利用量子拓扑化学方法对某些物质进行定量构效关系研究

摘要

定量结构-性质相关(quantitative structure-property relationship，QSPR)，定量结构-光谱相关(quantitative structure-spectra relationship，QSSR)的研究已成为化学、环境、生命等学科研究中的一个前沿领域。近些年来发展的量子化学和拓扑化学通过表征分子的某种特征而实现了分子结构信息的数值化，量子化学方法和拓扑化学方法能够合理有效的对化合物分子层面进行有效的表征，已成为QSPR/QSSR研究中的重要方法。本文主要从以下方面进行： (1)通过计算机模拟，利用Hartree-Fock方法，在SDD基组的水平上，对镧系元素进行计算，并对计算结果进行分析，使用电子的总能量、原子的动能和势能来描述原子的性质，定义高斯能量指数GEI，并用模型P=aGEI+6（a和6都是常数）对镧系元素进行QSSR/QSPR研究。镧系元素24种性质的回归模型全部在良的水平(R≥0.95），优秀水平(R≥0.99）为75.0%。该方法简单，并且模型的应用很广。通过留一法进行检验，表明模型具有良好的稳定性和预测能力。 (2)利用Hartree-Fock方法，在6-311g*基组的水平上，将85个链烷烃分子作构象优化，然后计算其分子结构参数，获得链烷烃分子的振动零点能ZPE、热能贡献的修正值E、电子空间自旋程度r2。利用这几个参数和平衡电负性指数AI作为分子结构参数，考察链烷烃性质之间的关系。根据量子化学方法和拓扑学化学方法，建立一个新的QSPR模型，所有回归系数(R)都大于0.99。根据模型，对烷烃的性质Rm，Sm，Hv，Hs，Cp，Hm，Vc等进行了计算和预测，结果与试验值一致。而且，根据留一法和随机抽样法，模型有良好的统计意义和稳定性，该模型在QSPR研究中有广泛的应用。