用拓扑指数T研究有机化合物定量构性关系

论文摘要

图论是离散数学的一个分支, 它与拓扑学和组合数学密切相关。将图论应用 于化学, 则称为化学图论。利用化学图论方法进行定量结构活性/ 性质相关性 （QSAPUQSPR,QuantitatiVe Stmcture Activity Relationsl-dps/Quantitative Stmcture Property Relationships）研究是计算机化学的重要分支和热点研究领域。本文在回顾化学图论发展历史的基础上, 主要针对其中的拓扑指数原理及其 应用现状做了较为详尽的阐述, 指现有拓扑指数的特点、优点及不足, 按照模块 化思想对拓扑结构产生器部分的设计进行了探讨和尝试, 以图论中顶点邻接矩阵 和距离矩阵的定义为基础提出了一种全新的拓扑指数T。国内外的学者已经对拓扑指数的算法和应用进行过多角度的研究, 但迄今为 止, 还少有能够对含有杂原子的化合物进行有效表征和物性预测的拓扑指数。本 文提出的T 指数不仅满足高的选择性和与物性良好的相关性, 而且能够将饱和链 烷烃和含有杂原子及环状结构的有机化合物统一到一个算法下进行计算, 具有较 强的普适性。因此, 本文的研究不仅为化学图论的应用提供了一个新的方向和实 践案例,也为构性关系研究积累了新的数据与参考依据。为了验证T 指数对不同化合物物性的预测能力, 本文考查了T 指数与饱和链 烷烃的沸点、辛醇/水分配系数、标准生成焓的负值-△fH298（g）、标准熵S298θ（g）、 标准生成自由能△fG298θ（g）,环烷烃和一元醇的辛醇/水分配系数以及一元酮的沸点 等四类化合物的多种物性的相关性,并建立了相应的数学模型。研究结果显示: T 指数与饱和链烷烃和一元酮的沸点相关性最好（ 相关系数 R>0.98）;在与饱和链烷烃三种热力学性质的相关性验证中,除与标准生成自由能 △fG298θ（g）的相关性较差（R=0.8917）外,其余吻合良好（R>0.94）;在与饱和链烷烃、 环烷烃和一元醇的辛醇/ 水分配系数的验证中也取得了良好的结果（ R = 0 . 9 0 8 9 ～0.9689）。有机化合物的性质/ 活性在很大程度上受其结构的影响。但在其内部作用机理 尚不完全清楚的情况下, 通过忽略一些相对次要的因素使之易于建立数学模型, 就可以在一定程度上预测化合物的物性。本研究在选取构造T 指数的参数时, 既 充分考虑了参数的物理化学意义, 同时又注意了算法的简易性, 因而实现了简单 性、实用性与通用性的统一。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 计算机化学概述
• 1.2 QSAR/QSPR 应用简介
• 1.2.1 化学结构在计算机内的表示
• 1.2.2 QSAR/QSPR 的国外研究现状
• 1.2.3 QSAR/QAPR 的国内研究现状
• 1.3 本文的研究内容
• 2 拓扑指数综述及 T 指数的构造
• 2.1 化学图论的基本概念
• 2.1.1 图的定义
• 2.1.2 邻接及关联
• 2.1.3 化学图
• 2.1.4 图论矩阵
• 2.2 拓扑结构产生器的原理及设计
• 2.2.1 拓扑结构产生器概述
• 2.2.2 拓扑结构产生的确定性算法
• 2.2.3 拓扑结构产生的随机算法
• 2.2.4 子结构扩展生成算法示例
• 2.3 拓扑指数概念及综述
• 2.4 拓扑指数 T 的原理及算法
• 3 T 指数与饱和烃类化合物的构性关系分析
• 3.1 概述
• 3.2 饱和链烷烃化合物 T 指数与沸点的相关性研究
• 3.3 饱和链烷烃 T 指数与辛醇/水分配系数的相关性研究
• 3.4 饱和链烷烃化合物 T 指数与热力学性质的相关性研究
• fH₂₉₈^θ（g）的相关性研究'>3.4.1 饱和链烷烃的 T 指数与-△_fH₂₉₈^θ（g）的相关性研究
• 298^θ（g）的相关性研究'>3.4.2 饱和链烷烃的 T 指数与 S₂₉₈^θ（g）的相关性研究
• fG₂₉₈^θ（g）的相关性研究'>3.4.3 饱和链烷烃的 T 指数与-△_fG₂₉₈^θ（g）的相关性研究
• 3.5 环烷烃化合物 T 指数与辛醇/水分配系数的相关性研究
• 4 T指数与部分非烃类化合物的构性关系分析
• 4.1 概述
• 4.2 用于非烃类化合物计算的 T 指数算法
• 4.3 饱和一元醇 T 指数与辛醇/水分配系数的相关性研究
• 4.4 一元酮化合物 T 指数与沸点的相关性研究
• 5 T 指数与其它拓扑指数的比较
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附:作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• 独创性声明
• 学位论文版权使用授权书