Interactions between electrons determine the structure and properties of matter from molecules to solids. Therefore, the understanding of the electronic structure of molecules will enable us to extract relevant chemical information. In the first part of this thesis, we focus our attention on the analysis of chemical bonding by means of the Electron Localization Function (ELF) and the Domain-Averaged Fermi Hole analysis (DAFH). In the second part, we assess the performance of some indicators of aromaticity by analyzing their advantages and drawbacks. We propose a series of tests based on well-known aromaticity trends that can be applied to evaluate the aromaticity of current and future indicators of aromaticity in both organic and inorganic species. Moreover, we investigate the nature of electron delocalization in both aromatic and antiaromatic systems in the light of Hückel’s (4n + 2) rule. Finally, we analyze the phenomenon of multiple aromaticity in all-metal clusters. / Les interaccions entre electrons determinen l’estructura i propietats de la matèria. Per tant, la comprensió de l’estructura electrònica de les molècules ens permetrà extreure informació química rellevant. En la primera part d’aquesta tesi, centrem la nostra atenció en l’anàlisi de l’enllaç químic per mitjà de la funció de localització electrònica (ELF) i l’anàlisi dels anomenats domain averaged Fermi holes (DAFH). En la segona part, s’avalua el comportament d’alguns indicadors d’aromaticitat analitzant els seus avantatges i inconvenients. Al llarg d’aquesta part, es proposen una sèrie de tests basats en tendències d’aromaticitat conegudes que es poden aplicar per avaluar el comportament dels indicadors actuals en espècies tan orgàniques com inorgàniques. A més a més, s’investiga la naturalesa de la deslocalització d’electrons en sistemes aromàtics i antiaromàtics que segueixen la regla 4n+2 que proposà Hückel. Finalment, analitzem el fenomen de l’aromaticitat múltiple en sistemes metàl•lics

En la literatura sobre mecànica quàntica és freqüent trobar descriptors basats en la densitat de parells o la densitat electrònica, amb un èxit divers segons les aplicacions que atenyin. Per tal de que tingui sentit químic un descriptor ha de donar la definició d'un àtom en una molècula, o ésser capaç d'identificar regions de l'espai molecular associades amb algun concepte químic (com pot ser un parell solitari o zona d'enllaç, entre d'altres). En aquesta línia, s'han proposat diversos esquemes de partició: la teoria d'àtoms en molècules (AIM), la funció de localització electrònica (ELF), les cel·les de Voroni, els àtoms de Hirshfeld, els àtoms difusos, etc.L'objectiu d'aquesta tesi és explorar descriptors de la densitat basats en particions de l'espai molecular del tipus AIM, ELF o àtoms difusos, analitzar els descriptors existents amb diferents nivells de teoria, proposar nous descriptors d'aromaticitat, així com estudiar l'habilitat de totes aquestes eines per discernir entre diferents mecanismes de reacció. / In the literature, several electronic descriptors based in the pair density or the density have been proposed with more or less success in their pratical applications. In order to be chemically meaningful the descriptor must give a definition of an "atom" in a molecule, or instead be able to identify some chemical interesting regions (such as lone pair, bonding region, among others). In this line, several molecular partition schemes have been put forward: atoms in molecules (AIM), electron localization function (ELF), Voronoi cells, Hirshfeld atoms, fuzzy atoms, etc. The goal of this thesis is to explore the density descriptors based on the molecular partitions of AIM, ELF and fuzzy atom, analyze the existing decriptors at several levels of theory, propose new aromaticity descriptors, and study its ability to discern between different mechanisms of reaction.

La present tesi doctoral s'emmarca dins el camp de la química teòrica icomputacional. El primer objectiu, que va ser el de partida, consistia a veure si els índexosbielectrònics derivats de la teoria AIM podien ser útils per estudiar la reorganitzacióelectrònica al llarg d'una reacció. De forma paral·lela es va plantejar un objectiumetodològic, el càlcul dels índexos mencionats a altres nivells de teoria, com podia serDFT o CI. CI. Aquests dos objectius varen portar a molts d'altres, tot i que els principals són:Objectiu 1. Estudi de la reorganització de parells d'electrons al llarg d'unareacció.Objectiu 2. Efecte de la solvatació sobre l'estructura de parells d'electrons d'unamolècula.Objectiu 3. Càlcul dels índexos de localització i deslocalització als nivells de teoriadel funcional de la densitat i post-Hartree-Fock.Objectiu 4. Caracterització de l'enllaç per pont d'hidrogen per mitjà del'estructura dels parells d'electrons.Objectiu 5. L'índex de deslocalització: nou criteri electrònic d'aromaticitat.