Модифицированные теоретико-информационные индексы в решении задачи «структура-свойство»

Аббасов Зияфет Сабир оглы — Wed, 20 Aug 2014 08:42:12 +0000

Изучение физико-химических свойств веществ осуществляется на основе лабораторных испытаний. Однако, используя корреляционные графики, выражающие зависимость между топологическими индексами и свойствами веществ, без проведения лабораторных испытаний, изучение свойств веществ является направлением, обладающим широкими перспективами.
Среди топологических индексов, применяемых в сфере изучения свойств химических соединений, можно указать Саркар [1], Раухаудхури [2], Рой [3,4] и др.
Выбор нужного индекса для подробного изучения отдельных свойств является важной задачей. Если при применении какого-либо свойства определенный индекс дает положительные результаты, применение другого индекса не дает возможность для получения точной информации.
Необходимо отметить, что наряду со множеством положительных результатов используемых индексов, в исследованиях, проводимых в различных направлениях, возникают определенные трудности. Примером этому могут служить соединения с различными галогенами в идентичном состоянии одного вещества (C₄H₉F, C₄H₉Cl, C₄H₉Br, C₄H₉J).
Так как атомы элементов в топологических индексах, вычисляемых на основе теории графа, указываются в одинаковых точках, значения, полученные от вычисления топологических индексов веществ с различными галогенами в идентичном состоянии, бывают равными и построение корреляций, выражающих «структура-свойство», становится невозможным.
Проводимые мною исследования в данном направлении дали удачные результаты. Так, новые модификации, полученные прибавлением радиусов различных элементов к вычислению индексов, обеспечили полное решение проблемы.
Информационное содержание графа относительно окрестности к-го порядка (IC_k), полного информационного содержания (TIC_k), структурное информационное содержание (SIC_k), информационное содержание связывания (BIC_k) и комплементарное информационное содержание (CIC_k) (к=0-2) могут быть рассчитаны следующим образом [5]:

(1)
(2)
(3)
(4)
(5)

где n - число вершин графа, равное , n_i – количество вершин в подмножестве i, N - число ребер графа, R_i – радиус атома.
Топологические индексы , , и химических соединений CH₃ X, C₂H₅X, C₃H₇X, C₄H₉X (X>F, Cl, Br, J) даны в следующей таблице.

Таблица 1

Формула
CH₃ F	0,0889	0,4443	2,233	0,0889	0,4443	2,233	0,0889	0,4443	2,233
CH₃Cl	0,1051	0,52565	2,2168	0,1051	0,52565	2,2168	0,1051	0,52565	2,2168
CH₃Br	0,1121	0,5605	2,2098	0,1121	0,5605	2,2098	0,1121	0,5605	2,2098
CH₃J	0,1209	0,6046	2,201	0,1209	0,6046	2,201	0,1209	0,6046	2,201
C₂H₅F	0,085	0,6797	2,915	0,1042	0,8337	2,8958	0,1364	1,091	2,8636
C₂H₅Cl	0,0981	0,7847	2,9019	0,1173	0,9387	2,8827	0,1495	1,196	2,8505
C₂H₅Br	0,1037	0,8297	2,8963	0,123	0,9837	2,877	0,1551	1,241	2,8449
C₂H₅J	0,1108	0,8867	2,8892	0,1301	1,0407	2,8699	0,1622	1,298	2,83775
C₃H₇F	0,0815	0,8963	3,3779	0,1148	1,2624	3,3447	0,1673	1,84	3,2922
C₃H₇Cl	0,0925	1,0174	3,3669	0,1258	1,3835	3,33365	0,1783	1,961	3,28115
C₃H₇Br	0,0972	1,0693	3,3622	0,1305	1,4354	3,3289	0,183	2,013	3,2764
C₃H₇J	0,1032	1,135	3,3562	0,1365	1,50115	3,323	0,189	2,0787	3,2705
C₄H₉F	0,0789	1,1043	3,7285	0,1119	1,5663	3,6955	0,175	2,4504	3,6323
C₄H₉Cl	0,0884	1,2376	3,719	0,1214	1,6996	3,686	0,1845	2,5836	3,6228
C₄H₉Br	0,0925	1,2947	3,715	0,1255	1,7567	3,6819	0,1886	2,6408	3,6187
C₄H₉J	0,09765	1,3671	3,7097	0,13065	1,8291	3,6767	0,1938	2,7132	3,61355

Рассмотрим линейные корреляции, выражающие зависимость между плавлением, кипением соединений C₂H₅X, C₃H₇X, C₄H₉X (X>F, Cl, Br, J) с вычисленными индексами.
Температуры плавления и кипения некоторых алкилгалогенидов представлены в таблице-2 [6].

Таблица 2

Формула	Температура плавления, ^оС	Температура кипения, ^оС
C₂H₅F	- 143,2	- 37,7
C₂H₅Cl	- 138,7	- 12,2
C₂H₅Br	- 119	38
C₂H₅J	- 108,5	72,2
C₃H₇F	- 159	- 3,2
C₃H₇Cl	- 122,8	47,2
C₃H₇Br	- 109,8	70,9
C₃H₇ J	- 101,4	102,4
CH₃Cl	- 97,7	- 24,22
C₄H₉Cl	- 123,1	78
C₄H₉F	- 134	32
C₄H₉Br	- 112,4	101,6
C₄H₉J	- 103,5	131

Рис. 1 Корреляция зависимости температуры кипения с топологическим индексом соединений C₂H₅F (I), C₂H₅Cl (II), C₂H₅Br (III), C₂H₅J (IV).

Рис. 2 Корреляция выражающая зависимость температуры кипения с топологическим индексом алкилгалогенидов C₃H₇F (I), C₃H₇Cl (II), C₃H₇Br(III), C₃H₇J (IV).

Рис. 3 Корреляция зависимости температуры плавления с топологическим индексом соединений C₃H₇F (I), C₃H₇Cl (II), C₃H₇Br (III), C₃H₇J (IV).

Рис. 4 Корреляция зависимости температуры кипения с топологическим индексом соединений C₄H₉F (I), C₄H₉Cl (II), C₄H₉Br (III), C₄H₉J (IV).
Если применить вновь модифицированные топологические индексы к соединениям с одинаковыми галогенами различных алканов, то получим линейную корреляцию, выражающую связи «структура-свойство».

Рис. 5 Корреляция, выражающая зависимость температуры кипения с топологическим индексом алкилгалогенидов CH₃Cl (I), C₂H₅Cl (II), C₃H₇Cl(III), C₄H₉Cl (IV).

Наряду с температурами плавления и кипения, построение корреляций, выражающих зависимость между вновь модифицированными топологическими индексами, успешно применяется при изучении неизвестных физико-химических свойств веществ.
Рассмотрим корреляцию, показывающую зависимость между плотностью веществ и топологическими индексами.
Плотности некоторых алкийодидов () представлены в нижеследующей таблице.Таблица 3

Алкилйодид

плотность

CH₃J

C₂H₅J

C₃H₅J

C₄H₉J

плотность

2,279

1,993

1,747

1,617

Рис. 6 Корреляция зависимости плотностей () с топологическими индексами химических соединений CH₃J (I), C₂H₅J (II), C₃H₇J (III), C₄H₉J (IV).

Возможно изучение неизвестных свойств веществ с помощью построенных корреляций без проведения лабораторных испытаний. Например, применив топологический индекс  соединения C₂H₅At к корреляции рис. 1, топологический индекс  соединения C₃H₇At к корреляции рис. 2, топологический индекс  соединения C₄H₉At к корреляции рис. 4, можно определить температуру кипения веществ.
Применив топологический индекс  соединений C₅H₁₁Cl, C₆H₁₃Cl и др. к корреляции рис. 5 можно определить температуру кипения веществ.
Вычислив математическим путем топологический индекс  веществ C₅H₁₁J, C₆H₁₃J и др. и применив в рисунку-6 можно найти плотности данных веществ ().
Таким образом, изучение свойств веществ возможно при применении вновь модифицированных индексов, без использования лабораторных испытаний.

Электронный научно-практический журнал «Современные научные исследования и инновации» » Аббасов Зияфет Сабир оглы

Модифицированные теоретико-информационные индексы в решении задачи «структура-свойство»