selección de moléculas evaluando mediante estas técnicas la biodisponibilidad y farmacocinética de los fármacos.
El DIFAC es una integración de métodos (El diseño de fármacos asistido por computadora) tiene como principio entender las relaciones estructura-actividad biológica o farmacológica de compuestos, está incorporado por diversas áreas de la investigación que incluyen a la quimio informática, bioinformática, modelado molecular, química teórica y visualización de datos.
 
	Falsa expectativa
	Visión realista
	Las computadoras pueden diseñar fármacos
	Los métodos computacionales no diseñan fármacos por sí solos; forman parte de un esfuerzo multidisciplinario para alcanzar un objetivo extremadamente complejo
	Un cálculo teórico (por ejemplo, de acoplamiento molecular o docking) demuestra la unión fármaco-blanco molecular
	Cálculos de acoplamiento molecular dan hipótesis y proponen modelos de unión; se utilizan como apoyo a los experimentos que son los que demuestran la unión
	Se puede diseñar fármacos apretando botones (push-a-bottom drug discovery)
	El DIFAC es un proceso que requiere gran cantidad de preparación, análisis e interpretación de resultados que se obtienen de la computadora
	El DIFAC es rápido porque lo hacen las computadoras
	No; la preparación de datos e interpretación de resultados, que forman parte fundamental del DIFAC, son procesos que requieren de un tiempo que puede durar meses
3 tabla de referencia
1.4. Métodos Computacionales Comunes
 
· acoplamiento molecular (docking).
· la base de datos DrugBank es una fuente “quimioinformática” que proporciona datos sobre fármacos.
·Para la visualización de proteínas y su interacción con fármacos son usados los programas Pymol y Discovery studios.
· ChemDraww (SciFINDER) es un programa que ayuda a los diseños de las estructuras moleculares para luego ser convertidos a 3D para la simulación con los compuestos de interés.
metodos computacionales. (2017). metodos computacionales. Recuperado 2022, de https://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-893X2017000100009#B10
Guia de laboratorio. (2020). Guia de herramientas computacionales. Recuperado 2022, de http://bonga.unisimon.edu.co/bitstream/handle/20.500.12442/7990/Gu%c3%ada%20de%20Herramientas%20computacionales%20para%20el%20dise%c3%b1o%20de%20nuevos%20f%c3%a1rmacos.pdf?sequence=1&isAllowed=y
1.4.1. Mecánica Cuántica Y Molecular.
 La química computacional en mecánica cuántica y molecular se desarrolla gracias al estudio de la aplicación de cálculos numéricos y computacionales a la estructura molecular y comprenden de una forma más eficaz el comportamiento de la materia a diferentes escalas. 
La ecuación fundamental en la mecánica cuántica es la ecuación diferencial en derivadas parciales de Schrödinger ya anteriormente mencionado, por lo cual la química computacional es importante al momento de resolver los diferentes cálculos matemáticos  de esta manera facilita la posibilidad de predecir características químicas como la estabilidad de los sistemas y estudiar las diferencias o variables que se presenten en cualquier procedimiento cuántico o molecular, por otro lado las aplicaciones para la mecánica molecular pueden ser variadas ya que el costo de esta en la computación es bajo.
La diferencia fundamental entre la computación cuántica y la tradicional está en que, La Computación Cuántica utiliza los múltiples estados espín de los electrones para codificar la información, en lugar de utilizar los dos únicos estados binarios electrónicos (0) y (1) disponibles en la computación tradicional, su aplicación se extiende por numerosos sectores como:
· simulaciones en sistemas cuánticos 
· avances en el conocimiento como lo son la genética y fármacos 
· precisión y rapidez en los procesos de verificación 
Los bits de los ordenadores clásicos guardan solo un bit de información (0) o (1); sin embargo, los qubits pueden estar en ambos estados diferentes al mismo tiempo y también en estados intermedios, puesto que los electrones pueden estar en muchos sitios a la vez. Este comportamiento se denomina Superposición de los estados cuánticos.Una partícula cuántica puede estar en una superposición de todos sus estados clásicos posibles a esto se le llama superposición de los estados cuánticos.
Torrez, G. (2009). Introducción a la química computacional. Tema1_01_doc.pdf. Recuperado 2022, de https://ocw.uma.es/pluginfile.php/1294/mod_resource/content/0/Tema1_01_doc.pdf#:~:text=La%20Mec%C3%A1nica%20Molecular&text=Las%20interacciones%20determinan%20la%20distribuci%C3%B3n,cientos%20o%20miles%20de%20%C3%A1tomos.
Cornejo, L. (2021, 7 enero). La Física/Química Cuántica Computacional. Nuevas Tecnologías y Materiales. Recuperado 2022, de https://nuevastecnologiasymateriales.com/la-fisica-quimica-cuantica-computacional-2/#:%7E:text=El%20objetivo%20de%20la%20mec%C3%A1nica,en%20la%20F%C3%ADsica%2FQu%C3%ADmica%20computacional.
1.4.2. Software Químicos.
Dependiendo del propósito de la investigación se realiza un software para que pueda cumplir esa función o tarea, algunos incluyen muchos métodos cubriendo una amplia gama de conceptos, mientras que otros cubren sólo un área específica o incluso un simple método. En la industria estos sirven para centralizar la gestión de todas las áreas de este sector; como es la producción, control de calidad o abastecimiento; para mejorar su rentabilidad y productividad. A continuación, tendremos ejemplos de diferentes softwares que se emplean en la química computacional para distintos fines:
· Programas computacionales de química cuántica.
· Programas de la teoría del funcional de la densidad.
· Programas de mecánica molecular.
· Programas semi-empíricos.
· Programas de sistemas de estado sólido con condiciones de borde periódicas.
· Programas para uniones de valencia.
En conclusión, se pueden crear programas que realicen experimentos químicos (como lo muestra la imagen) con concentraciones y cantidades diferentes hasta cálculos cuánticos.
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Tabla de referencias
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2 imagen de referencia	7
3 tabla de referencia	8
4 imagen de referencia	11
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