一种新的拓扑指数N用于烷基苯燃烧热的研究

耿 哲，祁正兴，吴启勋

（青海民族大学化学与生命科学学院，青海 西宁 810007）

随着科学技术的不断进步，研究物质物理及化学性质的方法也逐渐多了起来，拓扑指数法能在分子结构与性能之间建立一种定量构效关系，并用于估算和预测分子的性质[1]。有机分子的拓扑指数应用研究是现代计算化学、结构化学与量子化学相互交叉和结合的产物，已经成为当前信息化学的重要分支[2]。自从1947年Wiener[3]提出第一个拓扑指数以来，已经成为一种非常成熟的研究化学物质的方法，已有数百种拓扑指数被陆续报导。尽管我们不知道拓扑指数的物理意义，但是利用拓扑指数与化合物的物理化学性质建立QSAR模型来预测及计算化学物质性质的方法现已成为一种简单而实用的化学方法[4]。研究完备的新的拓扑指数不仅具有重要的理论意义，也具有广泛的应用价值[5]。

1 建立方法

本文采用拓扑指数法对烷基苯的燃烧热进行了预测，建立了新的拓扑指数N。

烷基苯的结构见图1，以邻二甲苯的隐氢图为例，因为烷基苯中都带有一个苯环，在此文中，我们将烷基苯中的苯环看为一个整体来进行编号，如图苯环就被编为2号，以此方式写出该有机物的距离矩阵D，将矩阵中的各个元素相加后的和定义为n,我们定义新的拓扑指数N=n2，在此我们还涉及到的参数有T和E，T为支链个数+1，E为支链位置编号的数字和。建立方程：

H=a ·N+b·N/T+c·T/E+d

图1 烷基苯的结构图

（m为矩阵中各个元素）

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

2 结果与讨论

经SPSS 13.0进行回归分析计算得到的回归方程如下：

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

r=0.960，F=62.266

将20种烷基苯的实验值与计算值列于表1。

2.1 模型分析

从计算结果来看，r=0.960，说明模型的相关性比较好。F值较大，说明所建立的方程是有意义的，总而言之，拓扑指数N在一定程度上能有效预测烷基苯的热力学性质。

2.2 残差分析

由图1残差分布图可以看出基本成正态分布，说明拓扑指数建立合理，计算值与实验值之间的误差较小，可以有效地对烷基苯的热力学性质进行预测。

表1 20种烷基苯的实验值与计算值对比

图2 N的残差分布图

2.3 结论

根据模型分析及残差分析，拓扑指数N对烷基苯热力学性质的预测达到了预期的效果，而且本文采用将苯环看作一个整体来进行编号的方法，能有效预测化学物质的化学性质，方法简单而实用。总之，拓扑指数作为一种新的研究方法，在预测和计算物质物理化学性质方面起着至关重要的作用，随着对拓扑指数研究的深入，拓扑指数将会在自然科学上的应用越来越广泛。

[1]陈桂珍，张树棠.一种新拓扑指数X用于烯烃的QSAR研究[J].唐山师范学院学报,2009，31(2):11-15.

[2]王化云，江元生.应用拓扑指数预测化学性质[J].化学通报,1992(11):6-11.

[3]张晶，赫敏.拓扑指数法在QSAR研究中的应用[J].江汉大学学报,2012,40(6):38-41.

[4]周长会，吴启勋.烷烃QSPR研究的一种拓扑新方法[J].甘肃联合大学学报,2012,26(3):52-55.

[5]余训民.一个新的拓扑指数用于芳烃化合物溶解度[J].环境化学,2001,20(1):32-39.

[6]倪才华.烷基苯的热力学性质与分子拓扑指数的关系研究[J].原子与分子物理学报,1995,12(2):213-218.