En química , un modelo de relleno espacial , también conocido como modelo de calota , es un tipo de modelo molecular tridimensional (3D) donde los átomos están representados por esferas cuyos radios son proporcionales a los radios de los átomos y cuyas distancias de centro a centro son proporcionales a las distancias entre los núcleos atómicos , todo en la misma escala. Los átomos de diferentes elementos químicos suelen representarse mediante esferas de diferentes colores.
Los modelos de casquete que llenan el espacio también se conocen como modelos CPK en honor a los químicos Robert Corey , Linus Pauling y Walter Koltun, quienes a lo largo del tiempo desarrollaron el concepto de modelado en una forma útil. [1] Se distinguen de otras representaciones 3D, como los modelos de bolas y palos y esqueléticos , por el uso de esferas que llenan el espacio de "tamaño completo" para los átomos. Los modelos son táctiles y se pueden rotar manualmente. Son útiles para visualizar la forma efectiva y las dimensiones relativas de una molécula y (debido a la capacidad de rotación) las formas de la superficie de los diversos conformadores . Por otro lado, estos modelos enmascaran los enlaces químicos entre los átomos y dificultan ver la estructura de la molécula que está oscurecida por los átomos más cercanos al espectador en una pose particular. Por esta razón, dichos modelos son de mayor utilidad si se pueden utilizar de forma dinámica, especialmente cuando se emplean con moléculas complejas (por ejemplo, véase la mayor comprensión de la forma de las moléculas que se obtiene cuando se hace clic en el modelo de THC para rotar).
Los modelos de relleno de espacio surgen de un deseo de representar moléculas de maneras que reflejen las superficies electrónicas que presentan las moléculas, que dictan cómo interactúan, unas con otras (o con superficies, o macromoléculas como enzimas, etc.). Los datos cristalográficos son el punto de partida para comprender la estructura molecular estática, y estos datos contienen la información rigurosamente requerida para generar representaciones de relleno de espacio (por ejemplo, ver estos modelos cristalográficos ); sin embargo, la mayoría de las veces, los cristalógrafos presentan las ubicaciones de los átomos derivados de la cristalografía a través de " elipsoides térmicos " cuyos parámetros de corte se establecen por conveniencia tanto para mostrar las ubicaciones de los átomos (con anisotropías ) como para permitir la representación de los enlaces covalentes u otras interacciones entre átomos como líneas. En resumen, por razones de utilidad, los datos cristalográficos históricamente han aparecido en presentaciones más cercanas a los modelos de bolas y palos. Por lo tanto, aunque los datos cristalográficos contienen la información para crear modelos que llenan el espacio, quedó en manos de las personas interesadas en modelar una forma estática efectiva de una molécula, y el espacio que ocupaba, y las formas en las que podría presentar una superficie a otra molécula, desarrollar el formalismo mostrado arriba.
En 1952, Robert Corey y Linus Pauling describieron modelos a escala precisos de moléculas que habían construido en Caltech . [1] En sus modelos, imaginaron que la superficie de la molécula estaba determinada por el radio de van der Waals de cada átomo de la molécula, y crearon átomos como esferas de madera dura de diámetro proporcional al radio de van der Waals de cada átomo, en la escala 1 pulgada = 1 Å . Para permitir enlaces entre átomos, se cortó una porción de cada esfera para crear un par de caras planas coincidentes, con los cortes dimensionados de modo que la distancia entre los centros de las esferas fuera proporcional a las longitudes de los tipos estándar de enlaces químicos. [1] Se diseñó un conector: un casquillo de metal que se enroscaba en cada esfera en el centro de cada cara plana. Luego, las dos esferas se mantuvieron firmemente juntas mediante una varilla de metal insertada en el par de casquillos opuestos (con sujeción mediante tornillos). Los modelos también tenían características especiales para permitir la representación de enlaces de hidrógeno . [1] [ verificación necesaria ] [2]
En 1965, Walter L. Koltun diseñó y patentó un sistema simplificado con átomos de plástico moldeado de varios colores , que se unían mediante conectores a presión especialmente diseñados; este sistema más simple logró esencialmente los mismos fines que el sistema Corey-Pauling, [4] [5] y permitió el desarrollo de los modelos como una forma popular de trabajar con moléculas en entornos de capacitación e investigación. Estos modelos de relleno de espacio de tipo van der Waals, codificados por colores y definidos por la longitud de enlace, ahora se conocen comúnmente como modelos CPK, en honor a estos tres desarrolladores del concepto específico.
En los esfuerzos de investigación modernos, la atención volvió al uso de modelos cristalográficos ricos en datos en combinación con métodos computacionales tradicionales y nuevos para proporcionar modelos de moléculas que llenan el espacio, tanto simples como complejas, donde se agregó información como qué partes de la superficie de la molécula eran fácilmente accesibles al solvente , o cómo las características electrostáticas de una representación que llena el espacio, que en el caso de CPK se deja casi por completo a la imaginación, se podrían agregar a los modelos visuales creados. Las dos imágenes finales brindan ejemplos de este último tipo de cálculo y representación, y su utilidad.
