Математические модели и программный комплекс предсказания энергетических характеристик органических соединений и процессов их радикального распада

• Автор: Репин, Андрей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Тверь
• Количество страниц: 127 с.

Оглавление
Оглавление
Введение
Глава 1. Методы расчета эиталышй образования и энергий диссоциации связей органических молекул и радикалов. Компьютерное представление химических соединений.
1.1. Методы расчета энтальпий образования и энергий диссоциации связей органических соединений

1.2. Аддитивногрупповой подход

1.3. Компьютерное представление органических соединений

1.3.1. 2матрица.

1.3.2. Линейные представления

1.3.3. Представления, основанные на использовании методов теории графов.

1.3.4. Канонизация представления химических структур.

1.4. Постановка задачи.
Глава 2.Математическая модель компьютерного представления органических соединений. Алгоритмы автоматического прогнозирования энтальпии образования органических молекул и радикалов.
2.1. Молекулярный граф.
2.2. Модифицированная матрица смежности
2.2.1. Код диагонального элемента
2.2.2. Состояния атомов
2.2.3. Матрица смежности с учетом состояний атомов.
2.3. Компьютерное представление структурных групп
2.4. Топологогрупповой алгоритм фрагментации органических соединений.
2.4.1. Фрагментация молекул на структурные группы
2.4.2. Фрагментация радикалов на структурпыс грутгы
2.5. Математические модели учета отклонений от аддитивности
2.5.1. Парные невалентпые взаимодействия электроотрицательных
заместителей.
2.5.2. Сопряжение яэлектронов в ненасыщенных радикалах со
свободной валентностью
2.6. Заключение.
Глава 3.Математическая модель процесса радикального распада и алгоритмы автоматического прогнозирования энергий диссоциации химических связей органических соединений.
3.1. Математическая модель процесса радикального распада органических соединений.
3.2. Автоматизация расчета энергий диссоциации связей.
3.3. Заключение.
Глава 4. Интерфейс для графического изображения и его перевода в топологическое представление органических соединений
4.1. Представление информации об изображении химических структур
4.2. Принципы построения изображения химических структур
4.2.1. Построение изображения атомов
4.2.2. Построение связей
4.2.3. Изображение связи
4.2.4. Построение изображения бензольных колец
4.3. Выбор химической связи из графического изображения структурной формулы.
4.3.1. Отображение информации о структурных формулах химических
соединений в виде графического изображения
4.4. Представление информации о графическом изображении химических структур в виде модифицированной матрицы смежности
4.4.1. Создание модифицированной матрицы смежности
4.5. Заключение.
Глава 5. Программный комплекс предсказания энергетических характеристик органических соединений и процессов их радикального распада и база термодинамических данных нового поколения
5.1. Характеристика баз данных по термодинамическим свойствам органических интермедиатов
5.2. Обзор электронных баз термодинамических данных органических соединений
5.3. Концепция автоматизированной базы термодинамических данных нового поколения
5.3.1. Расчетное предсказание отсутствующей в базе данных
i количественной информации
5.4. Разработка базы термодинамических данных нового поколения
5.4.1. Модель сущностьсвязь
5.4.2. диаграммы.
5.4.3. Реляционная модель.
5.4.4. Переход от диаграмм к реляционным схемам
5.4.5. Методология датологического проектирования.
5.4.6. Системный анализ предметной области базы термодинамических данных нового поколения.
5.4.7. Мифологическая модель базы термодинамических данных нового поколения
5.4.8. Датологическое проектирование базы термодинамических данных нового поколения
5.5. Описание программного комплекса
5.5.1. Ввод информации в базу данных.
5.5.2. Программа предсказания энтальпий образования и энергий диссоциации связей органических соединений.
5.6. Заключение
Основные результаты и выводы.
Список литературы


В результате, внесен существенный вклад в развитие термодинамических баз данных, открывающий путь к оснащению их элементами искусственного интеллекта. Практическая значимость работы определяется тем, что предложенные программы автоматизированного расчетного прогнозирования позволяют исследователю, в том числе неспециалисту в термодинамических расчетных методах, получать численные значения свойств органических радикалов и молекул, отсутствующих в базе экспериментальных данных. Такие значения необходимы для обоснования технологических решений, в том числе по целенаправленному синтезу конструированию веществ, обладающих заданным комплексом свойств. Глава 1. Методы расчета энтальпий образования и энергий диссоциации связей органических молекул и радикалов. Многообразие химических элементов и все возможные их сочетания дают приблизительно 2п патомных молекул. При таком положении бесполезно надеяться на наличие точных экспериментальных термодинамических данных по всем многоатомным соединениям и даже по всем ограниченным подклассам среди них. Но с помощью методов статической термодинамики с хорошей точностью можно вычислять стандартные энтропии и теплоемкости молекул, если известны их геометрическое строение и частоты колебаний. Таким способом, тем не менее, не могут быть получены энтальпии образования АН, которые приходится экспериментально определять для каждого соединения. На данный момент уже имеется достаточное количество данных по АН для многих простых соединений, а для более сложных значения энтальпий образования можно получить, используя эмпирические расчетные методы. Развитие компьютерных технологий открывает широкие возможности для химической термодинамики, в частности, для развития и автоматизации эмпирических методов расчетного прогнозирования. При этом решаются задачи разработки математических моделей химических соединений для выполнения компьютерных расчетов. Методы расчета являются важным инструментом прогноза, анализа, подтверждения и согласования количественных данных. Имеется большое количество работ, посвященных развитию методов расчета термодинамических характеристик органических радикалов. Сравнительная характеристика методов расчета ДИК и Г представлена в 1, а их подробный обзор приведен в 2. АНЯ и Ц как полуэмпирических, так и неэмпирических. При этом феноменологические полуэмдирические методы, базирующиеся на модельных представлениях и поисках взаимосвязей строениесвойство в 3 практически не рассматриваются. Подробный анализ феноменологических методов расчета днДк. Б с оценкой отображения ими взаимосвязи строениесвойство, и определением их предсказательных возможностей дан в монографии 4. Так в 4 рассмотрены метод, основанный на аддитивногрупповом подходе предложенный Франклиным 5, получивший дальнейшее развитие в работах ОНила и Бенсона 6, 7 метод парных взаимодействий 8, 9, электростатистический метод , метод СмоленскогоКочаровой формулы Воеводского метод Веденеева метод декрементов, предложенного Сабо схема Истомина , схема Магарила и метод сравнительного расчета , , . В 4 приводится дальнейшее развитие аддитивногруппового подхода, заключающееся в учете энергии электронной перестройки при переходе молекулы в радикал. Эта перестройка является следствием влияния электронного облака свободной валентности на ближайшее окружение. Эго влияние распространяется не только на электронпые оболочки соседей, но и более удаленных атомов. Основываясь на данном положен, авторами 4 выполнено развитие аддитивногруппового подхода для радикалов, получившее название 2е приближение, а его упрощение 1е приближение. В результате проведенного анализа авторы 4 показывают взаимосвязь феноменологических методов расчета энтальпий образования радикалов, представленную на рисунке 1. На нем, в прямоугольниках, указаны феноменологические методы расчета ДНК. Б. Высота расположения прямоугольника тог о гиги иного метода па рисунке условно соответствует высоте данного метода в его иерархии наиболее общий
Рисунок 1. Эквивалентность атомов С. Эквивалентность связей СН . В частном случае для И с одинаковыми группами В. Взаимно однозначное соответствие между параметрами .