一種新的拓撲指數N用于烷基苯燃燒熱的研究

耿 哲，祁正興，吳啟勛

（青海民族大學化學與生命科學學院，青海 西寧 810007）

隨著科學技術的不斷進步，研究物質物理及化學性質的方法也逐漸多了起來，拓撲指數法能在分子結構與性能之間建立一種定量構效關系，并用于估算和預測分子的性質[1]。有機分子的拓撲指數應用研究是現代計算化學、結構化學與量子化學相互交叉和結合的產物，已經成為當前信息化學的重要分支[2]。自從1947年Wiener[3]提出第一個拓撲指數以來，已經成為一種非常成熟的研究化學物質的方法，已有數百種拓撲指數被陸續報導。盡管我們不知道拓撲指數的物理意義，但是利用拓撲指數與化合物的物理化學性質建立QSAR模型來預測及計算化學物質性質的方法現已成為一種簡單而實用的化學方法[4]。研究完備的新的拓撲指數不僅具有重要的理論意義，也具有廣泛的應用價值[5]。

1 建立方法

本文采用拓撲指數法對烷基苯的燃燒熱進行了預測，建立了新的拓撲指數N。

烷基苯的結構見圖1，以鄰二甲苯的隱氫圖為例，因為烷基苯中都帶有一個苯環，在此文中，我們將烷基苯中的苯環看為一個整體來進行編號，如圖苯環就被編為2號，以此方式寫出該有機物的距離矩陣D，將矩陣中的各個元素相加后的和定義為n,我們定義新的拓撲指數N=n2，在此我們還涉及到的參數有T和E，T為支鏈個數+1，E為支鏈位置編號的數字和。建立方程：

H=a ·N+b·N/T+c·T/E+d

圖1 烷基苯的結構圖

（m為矩陣中各個元素）

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

2 結果與討論

經SPSS 13.0進行回歸分析計算得到的回歸方程如下：

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

r=0.960，F=62.266

將20種烷基苯的實驗值與計算值列于表1。

2.1 模型分析

從計算結果來看，r=0.960，說明模型的相關性比較好。F值較大，說明所建立的方程是有意義的，總而言之，拓撲指數N在一定程度上能有效預測烷基苯的熱力學性質。

2.2 殘差分析

由圖1殘差分布圖可以看出基本成正態分布，說明拓撲指數建立合理，計算值與實驗值之間的誤差較小，可以有效地對烷基苯的熱力學性質進行預測。

表1 20種烷基苯的實驗值與計算值對比

圖2 N的殘差分布圖

2.3 結論

根據模型分析及殘差分析，拓撲指數N對烷基苯熱力學性質的預測達到了預期的效果，而且本文采用將苯環看作一個整體來進行編號的方法，能有效預測化學物質的化學性質，方法簡單而實用。總之，拓撲指數作為一種新的研究方法，在預測和計算物質物理化學性質方面起著至關重要的作用，隨著對拓撲指數研究的深入，拓撲指數將會在自然科學上的應用越來越廣泛。

[1]陳桂珍，張樹棠.一種新拓撲指數X用于烯烴的QSAR研究[J].唐山師范學院學報,2009，31(2):11-15.

[2]王化云，江元生.應用拓撲指數預測化學性質[J].化學通報,1992(11):6-11.

[3]張晶，赫敏.拓撲指數法在QSAR研究中的應用[J].江漢大學學報,2012,40(6):38-41.

[4]周長會，吳啟勛.烷烴QSPR研究的一種拓撲新方法[J].甘肅聯合大學學報,2012,26(3):52-55.

[5]余訓民.一個新的拓撲指數用于芳烴化合物溶解度[J].環境化學,2001,20(1):32-39.

[6]倪才華.烷基苯的熱力學性質與分子拓撲指數的關系研究[J].原子與分子物理學報,1995,12(2):213-218.