En química , un modelo de llenado de espacio , 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 cuyo centro a -las distancias entre centros son proporcionales a las distancias entre los núcleos atómicos , todos en la misma escala. Los átomos de distintos elementos químicos suelen estar representados por esferas de distintos colores.
Los modelos de calota que llenan el espacio también se conocen como modelos CPK en honor a los químicos Robert Corey , Linus Pauling y Walter Koltun, quienes durante un período de tiempo desarrollaron el concepto de modelado en una forma útil. [1] Se distinguen de otras representaciones 3D, como los modelos de bola y palo y de esqueleto , por el uso de esferas de "tamaño completo" que llenan el espacio para los átomos. Los modelos son táctiles y giratorios manualmente. Son útiles para visualizar la forma efectiva y las dimensiones relativas de una molécula y (debido a la rotabilidad) las formas de la superficie de los distintos confórmeros . Por otro lado, estos modelos enmascaran los enlaces químicos entre los átomos y dificultan ver la estructura de la molécula que queda oscurecida por los átomos más cercanos al espectador en una pose particular. Por esta razón, dichos modelos son de mayor utilidad si se pueden usar dinámicamente, especialmente cuando se usan con moléculas complejas (por ejemplo, consulte 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 llenado de espacio surgen del deseo de representar moléculas de manera que reflejen las superficies electrónicas que presentan las moléculas, que dictan cómo interactúan entre sí (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 necesaria para generar representaciones que llenen el espacio (por ejemplo, consulte estos modelos cristalográficos ); Sin embargo, la mayoría de las veces, los cristalógrafos presentan las ubicaciones de los átomos derivadas 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 bola y palo. Por lo tanto, si bien los datos cristalográficos contienen la información para crear modelos que llenan el espacio, quedaba para los individuos interesados en modelar una forma estática efectiva de una molécula, el espacio que ocupaba y las formas en que podría presentar una superficie a otra molécula. para desarrollar el formalismo mostrado anteriormente.
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 de diámetro proporcional al radio de van der Waals de cada átomo, en la escala 1 pulgada = 1 Å . Para permitir los enlaces entre átomos, se cortó una porción de cada esfera para crear un par de caras planas coincidentes, y los cortes se dimensionaron 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 metálica insertada en el par de casquillos opuestos (con fijación mediante tornillos). Los modelos también tenían características especiales para permitir la representación de los enlaces de hidrógeno . [1] [ verificación necesaria ] [2]
En 1965, Walter L. Koltun diseñó y patentó un sistema simplificado con átomos de plástico moldeados 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 modelos como una forma popular de trabajar con moléculas en entornos de formación e investigación. Estos modelos de relleno de espacio tipo van der Waal, codificados por colores y con longitud de enlace definida, 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 nuevos y tradicionales para proporcionar modelos de moléculas que llenen el espacio, tanto simples como complejos, donde se agrega 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, podrían agregarse a los modelos visuales creados. Las dos imágenes finales dan ejemplos del último tipo de cálculo y representación, y su utilidad.
