Прогнозирование критической температуры. Алканы и алкены

Метод Марреро-Пардилло дает для алканов хорошие оценки. Однако методу свойственны систематические отклонения, обусловленные избыточной жесткостью принятой авторами параболической корреляции. Аддитивная составляющая свойства формируется методом по связям аналогично тому, как это показано нами для энтальпий образования (глава 1). Использование метода по связям неизбежно повышает точность прогноза по сравнению с методами по атомам (Лидерсена и Джобака), но предъявляет серьезные требования к объему исходной информации.

Метод, основанный на индексах молекулярной связности Рандича

Поиск путей повышения точности прогноза критических температур заставил нас обратить внимание на метод, основанный на теории графов и индексах молекулярной связности Рандича [43]. Индексы Рандича наряду с другими дескрипторами более 25 лет с успехом применяются для прогнозирования различных свойств органических веществ [44-47]. Заметную роль в их практическом применении сыграли Кир и Халл [44-46]. Метод представляется нам достаточно привлекательным своей внутренней логикой. Суть метода состоит в следующем.

На основе кодовых чисел атомов в молекуле определяются индексы молекулярной связности . Индекс молекулярной связности первого порядка равен и отражает вклад в свойство валентно связанных атомов. Индекс молекулярной связности второго порядка характеризует вклад в свойство трех последовательно расположенных атомов в молекуле и равен . В формировании этого и последующих индексов принимают участие не только валентно связанные атомы, но и все те, через которые осуществляется “передача взаимодействия атомов”. При этом степень участия “атомов-посредников” оказывается зависимой от величины их кодовых чисел. Этот факт является, на наш взгляд, весьма сильной стороной метода.

Рандичем значения кодовых чисел были заданы [43]. Например, для первичного, вторичного, третичного и четвертичного атомов углерода были приняты соответственно значения 1, 2, 3 и 4. Киром и Халлом в редакции [44] значения рассчитываются на основе количества валентных электронов и общего их числа в атоме. Таким образом, в том и в другом случаях кодовые числа имеют постоянное значение для каждой разновидности атомов и не зависят от прогнозируемого свойства.

В [25, 48] нами было показано, что внесение некоторых изменений в методологию Кира и Халла позволяет расширить прогностические возможности метода. Считаем принципиально важным отказ от универсальности и переход к кодовым числам как настраиваемым по рассматриваемому свойству параметрам. Это позволяет более полно использовать возможности, которые заложены в алгоритме Рандича.

Расчет индексов молекулярной связности производится следующим образом.

1. Каждому углеродному или гетероатому в соответствии с его типом присваивается кодовое число(рис. 5.3). Значения кодовых чисел для углеродных атомов на рисунке взяты из табл. 5.4.

Р и с. 5.3. Кодовые числа в молекуле 2-метилпентана

2. В соответствии с порядком i индекса молекулярной связности в молекуле выбираются цепочки из i+1 последовательно связанных атомов. Кодовые числа атомов, входящих в эти цепочки, перемножаются, и индексы молекулярной связности рассчитываются как суммы этих произведений, взятых в степени -0,5. Для приведенной молекулы 2-метилпентана расчет индексов и будет выглядеть следующим образом:

Дальнейшая работа с индексами и прогнозируемым свойством сводится к определению вида зависимости, адекватно описывающей экспериментальные данные. При этом в авторской редакции [44] используется набор индексов различного порядка, которые связаны со свойством полилинейной зависимостью. Нами использованы не индивидуальные, а суммарные индексы молекулярной связности , высший порядок которых устанавливался на основе экспериментальных данных и определял общую глубину детализации расчетного метода. При использовании в качестве опорного свойства нормальной температуры кипения глубину детализации метода при прогнозировании критической температуры можно ограничить 1-2.