量子化學(xué)參數(shù)用于脂肪醛化合物的QSPR沸點(diǎn)研究

張升書，李欽玲，李法強(qiáng)，吳啟勛

（1.青海民族大學(xué) 化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，青海 西寧 810007；2.中國科學(xué)院青海鹽湖研究所，青海 西寧 810008）

量子化學(xué)參數(shù)用于脂肪醛化合物的QSPR沸點(diǎn)研究

張升書1，李欽玲1，李法強(qiáng)2，吳啟勛1

（1.青海民族大學(xué) 化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，青海 西寧 810007；2.中國科學(xué)院青海鹽湖研究所，青海 西寧 810008）

采用Materials Studio7.0軟件分別模擬計(jì)算了30種常見脂肪醛的摩爾折射率（MR）、Balaban JY指數(shù)（BI）和Wiener指數(shù)（WI）.然后以這30種脂肪醛為樣本集，三種量子化學(xué)參數(shù)為自變量，采用SPSS 13.0軟件對(duì)30種脂肪醛的沸點(diǎn)做了多元線性逐步回歸分析,Tb.p=263.108+5.878· MR-14.939·BI-0.098·WI（R=0.999 R2=0.998 s=4.313 F=4109.681P<0.000 N=30）,QSPR模型相關(guān)系數(shù)達(dá)到優(yōu)級(jí),樣本容量遠(yuǎn)大于統(tǒng)計(jì)學(xué)要求的數(shù)量,理論計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值基本吻合,模型穩(wěn)定，對(duì)飽和脂肪醛的沸點(diǎn)有較好的預(yù)測能力.

醛；沸點(diǎn)；QSPR；回歸方程

醛是重要的化工原料、藥物原料，也是重要的合成中間體.醛在有機(jī)反應(yīng)中占有重要的地位[1].因此，研究醛類的物化性質(zhì)很有必要.運(yùn)用Materials Stu?dio7.0軟件構(gòu)建了30個(gè)脂肪醛類化合物的結(jié)構(gòu)模型，利用Discover模塊進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，得到了能量相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)模型[2]，并計(jì)算出醛的摩爾折射率（MR）、Balaban JY指數(shù)（BI）和Wiener指數(shù)（WI）.然后以這三種量子化學(xué)參數(shù)為自變量，采用SPSS 13.0軟件對(duì)30種脂肪醛的沸點(diǎn)做了多元線性回歸.

1 結(jié)果與討論

1.1 模型的建立

對(duì)30種化合物的沸點(diǎn)與量子化學(xué)參數(shù)進(jìn)行多元線性回歸（見表1），結(jié)果表明：所選取的三個(gè)量子化學(xué)參數(shù)對(duì)醛的沸點(diǎn)有比較好的預(yù)測.逐步回歸方程見式（1）和式（2）：

其中，N表示化合物的數(shù)目，R表示相關(guān)系數(shù)，s表示標(biāo)準(zhǔn)誤差，F(xiàn)表示F檢驗(yàn)值，P表示顯著性水平.

比較可知方程（1）簡潔、方便，但是標(biāo)準(zhǔn)誤差相對(duì)偏大.方程（2）稍加復(fù)雜，但是模型相對(duì)比較好.所以接下來對(duì)方程（2）進(jìn)行分析.

1.2 模型的評(píng)價(jià)

模型的相關(guān)系數(shù)很大，已經(jīng)達(dá)到優(yōu)級(jí)水平（R> 0.99）；誤差比較?。挥蓤D1可知?dú)埐罘恼龖B(tài)分布[5-6]；F檢驗(yàn)的F值也比較大；P值較小，方程整體上顯著性大，方程系數(shù)不為零，方程有意義.此模型各組數(shù)據(jù)之間差異性比較小[7].

表1 苯胺類化合物的量子化學(xué)參數(shù)及其沸點(diǎn)的文獻(xiàn)值[3-4]和計(jì)算值Tab.1 The quantum chemistry parameters of aldehydes and the values of boiling point

圖1 醛的殘差分布圖Fig.1 Residual distribution of aldehydes

獨(dú)立檢測集通常用作回歸模型的外部評(píng)價(jià)，即n樣品組成建模樣本，隨機(jī)選取其中f個(gè)樣品建立獨(dú)立檢測集，用剩余的（n-f）樣品建模，通過建模后的回歸方程預(yù)測獨(dú)立檢測集，預(yù)測誤差越小說明模型越好.這里可以從上面表格中任意選取幾個(gè)樣品作為獨(dú)立檢測集.預(yù)測值與實(shí)驗(yàn)值基本接近，說明所建模型穩(wěn)定.模型標(biāo)準(zhǔn)誤差s=4.313，作為異常樣本的估計(jì)2s=2×4.313=8.626，即預(yù)測絕對(duì)誤差在8.626K以上即為異常樣本.由表1可知，2,2-二甲基丙醛（預(yù)測絕對(duì)誤差-9.765K），3,5,5-三甲基己醛（預(yù)測絕對(duì)誤差10.358K），這是誤差比較大的兩例.說明此模型雖然能夠較好的預(yù)測大部分醛類，但是仍然有少數(shù)誤差稍微偏大[8].

圖2 醛的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值Fig.2Bioling powt calculated and experiments

2 結(jié)論

利用30種常見脂肪醛的量子化學(xué)參數(shù)構(gòu)建了預(yù)測脂肪醛沸點(diǎn)的模型.經(jīng)過模型評(píng)價(jià)，此模型比較穩(wěn)定.該模型說明影響飽和脂肪醛沸點(diǎn)的主要因素是摩爾折射率和Balaban JY指數(shù)，且摩爾折射率與飽和脂肪醛沸點(diǎn)呈正相關(guān)，而Balaban JY指數(shù)與飽和醛沸點(diǎn)呈負(fù)相關(guān).此模型還可以用于醛類化合物沸點(diǎn)的預(yù)測，也可以為醛類化合物沸點(diǎn)的基礎(chǔ)理論研究和利用3D模型預(yù)測醛類化合物的沸點(diǎn)提供參考價(jià)值.

[1]侯恩卿.基于醛酮分子結(jié)構(gòu)參數(shù)的QSPR研究[D].西寧:青海師范大學(xué),2013.

[2]王麗新,沈喜洲,周涵,等.含氮化合物堿性強(qiáng)弱的量子力學(xué)研究[J].計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué),2009,26(6):778-782.

[3]王克強(qiáng).一個(gè)計(jì)算脂肪醛沸點(diǎn)的定量關(guān)系式[J].廣西師范大學(xué)學(xué)報(bào),1994,12(1):65-68.

[4]周長會(huì),吳啟勛,侯慶高,等.拓?fù)渲笖?shù)在脂肪醛_脂肪胺及脂肪烴沸點(diǎn)中的應(yīng)用[J].廣西師范大學(xué)學(xué)報(bào),2013,31(1): 82-87.

[5]周長會(huì),吳啟勛,韓照波.量子化學(xué)參數(shù)在鹵代苯中的應(yīng)用[J].海南師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2012,25(2):194-196.

[6]安生梅,吳啟勛.量化參數(shù)用于全氟及(多氟)有機(jī)化合物蒸汽壓的QSAR研究[J].海南師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2013,26(3):283-286.

[7]裴洪平,許高金.量子化學(xué)參數(shù)用于苯胺類化合物的QSAR毒性研究[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào),2003,30(3):310-314.

[8]周長會(huì),吳啟勛,侯慶高,等.一種研究脂肪族醛酮沸點(diǎn)和摩爾折射的拓?fù)浞椒╗J].寧夏大學(xué)學(xué)報(bào),2013,34(3):225-230.

責(zé)任編輯：畢和平

Quantum Chemistry Parameters in QSPR Study on Boil Point of Aldehydes

ZHANG Shengshu1，LI Qinling1，LI Faqiang2，WU Qixun1
（1.College of Chemistry and Life Sciences，Qinghai University for Nationalities，Xining810007，China；2.Qinghai Institute of Salt Lakes，Chinese Academy of Sciences，Xining810008，China；）

The quantum chemical parameters for Molecular refractivity,Balaban index JY and Wiener index are calculated for 30 different aldehydes.The model for Quantum structure property relation（QSPR)QSPR of 30 aldehydes is set up with stepwise regress by SPSS 13.0.Tb.p=263.295+5.879·MR-15.005·BI-0.098·WI（R=0.999 R2=0.998 F=4121.964 s= 4.31285P<0.000 N=30）.The correlation coefficient of the QSPR model comes to optimal level.The sample size is much greater than the number of statistical requirements.The theoretical calculation data is almost the same with experimental da?ta.It is shown that the QSPR model has a good stability.The model is capable of forecasting the boiling point of aldehydes.

aldehydes；boil；point；QSPR；the regress equation

O 622

：A

：1674-4942（2015）01-0044-03

2014-11-19