Анализ и синтез химических структур и органических веществ на основе теории нечетких множеств

• Автор: Гермашев, Илья Васильевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 301 с. : ил.

Содержание работы опубликовано в 1 изданиях в 2 монографиях и учебных пособиях в 2 свидетельствах о государственной регистрации программы для ЭВМ в статьях отечественной и зарубежной печати, в том числе в статьях периодических изданий из перечня, рекомендованного ВАК.
При выполнении работы использовались достижения в областях системного анализа, исследования операций, теории вероятностей и математической статистики, теории нечетких множеств, математического анализа, теории баз данных, теории распознавания образов, теории и анализа алгоритмов, программирования, теории химического строения, органической химии, химии и физики полимеров. Для проведения численных экспериментов использовались языки программирования , i, и ЭВМ на базе процессора Х2 .

ГЛАВА 1. НЕЧЕТКАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ХИМИЧЕСКИХ СТРУКТУРАХ И МЕТОДЫ ЕЕ ОБРАБОТКИ

1.1. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА ХИМИЧЕСКИХ

СТРУКТУР
Попытки установить причину, обуславливающую то или иное свойство вещества, сначала опирались на его физикохимические свойства и заключались в простом сопоставлении экспериментальных данных. Так, например, Баум в г. установил, что вместе с падением растворимости в оливковом масле от соединения к соединению снижается и наркотическая сила , а Овертон в г. установил подобную зависимость наркотической силы от молярной концентрации изокапилляроактивных растворов .
Затем, были предприняты попытки применить математический аппарат для прогноза активности вещества, учитывая химические, физические, биологические свойства . Так, Гаммет в г. сформулировал взаимосвязь количественных отношений структуры и реакционной способности агентов, участвующих в реакции

где к константа скорости реакции в боковой цепи мета и пара замещенных производных бензолов,
к0 константа скорости незамещенного соединения, а константа заместителя, р константа реакции .
Основная цель уравнения Гаммета, как известно, состояла в том, чтобы дать количественную оценку степени постоянства вклада индуктивного и резонансного эффектов фрагментов молекул, участвующих в химическом взаимо
действии. Идея Гаммста получила свое определенное развитие и на ее основе был разработан ряд уравнений .
Тафт в г., введя сгерический параметр, снял ограничение на применимость уравнения Гаммста к алифатическим системам
1вт а р 6Е5, ко
где а параметр пропорциональный вкладу индуктивного эффекта 5,
Е3 стерический параметр,
8 поправочный коэффициент .
Введение


Расширение или изменение условий процесса приводит к необходимости значительно корректировать уравнение, вплоть до введения новых параметров. Следующей ступенькой в развитии данного направления стал регрессионный анализ, который позволил с большей достоверностью описывать и моделировать наблюдаемые процессы, кроме того, он позволял связывать разрозненные опытные данные пассивный и активный эксперимент общим уравнением. Эго позволило регрессионному анализу выдвинуться, в свое время, в один из самых популярных математических методов для анализа экспериментальных данных, что сохраняется и поныне. С применением ЭВМ развитие регрессионного анализа ничего качественно нового не принесло, позволив лишь получать более сложные зависимости. Однако другие методы математическая статистика, кластерный, факторный, дискриминантный, дисперсионный анализы, распознавание образов, численные методы решения задач, ввиду оперирования большими массивами информации бывшие малодоступными получили самое широкое применение. Это позволило перейти на качественно новый уровень исследований моделировать сложные системы и предсказывать их поведение и свойства. Среди современных методов анализа химических соединений по их молекулярной структуре можно выделить два основных направления квантовохимический расчет и дескрипторпый подход к исследованию структуры. В настоящее время в качестве исходных параметров для анализа соединений в основном используют три вида дескрипторов структурные фрагменты, топологические индексы, рассчитанные по молекулярным графам, и физикохимические параметры. Структурные фрагменты используются самого разного вида. Система КЕХ, например, работает с атомами водорода, не поделенными парами электронов и кратными связями . Применяются и более сложные дескрипторы, такие как два атома геометрическое расстояние между ними химическая связь или целые конформации . Широкое применение нашли различные индексы, рассчитанные по молекулярному графу. Например, на основе индексов Рандича осуществлена корреляция со сладким вкусом ряда соединений или индекс Винера, используемый для прогноза противоязвенной активности . Рассматриваются и другие инварианты матриц, построенных особым образом по молекулярным графам , . Физикохимические параметры также достаточно эффективно используются при исследовании самых различных свойств химических соединений. Так динамическая поляризуемость и изопотенциальная поверхность молекулы довольно хорошо способны предсказывать температуру кипения фторуглеродов , а зависящий от температуры расчетный частотный дескриптор описывает термическую перегруппировку Ауверса . Кроме того, исследования показали коррелируемость и взаимозаменяемость ряда дескрипторов на другие и несостоятельность некоторых дескрипторов описывать какоето свойство соединения по отдельности, а только в совокупности , . В некоторых случаях используется и комбинированный подход, например, использование как топологических индексов, так и физикохимических параметров , . На рис. Позже, аналогичные исследования были проведены среди публикаций г. Рис. Как видно из гистограммы интерес в середине х г. Экстраполируя, в свое время поведение интереса на последующие года, было предположено, что данный подход к проблеме зависимости свойств химического соединения от его структуры вызовет постоянный интерес, который составит как раз публикаций в год. Рис. Динамика колебании числа публикаций в середине х г. Однако, результаты, полученные в г. Среди таких направлений можно выделить нейронные сети , 2, 6, 6, , 4, 2, 6, 1, генетические алгоритмы 8, нечеткую математику , и др. Для полноты картины также следует принимать во внимание не только количество публикаций, но и их вес в научном сообществе. Существует много способов произвести такую оценку. Наиболее распространенными являются индексы изданий, такие как индекс Прайса, импактфактор и т. Таким образом, представляется целесообразным подробно исследовать это направление и, в частности, применительно к решению задач органической химии.