Grafo molecolare

Nella teoria chimica dei grafi, un grafo molecolare o grafo chimico è la rappresentazione della formula di struttura di un composto chimico mediante l'utilizzo di un grafo. La sua introduzione si ritiene dovuta a Arthur Cayley, il quale ne fece uso in una pubblicazione del 1874 in cui trattava gli isomeri ancora prima dell'introduzione del termine "grafo".

Grafo molecolare che descrive la struttura di un dendrimero

Descrizione

Un grafo molecolare è un grafo etichettato i cui vertici corrispondono agli atomi del composto e i lati corrispondono ai legami chimici. I suoi vertici sono etichettati con il tipo di atomi corrispondenti e i lati sono etichettati con i tipi di legame. A seconda degli scopi è possibile ignorare l'etichettatura. Esistono grafi molecolari in cui vengono eliminati i vertici corrispondenti all'idrogeno.

I grafi molecolari possono distinguere i differenti isomeri strutturali, ovvero composti quali pentano e neopentano che possiedono la stessa formula molecolare ma grafi non isomorfi. D'altra parte il grafo molecolare normalmente non contiene alcuna informazione riguardo alla disposizione tridimensionale dei legami, e perciò non è in grado di fare distinzione tra conformeri (come cis e trans 2-butene) o tra stereoisomeri (come D- e L-gliceraldeide).

In alcuni casi importanti, come nel calcolo dell'indice topologico, è sufficiente la seguente definizione classica: il grafo molecolare è un grafo collegato e non direzionato in corrispondenza biunivoca con la formula di struttura del composto chimico cosicché i vertici del grafo corrispondono agli atomi della molecola e i lati del grafo corrispondono ai legami chimici tra questi atomi. Una variante consiste nel rappresentare i materiali mediante grafi geometrici infiniti, in particolare nel caso dei grafi periodici utilizzati per descrivere i cristalli.

Bibliografia

• Danail Bonchev, Chemical Graph Theory: Introduction and Fundamentals, Taylor & Francis, 1991, ISBN 9780856264542.