一種新的拓撲指數(shù)N用于烷基苯燃燒熱的研究

耿 哲，祁正興，吳啟勛

（青海民族大學化學與生命科學學院，青海 西寧 810007）

隨著科學技術的不斷進步，研究物質物理及化學性質的方法也逐漸多了起來，拓撲指數(shù)法能在分子結構與性能之間建立一種定量構效關系，并用于估算和預測分子的性質[1]。有機分子的拓撲指數(shù)應用研究是現(xiàn)代計算化學、結構化學與量子化學相互交叉和結合的產(chǎn)物，已經(jīng)成為當前信息化學的重要分支[2]。自從1947年Wiener[3]提出第一個拓撲指數(shù)以來，已經(jīng)成為一種非常成熟的研究化學物質的方法，已有數(shù)百種拓撲指數(shù)被陸續(xù)報導。盡管我們不知道拓撲指數(shù)的物理意義，但是利用拓撲指數(shù)與化合物的物理化學性質建立QSAR模型來預測及計算化學物質性質的方法現(xiàn)已成為一種簡單而實用的化學方法[4]。研究完備的新的拓撲指數(shù)不僅具有重要的理論意義，也具有廣泛的應用價值[5]。

1 建立方法

本文采用拓撲指數(shù)法對烷基苯的燃燒熱進行了預測，建立了新的拓撲指數(shù)N。

烷基苯的結構見圖1，以鄰二甲苯的隱氫圖為例，因為烷基苯中都帶有一個苯環(huán)，在此文中，我們將烷基苯中的苯環(huán)看為一個整體來進行編號，如圖苯環(huán)就被編為2號，以此方式寫出該有機物的距離矩陣D，將矩陣中的各個元素相加后的和定義為n,我們定義新的拓撲指數(shù)N=n2，在此我們還涉及到的參數(shù)有T和E，T為支鏈個數(shù)+1，E為支鏈位置編號的數(shù)字和。建立方程：

H=a ·N+b·N/T+c·T/E+d

圖1 烷基苯的結構圖

（m為矩陣中各個元素）

N=(1+3+1+1+3+1)2=100

2 結果與討論

經(jīng)SPSS 13.0進行回歸分析計算得到的回歸方程如下：

H=-0.234N+123.933N/T-223.203T/E+4485.197

r=0.960，F(xiàn)=62.266

將20種烷基苯的實驗值與計算值列于表1。

2.1 模型分析

從計算結果來看，r=0.960，說明模型的相關性比較好。F值較大，說明所建立的方程是有意義的，總而言之，拓撲指數(shù)N在一定程度上能有效預測烷基苯的熱力學性質。

2.2 殘差分析

由圖1殘差分布圖可以看出基本成正態(tài)分布，說明拓撲指數(shù)建立合理，計算值與實驗值之間的誤差較小，可以有效地對烷基苯的熱力學性質進行預測。

表1 20種烷基苯的實驗值與計算值對比

圖2 N的殘差分布圖

2.3 結論

根據(jù)模型分析及殘差分析，拓撲指數(shù)N對烷基苯熱力學性質的預測達到了預期的效果，而且本文采用將苯環(huán)看作一個整體來進行編號的方法，能有效預測化學物質的化學性質，方法簡單而實用?？傊?，拓撲指數(shù)作為一種新的研究方法，在預測和計算物質物理化學性質方面起著至關重要的作用，隨著對拓撲指數(shù)研究的深入，拓撲指數(shù)將會在自然科學上的應用越來越廣泛。

[1]陳桂珍，張樹棠.一種新拓撲指數(shù)X用于烯烴的QSAR研究[J].唐山師范學院學報,2009，31(2):11-15.

[2]王化云，江元生.應用拓撲指數(shù)預測化學性質[J].化學通報,1992(11):6-11.

[3]張晶，赫敏.拓撲指數(shù)法在QSAR研究中的應用[J].江漢大學學報,2012,40(6):38-41.

[4]周長會，吳啟勛.烷烴QSPR研究的一種拓撲新方法[J].甘肅聯(lián)合大學學報,2012,26(3):52-55.

[5]余訓民.一個新的拓撲指數(shù)用于芳烴化合物溶解度[J].環(huán)境化學,2001,20(1):32-39.

[6]倪才華.烷基苯的熱力學性質與分子拓撲指數(shù)的關系研究[J].原子與分子物理學報,1995,12(2):213-218.