Конформационный анализ алканов в задачах "структура-свойство" тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ
|
Рыжов, Антон Николаевич
АВТОР
|
||||
|
кандидата химических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Москва
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
2005
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
02.00.03
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
На правах рукописи
РЫЖОВ АНТОН НИКОЛАЕВИЧ
КОНФОРМАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ АЛКАНОВ В ЗАДАЧАХ «СТРУКТУРА-СВОЙСТВО»
Специальность: 02.00.03 - органическая химия, 02.00.13 -вефтехимия
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учёной степени кандидата химических наук
Москва 2005
Диссертационная работа выполнена на кафедре газохимии Российского государственного университета нефти и газа им. И. М. Губкина и в лаборатории математической химии и компьютерного синтеза Института органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН
НАУЧНЫЕ РУКОВОДИТЕЛИ:
кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник
£. А. Смоленский доктор химических наук, чл.-корр. РАН
A. Л. Лапидус
ОФИЦИАЛЬНЫЕОППОНЕНТЫ:
доктор химических наук, профессор А. М. Гюльмалиев доктор химических наук, профессор
B. С. Петросян
ВЕДУЩАЯОРГАНИЗАЦИЯ
Институт элементорганических соединений РАН им. А. Н. Несмеянова
Защита диссертации состоится МАЯ 2005 г. в 10ч. на заседании
диссертационного совета Д 212.200.12 при РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина по адресу: 119991, Москва, Ленинский пр-т, дом 65, ауд.2Р2. •
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина.
Автореферат разослан Учёный секретарь
диссертационного совета Д 212.200.12 кандидат технических наук, доцент
Ч.ОЧ 2005 г.
Общая характеристика работы
Актуальность работы. Алканы являются основными компонентами нефтей и природного газа. Поэтому изучение их свойств и создание математического аппарата для их расчета и прогнозирования является исключительно важной проблемой нефтехимии. В частности, установление зависимостей выходов и химического состава продуктов каталитических реакций, в особенности с участием алканов (поскольку реакционная смесь в этом случае содержит много химических веществ), от природы субстрата и катализатора составляет исключительно важную часть проблемы "структура-свойство", где она тесно смыкается с химической кинетикой.
В каталитических реакциях, помимо энергетического, значительную роль играет стерический фактор: на это указывал ещё А. А. Баландин, который выдвинул принципы стерического и энергетического соответствия активного центра рецептора и молекулярного субстрата. При этом близкие по энергии химические связи могут весьма существенно различаться по стерической доступности, что дает возможность осуществления селективных реакций с участием алканов. Доступность же связана не только с выбором катализатора, но и со строением самого алкана.
В настоящее время известно немало различных схем описания зависимостей свойств веществ от строения молекул, основанных на применении теории графов и позволяющих с высокой точностью рассчитывать широкий спектр физико-химических свойств органических соединений. Основная проблема, которая стоит перед исследователем в этой области - проблема числового представления структуры молекулы. Для этой цели молекулу описывают одним или более свойствами, рассчитываемыми абсолютно точно (например, числом атомов определенного типа). Такие свойства называются дескрипторами. В настоящей работе использована важная новая характеристика дескрипторов - информативность. Она определяется как отношение дисперсии свойства по классам, на которые разбивается выборка соединений (в класс входят
соединения с одинаковым значением дескриптора), к общей дисперсии свойства. Фактически информативность представляет собой верхний предел квадрата коэффициента корреляции для рассматриваемой зависимости. Отмечено, что близкое к единице значение информативности - необходимое, но далеко не достаточное условие корректности расчетной схемы.
Другая, не менее важная проблема - подбор функции, выражающей исследуемое физико-химическое свойство через дескрипторы. Не всегда удается найти функцию, корректно описывающую зависимость и в то же время обладающую достаточно малым числом параметров, которые мы используем в модели. Довольно распространен подход, при котором искомая функция ищется как сумма элементарных функций. Но при этом число параметров может стать слишком большим, что потребует увеличения размеров выборки.
Построение подобной теории для катализа невозможно без применения конформационного анализа. Следование принципу стерического соответствия требует знания геометрии молекулы субстрата. Но большинство субстратов, в том числе алканы, не обладают единственной геометрической структурой. В диссертационной работе проведены исследования физико-химических свойств алканов и относительной активности их С-С связей с учётом их конформационного строения. Исследование молекул этого класса представляет значительный интерес потому, что они являются основными компонентами большинства нефтей и природного газа. Цели работы
1) построение новых химических дескрипторов, учитывающих геометрическую структуру всех возможных конформеров для расчетов физико-химических свойств алканов;
2) разработка методов расчета химического состава продуктов каталитических реакций алканов на основе поворотно-изомерного приближения в конформационном анализе.
Научная новизна. В работе впервые:
1. Предложены новые понятия, связанные с ЗЕ)-СтрукгуроЙ молекул органических соединений: скелетная молекулярная форма (СМФ) и еб визуализация. Показано, что числовые характеристики СМФ - площадь поверхности и объем - во многих случаях позволяют построить для алканов схемы расчета физико-химических свойств, гораздо более точные, чем расчетные схемы, основанные на традиционных дескрипторах, в том числе учитывающих реальное геометрическое строение, как, например, в случае моделирования молярного объема.
2. Проведен полный расчет топографических индексов Винера Wjd для н-алканов до гексадекана и для полиметил- и моноразветвлбнных алканов до декана включительно.
3. На примере температуры плавления н-алканов показана значимость фактора пространственного расстояния между атомами в молекуле.
4. Предложен новый подход к прогнозированию физико-химических свойств производных полиэтилена.
5. Предложен новый способ прогнозирования состава смесей продуктов химических реакций, основанный на мерах доступности атомов и связей, расчет которых тесно связан с кояформапионным анализом.
Научно-практическая ценность. Научно-практическая ценность работы определяется тем, что полученные данные о зависимостях молярного объема, температур кипения и плавления от структуры молекул органических соединений необходимы для прогноза этих свойств еще" не синтезированных веществ. Получена информация о надежности использования различных дескрипторов в моделях физико-химических свойств, которая может быть использована для отбора дескрипторов в новых расчетных схемах и в их разработке.
Методы. Расчеты эмпирических параметров проводились с помощью программного пакета Microsoft Excel (версии 97,2000, ХР). Коды, энергетические параметры и мольные доли конформеров, координаты углеродных атомов в алканах, площади поверхности и объемы визуализаций СМФ, меры доступности
и вероятности атак химических связей и атомов, выходы продуктов реакций рассчитывались с помощью оригинального пакета программ (FITRPR 1-9, FITRPR 3F, CNFTWG 1-6 и др.), написанных на языке Borland Pascal 7.01.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на: Конкурсах молодых ученых ИОХ РАН (Москва, ИОХ РАН им. Н. Д. Зелинского, 2001, 2002, 2003 гг.); 3-ей Всероссийской конференции "Молекулярное моделирование" (Москва, Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского, 15-17 апреля 2003 г.); Научной конференции аспирантов, молодых преподавателей и сотрудников вузов и научных организаций "Молодежная наука - нефтегазовому комплексу" (Москва, Российский государственный университет нефти и газа им. И. М Губкина, 30-31 марта 2004 г.); VI Международном Конгрессе по математическому моделированию (Нижний Новгород, Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского, 20-26 сентября 2004 г.),
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 2 статьи и 6 тезисов докладов (еще" 1 статья находится в печати).
Структура работы. Диссертация состоит из введения (гл. 1), литературного обзора (гл. 2), изложения методов расчёта (гл. 3-4), основных результатов (гл. 5-6), заключения (гл. 7), выводов и списка использованной литературы из 184 наименований. Работа изложена на НО странницах, включает 101 рисунок и 39 таблиц.
Содержание работы
В работе представлены результаты: • Математического моделирования температуры кипения и молярного объема для алканов с использованием в качестве дескрипторов числа атомов углерода п (с дополнительными дескрипторами в случае разветвлённых алканов), индекса Винера а также впервые рассчитанных автором топографического индекса Винера среднего расстояния между концевыми
атомами углерода, максимального расстояния между концевыми атомами углерода /ми, средней площади поверхнос^ии среднего объема V
визуализации СМФ (величины ^ и /ш использовались только при моделировании свойств нормальных алканов);
• Моделирования температуры плавления н- и 2-метилалканов с помощью нового дескриптора х, представляющего собой проекцию /ми на направление концевой связи С-С, на основе которых удалось предсказать верхний предел температуры плавления полиэтиленов;
• Расчета мер доступностей атомов углерода и связей С-С5 позволяющие объяснить некоторые закономерности в химических реакциях алканов (термическая дегидрогенизация, каталитический крекинг);
• Прогноза соотношений между выходами продуктов в некоторых реакциях н-алканов, ещё не осуществленных на практике.
Первая глава (введение) содержит сведения об актуальности, цели, научной новизне, научно-практической ценности, апробации работы и средствах исследования.
Вторая глава содержит обзор литературных данных о конформационном анализе различных химических соединений, в том числе алканов. Обсуждается проблема неоднозначности толкования терминов, используемых в конформационном анализе. Приведена информация о конформационной номенклатуре. Обсуждаются способы описания конформационно-подвижных систем: непрерывные вращение и колебания, квантование внутреннего вращения и поворотно-изомерное приближение, и делается выбор в пользу последнего способа. Рассматривается природа конформационных барьеров и делается выбор в пользу аддитивной схемы расчета энергий конформеров алканов, основанный на числе гош- и 1,3-параллельных взаимодействий с отбором стерически осуществимых конформеров. Описано влияние внешних факторов на конформации молекул (кристаллизация, сольвент-эффект, температура, давление). Отдельный параграф посвящен состоянию работ в области применения конформационного анализа к исследованиям реакционной способности органических веществ, включая биологическую активность.
Третья глав* посвящена понятиям, впервые используемым в данной работе. Ранее Н. С. Зефиров и В. Н. Дрозд с сотр. для рассмотрения взаимосвязи терминов "конфигурация" и "конформация" ввели понятие "молекулярная топологическая форма" (МТФ). Она представляет собой совокупность геометрических координат центров всех составляющих молекулу атомов. Это понятие было несколько адаптировано для углеродного скелета алканов. МТФ, построенная только из атомов углерода скелета, была названа СМФ. Она представляет собой совокупность геометрических координат центров всех составляющих молекулу атомов
для соединения с отличными от Н. Это аналогично тому, как строится
молекулярный граф со стертыми атомами Н (как стертые атомы Н легко восстанавливаются в молекулярном графе с учётом валентности, так и их координаты легко восстановить по координатам остальных атомов и валентным углам между связями). Величины {■Х)-,.у<,2|-}, соответствующие некоторому атому Ъ с номером ¡, т.е. 2*, не являются произвольными, а связаны множеством условий, зависящих от длин связей и углов между ними.
Н-алкан N Н-алкан N Н-алкан N
С4Н10 2 С9Н20 196 СнНэо 44530
СзНц 4 С10Н22 574 С15Н32 133225
еда,* 10 С„Нм 1681 СкНз4 399310
СтН16 25 СиНм 5002 СпНэб 1196836
ад» 70 СиНа 14884 с1*% 3589414
Табл. 1. Цвела, ковформеров (И) дли различных н-алкинов.
Поскольку алканы, как правило, существуют во множестве конформаций, то необходим учет связанной с внутренним вращением неоднозначности геометрии их углеродного скелета, появляющуюся вследствие появления степеней свободы, связанных с внутренним вращением. Использование поворотно-изомерного приближения позволяет существенно упростить решение данной проблемы, хотя и не решает её полностью: числа конформеров N очень
быстро растут вслед за числом атомов углерода и достигают астрономических величин (см. табл. 1). Лишь в несколько меньшей степени это относится к конформерам разветвленных алканов. Работа с таким количеством конформеров при отсутствии компьютеров была бы принципиально невозможной.
Естественно, что число различных СМФ для любого соединения равно числу его конформеров. Соединения, обычно называемые каркасными (например, кубан, призман и т. п.), обладают единственной СМФ.
Как и в случае с МТФ, СМФ разбивает множество из п атомов
на три класса. Если для некоторого атома существует проходящая через него плоскость Р1г такая, что все остальные неводородные атомы будут лежать по одну сторону от этой плоскости (строго говоря, таких плоскостей в данном случае бесконечное множество), то такие атомы назовём внешними атомами СМФ и обозначим их как АЕсли же такой плоскости нет, но для этого атома существует плоскость Е,, такая, что этот атом находится на ней, а каждый из остальных углеродных атомов или лежит по одну сторону от этой плоскости, или принадлежит ей, то такие атомы назовем пограничными А,. Все остальные атомы назовем внутренними А/. Очевидно, что введенные определения делят множество атомов СМФ на три класса. Смысл же этих определений в том, что внешние атомы (для подавляющего большинства соединений) образуют выпуклый многогранник (т.е., являются его вершинами), а внутренние находятся внутри этого многогранника; при этом пограничные атомы расположены на его гранях. Геометрическую фигуру, образованную внешними атомами СМФ, назовем визуализацией СМФ. Примеры см. на рис. 1.
Разделение атомов СМФ на 3 класса автоматически ведет к разделению на 6 классов углерод-углеродных (для неуглеводородных соединений - еще и углерод-гетероатомных) связей. Обозначим связь, образованную двумя внешними атомами, В„; внешним и пограничным - Ва; внешним и в н у т р е н н-ийьа в у м я пограничными пограничным и внутренним двумя внутренними
Классы связей (в зависимости от того, принадлежат или нет
составляющие их атомы одной грани) делятся на 2 подкласса - моногранных (Вет, Вят) И бигранных (Ваь, В„ь) связей; класс В„ - на подклассы Веее и Веея
(связи первого из этих подклассов лежат на рёбрах визуализации СМФ, а второго -нет).
Рис. /.Примеры СМФ различных молекул и их визуализаций
Визуализация СМФ обладает числовыми параметрами - площадью поверхности и объёмом, которые можно было бы использовать в качестве дескрипторов при моделировании соотношения "структура-свойство". Положение осложняется тем, что каждый конформер молекулы обладает своей СМФ, отличной от СМФ других конформеров молекул того же соединения. Наш подход состоит в том, чтобы усреднить значения дескрипторов по всем конформерам. Таким образом, средний объём V и средняя площадь поверхности 5 СМФ рассчитываются по схожим аддитивным схемам
(2)
где coy - мольная доля конформерау в их равновесной смеси, N - число различных конформеров.
В четвёртой главе подробно описана использованная в работе методика расчетов. Она включает в себя обоснование отказа от квантово-химической оптимизации геометрии конформеров. Действительно, геометрию любого конформера любого соединения можно рассчитать методами квантовой механики с помощью полных неэмпирических расчетов. Но эти расчеты весьма трудоемки, и даже использование вместо них молекулярной механики не позволяет рассчитать геометрию всех конформеров, скажем, н-декана, за разумный промежуток времени. Михалич и Тринайстич1 поступали следующим образом: обнаружив, что 2-3 конформера какого-либо соединения обладают суммарной мольной долей около 97%, они оптимизировали их геометрию и пренебрегали наличием остальных. Но очевидно, что для достаточно точных расчетов реакционной способности такая схема непригодна: любой конформер, даже с относительно малым содержанием, может играть существенную роль в механизме реакции (в реакциях, протекающих в соответствии с принципом Кертина-Гаммета2, утверждающего независимость состава продукта от относительного количества конформеров в субстрате). Поэтому в данном случае геометрия не подвергалась оптимизации, используя стандартные значения длин связей н углов между ними При
этом учитывалось наличие всех возможных конформеров. Поскольку в результате таких расчетов получаются исключительно шахматные конформации, то такое приближение предложено назвать шахматным.
Другой вопрос, обсуждаемый в четвертой главе, - вопрос о приближениях расчета мольных долей конформеров. Эта проблема осложняется тем, что при расчете мольных долей конформеров вообще нельзя обойтись одним приближением. Мольные доли конформеров существенно зависят от температуры, и использование точного расчета лишает нас возможности
1MihatoZ.TnmjsttfN //J Mol Stow* (Tfaeochem) 1991 V.232 P 65-78
2 Номенклатурные правила ИЮПАК no химии ML ВИНИТИ, 1985 T 5 380c
предсказания по полученным дескрипторам некоторых свойств, например, температур кипения. Поэтому и расчёт проводился не в одном, а сразу в нескольких приближениях. Это позволяет, во-первых, осуществлять прогноз температур фазовых переходов, во-вторых, сравнением результатов расчёта в разных приближениях найти, насколько эти результаты отличаются друг от друга и тем самым оценить возможные ошибки. Всего было использовано шесть приближений.
В общем виде мольная доля конформера рассчитывается по формуле (4)
(4)
где конформера в конформационную сумму по состояниям
*=1
Отличия приближений касаются методики расчёта этого вклада. Простейшие из них не зависят от температуры, что позволяет использовать их в расчетах температур фазовых переходов. Значения температур принимались равными 20 (для моделирования плотности и молярного объёма) и 510 °С (для изучения реакционной способности).
Пятая глава содержит результаты моделирования физико-химических свойств алканов. В первую очередь было проведено моделирование температуры кипения алканов, начиная с нормальных. Оно проводилось по трём различным формулам
р-а-1я{Ь + х)+с ^
р=а-Ъе^ ф, с>0) (7)
Сначала моделирование проводили по дескрипторам, не связанным с конформационным анализом — п, Я^ /„¡а. Квадраты коэффициентов корреляции для этих моделей приведены в табл. 2. Оказалось, что использование в качестве дескриптора (он равен сумме топологических расстояний между всеми парами
/п
/ 4=1
атомов углерода) даёт несколько худшие результаты по сравнению С я; сравнимые же С Л, а иногда и более даёт использование дескриптора /щц, вычисляемого по формуле (8):
(8)
Гойя. 2. Квадраты коэффициентов коррелхцш шр модедафован тазаювашосгитлгфатурыютешан-апкавои от различных доскршгкуов. В скобках указан размер выборки.
Дескриптор Приближение (5) (б) (7)
я (14) - 0,9999937 0,9994754 0,9998310
п т - 0,999879 0,998796 0,996835
Г(14) - 0,9994817 0,9901738 0,9748393
№420) - 0,99870 0,99603 0,91
й\и> 1 0,9999998 0,9999569 0,9997352
2 0,9999995 0,9999548 0,9997136
к 1 0,9998625 0,9998390 0,9999921
2 0,9999990 0,9999022 0,9999976
1а 1 0,9999958 0,9999978 0,9999983
2 0,9999992 0,9999993 0,9999996
V 1 0,9972467 0,9853407 0,9795877
2 0,9973095 0,9847709 0,9786674
S 1 0,9992639 0,9991727 0,9990297
2 0,9991594 0,9990439 0,9989717
/-«(14) _ 0,9999446 0.9992498 0,9998312
U(20) - 0,99992 0,99862 0,99680
Табл. 3. Квадрата коэффициентов к<л)сяЩЕШ1лри1с<хцшшрованвнз8вис11МОС1Ятем1вл>8зурыкнаев1а мошадкишшашов отразличных дескрипторов.
Дескриптор Приблвжевие (5) (6) (7)
Я,Хы1шпи - 0,995474 0,995348 0,995176
W - 0,998327 0,889852 0,974537
Ww 1 0.999767 0,998803 0,997384
2 0,999737 0,998765 0.997364
и 1 0,998549 0,998721 0,858329
2 0,998508 0,998589 0,857632
V 1 0,997842 0,997843 0,985581
2 0,998334 0,922281 0,985124
S 1 0.997289 0,997037 0,998208
2 0,997810 0,924665 0,997661
Выборка состояла из 14 н-алканов (при построении моделей для конформационно-независимых дескрипторов она расширялась до 40). Как следует
в
из табл. 2, с температурой кипения наилучшим образом коррелируют традиционные топографические индексы.
Табл. 4. Квадрата коэффициентов корреляции при моделировании зависимости плотности н-алканов от различных дескрипторов. (Приведены максимальные значения из шести дпж различных приближений расчета конформационно-зависимых дескрипторов; в скобках указаны соответствующие приближения.)
Дескриптор Ф-ла(5) Ф-ла(6) Ф-ла(7)
п 0,9993849 0,9999865 0,9991867
V? 0,9977767 0,9999754 0,9802286
С, 0,9991412 0,9999544 0,9993132
1ГЮ 0,9982547 (2) 0,9999950(1) 0,9866265(1)
4 0,9997225 (3) 0,9999961 (1) 0,9999060(1)
/г 0,9998386 (5) 0,9999910(6) 0,9998873(3)
V 0,9991331 (1) 0,9999885 (2) 0,9860594 (1)
5 0,9988062 (1) 0,9992289 (6) 0,9996461 (1)
Табд. 5. Квадраты коэффициента корреляции при моделировании зависимостей молярного объема алканов от различных дескрипторов.
Н-адканы
Приближение 1 2 3 - 4 5 6
Дескриптор Формула
п 11 0,999959
Г 12 0,999999
¡яп 11 0,999929
12 0,999996 0,999995 0,999997 0,999995 0,999998 0,999998
и 12 0,999995 0,999987 0,999997 0,999998 0,999997 0,999997
11 0,992706 0,994101 0,996447 0,996949 0,998664 0,998684
12 0,999987 0?999905 0,99998 0,999987 0,999957 0,999959
11 0,990581 0,990159 0,989374 0,990404 0,994765 0,994795
V 12 0,999990 0,999996 0,999995 0,999988 0,999994 0,999993
5 12 0,999559 0,999478 0,999408 0,999124 0,998527 0,999381
11 0,992706 0,994101 0,996447 0,996949 0,998664 0,998684
Моюадкклалканы
Г 12 0,99819
Шж> 12 0,99935 0,99937 0,99931 0,99933 0,99845 0,99845
и 13 12 0,99947 0,99952 0,99955 0,99956 0,99960 0,99960
1311 0,99096 0,99159 0,99436 0,99492 0,99796 0,99798
V 12 0,99875 0,99887 0,99933 0,99931 0,99542 0,99542
Б 12 0,99647 0,99659 0,99407 0,99368 0,98700 0,98700
И 0,99582 0,99543 0,99252 0,99177 0,98677 0,98677
Полин етклалканы
Ш 12 0,979378
12 0,977702 0,973928 0,978215 0,970645 0,963348 0,963409
1. 14 0,979586 0,978615 0,977973 0,977872 0,976768 0,976767
V 14 0,984692 0,982366 0,977921 0,977347 0,979670 0,979671
Затем в выборку были добавлены моноалкилалканы. Поскольку п в данном случае обладает информативностью, отличной от 1, то в модель по необходимости были добавлены новые дескрипторы - топологическая координата точки ветвления Jtj (начало координат - конец средней ветви) и длина наименьшей ветви /щщ. Моделирование проводили по формуле (9):
Tb = /(«)+«•/„,* + xb +c-x2b+d-xb +4 (9)
где m=n для н-алканов и т=п-1жа для моноалкилалканов, fin) - функция,
выражаемая формулами (5-7), а, Ь, С, d, е — константы. В случае остальных дескрипторов использовались те же формулы. Квадраты коэффициента корреляции приведены в табл. 3. Расширение выборки привело х тому, что введённые нами дескрипторы V и S заняли (вместе с W) промежуточное положение - между традиционными и формулой (9),
показавшей в большинстве случаев наихудшие результаты.
Затем было проведено моделирование плотности н-алканов по тем же формулам. Результаты представлены в табл. 4. Результаты указывают на преимущество традиционных ЗЕ)-дескрипторов.
Поэтому мы перешли от моделирования плотности алканов к моделированию зависящей от неё величины - молярного объёма Ум, вычисляемого по формуле (10). Эта величина удобна тем, что, как и использованные 3Б-дескрипторы, стремится к бесконечности с ростом размеров молекулы.
vu=M/f>, (10)
где М-молярная масса, ар- плотность вещества.
Для моделирования VM н-алканов использовались формулы (11-12); Vu моноалкил- и полиметилалканов смоделирован с помощью формул (11-14):
Vu=k{x-xn)+Vuo(x„) (13)
(14)
где Хщ - значение дескриптора для н-алкана, изомерного исследуемому, УмЖхя) значение молярного объема этого н-алкана, вычисляемое по (11-12), а, Ь, с, (¡, е, константа. Результаты приведены в табл. 5.
Табя, 6 Квадраты коэффициентов корреляции моделей зависимости молярного объема от V по
формуле (14).
ЦщбШЯШ! 1 2 3 4 1 5 I 6 I
Прог. норм. 0.999634 0,999261 0,988766 0,990199 0,996330
Прог.мовор. 0,998119 0,987861 0,993704 0,994972 0,980674 0,980236
Общая модель 0,994717 0,996640 0,996129 0,996033 0,995083 0,995046
Видно, что модель, основанная на трех дескрипторах - V, ¥я и я — моделирует данное свойство для полиметилалканов наилучшим образом. Осуществляя прогноз молярного объема для нормальных и моноразветвленных алканов, мы сравнили результаты с результатами моделирования по обучающей выборке. Результаты содержатся в табл. 6. При квадрате коэффициента корреляции примерно 0,977 - 0,985 имеем аналогичную величину для контрольных выборок около 0,980 - 0,998 для моноалкил- и 0,990 - 0,999 для н-алканов. Для расчета собственно плотности следует использовать (15):
р(п,7)=(14л + 2)/(*(#» + Яр - Уй)+ сГ/ + е), (15)
где а,Ь,с,<И,е - константы. Всего в выборке 84 алкала.
Что касается температуры плавления (ТП), то это свойство, безусловно, наиболее сложным образом зависит от строения молекул. Несмотря на отдельные попытки построения расчетных схем для предсказания ТП органических соединений, решение подобной задачи даже для алканов в настоящее время представляется совершенно нереальным. Сложности в поведении ТП начинаются уже при рассмотрении величины этого свойства для н-алканов. Имеются существенные различия в зависимостях ТП от для четных и нечетных н-алканов. Поскольку н-алканы, очевидно, кристаллизуются в наиболее устойчивой ТТ... Т конформащга, то можно предложить в качестве дескриптора следующий структурный параметр. Пусть ось X начинается на одном из крайних атомов углерода (одной из групп СНз) и совпадает по направлению со связью "СНз-СНг. Тогда нашим параметром будет координата х другого крайнего атома углерода
(другой группы СНз), т.е. величина проекции топографического расстояния между крайними атомами углерода в молекуле на направление первой связи С-С для ТТ...Т конформации. В действительности мы вместо параметра п имеем параметр -зф»), НО формально х — независимая переменная. Выборка из 14 н-алканов (от н-ундекана до н-тетракозана) использовалась в качестве обучающей; в качестве контрольных использовались выборки из 8 низших н-алканов (от пропана до н-декана) и 32 н-алканов тяжелее н-тетракозана. Результаты представлены в табл. 7 (использована формула (6)).
Параметр Л, в отличие от п, позволяет построить модель, исходя из ТП алканов с нечётными значениями п (П=Ъ ,5, ... ,15 , ^ = 0,9995, 5 =1,66), которая сможет предсказывать значения ТП для алканов с четными значениями
Точно так же можно предсказать ТП для нечётных алканов, исходя из значений ТП для четных. Этот параметр относится к ТТ...Т-конформации, что подтверждает высказанную выше мысль о том, что химические соединения кристаллизуются в виде конформеров, соответствующих глобальному минимуму потенциальной энергии вращения, т.е., для н-алканов - в ТТ...Т-конформации.
Табл. 7. Результаты моделировании температуры плавления н шкапов. Здесь Г2 - квадраткоэффициентакорреляции, 5 - среднеквадратичное отклонение, Cr. v. г*-г7для процедуры «cross validation»
Параметр л X
0,9962 0,9988
s 1,45 0,80
О. v. г1 0,9902 0,9984
низшие 0,9659 0,9926
высшие 0,8231 0,8406
низшие 10,51 4,94
3, ПрОШСн высшие 6,83 7,19
Обьед. выборка ✓ 0,9975 0,9988
5 3,46 2,36
Табя. 8. Прогнозирование ТП по формуле (14) с использованием дескрипторах дпж н-алканов с неизвестными ТП
л ТП л ТП и ТО л ТП
45 88,34 61 98,92 80 105,49 93 108,01
46 89,68 63 99,82 81 105,61 94 108,25
47 90,11 65 100.65 83 106,07 95 10834
48 91,33 68 101,97 84 10639 96 108,57
49 91,72 69 102,15 85 106,50 97 108,65
51 93,19 73 103,45 86 106,81 98 108,87
53 94,53 74 103,90 87 106,91 99 108,94
55 95,77 75 104,04 88 107 ДО 150 113,35
56 96,63 76 104,46 89 107,30 200 115,05
57 96,90 77 104,60 90 107,57 500 117Д0
58 97,70 78 104,99 91 107,66 1000 117,57
59 97,95 79 105.12 92 107,92 10000 117,72
Вычислены пределы выражения (6) для дескриптора Подстановка в эту формулу что практически совпадает со
значением температуры абсолютного нуля (-273,15°С). Хотя это можно рассматривать как случайное совпадение, формальная подстановка нулевого значения параметра дает температуру физического вакуума. Это позволяет убрать один из параметров формулы (6), используя условие
/(х = 0) = -273,15°С. (16)
Другим практически важным пределом является (18):
Йт/^и^йИ^С. (17)
Максимальная ТП полиэтиленов приближается к этому значению (интервал ТП для полиэтиленов - 105-115°С). Таким образом, подобные расчеты можно использовать для прогнозирования некоторых свойств полимеров.
В табл. 8 приведены результаты прогноза ТП для н-алканов с н<100 (для тех из них, для которых отсутствуют экспериментальные данные по ТП), а также для некоторых более тяжелых алканов. Для последних значений (при «=1000 и и==10000) предел функции можно считать практически достигнутым.
Доказана линейность зависимости ТП 2-метилалканов от ТП изомерных им н-алканов. Свободный член этой прямой равен -15,9061, а угловой коэффициент -Таким образом, можно построить модель, описывающую зависимость температуры плавления простейших алканов.
В шестой главе представлены результаты моделирования химических реакций алканов. Обратим внимание на то, что необходимым условием реакционной способности углеродного атома или связи С-С в данной конформации молекулы алкана является принципиальная возможность того, чтобы этот атом или эта связь могли соприкоснуться с поверхностью катализатора. В качестве физической модели мы постулируем следующую гипотезу: для участия некоторого атома углерода или связи С-С в каталитическом процессе на плоской поверхности катализатора необходимо, чтобы данный атом принадлежал к классу Аа а связь - к подклассу В„ класса В^ Обозначения классов рассмотрены на с. 9-10.
Предположим, что каждый атом углерода алкана с номером I обладает вероятностью атаки р, со стороны плоского катализатора, и что одновременно может подвергаться атаке только один атом. Тогда вероятность того, что молекула не вступит в такую реакцию, будет
Обозначим телесный угол в вершине визуализации СМФ, соответствующей рассматриваемому атому с номером (если такой
вершины нет, то данный атом не является внешним, и атака по нему невозможна). Определим меру доступности этого внешнего атома углерода, имеющую смысл вероятности, как
р5=]-Ц/2я). (19)
Для всех атомов, не являющихся внешними, данные меры доступности равны нулю. Следует отметить, что эта формула имеет смысл лишь для неплоских молекул. Для плоских молекул телесный угол вырождается в плоский угол и для этого случая использована другая формула
(20)
Для линейной молекулы меры доступности концевых атомов равны 1, а прочих атомов - 0, поскольку они не принадлежат к классу Ае. Нормировочные коэффициенты в знаменателях формул (20) и (21) равны соответственно как 0,5 максимально возможных угловых мер телесного и плоского угла соответственно).
По аналогии с предыдущими рассуждениями определяется и вероятность атаки по связям. Обозначим связи С-С парой индексов номера
атомов, образующих данную связь). Примем, что каждая связь обладает
вероятностью атаки и что подвергаться атаке одновременно может только одна связь. Тогда вероятность того, что молекула не вступит в такую реакцию, есть
1- Ей*, (21)
где р(/.£) - топологическое расстояние между вершинами г и к молекулярного графа, соответствующего рассматриваемой молекуле.
Мера доступности ¿^-связей (имеющая смысл вероятности) для нелинейных молекул в этом случае вычисляется по формуле
Р*,/=М°Чу/я) (22)
(ащ - двугранный угол при ребре визуализации МТФ,) — номер конформации). Мера доступности для связей, не принадлежащих к этому классу, равна нулю (ра/Ю). В случае линейной молекулы все связи окажутся равнодоступными, если помимо них катализатор не атакует концевые атомы углерода, и недоступными в противном случае.
Получены формулы для вероятностей атак со стороны плоского катализатора через усреднение доступностей атомов углерода и связей С-С:
где щ - мольная доля конформерау в их равновесной смеси; Д*)=1, если и еслих=2/ (этот коэффициент симметризации необходим, поскольку 1-й и л-Я-1-й атомы н-алкана неразличимы). Примеры зависимостей вероятностей атак атомов и связей от их расположения в молекуле показаны на рис. 2-4. Зависимость, изображенная на рис. 2, типична для н-алканов с Ж7; остальные типичны для остальных алканов с п той же чётности, что и п примера.
Данная теория объясняет наблюдаемые на практике закономерности высокотемпературной дегидрогенизации н-алканов. Так, дегидрогенизация н-алканов при высоких температурах протекает таким образом, что водород отщепляется у первого и второго углеродных атомов, но попутно протекает отщепление и от других атомов. (Поскольку эта реакция протекает в газовой фазе, то вероятность соударения молекул друг с другом гораздо ниже, чем со стенками
реактора, которые можно считать плоскими по сравнению с самими молекулами). Данный подход позволил предсказать некоторые параметры каталитического крекинга н-гексана на цеолите ZSM-5 на основе крекинга н-бутана на том же катализаторе.
Рис. 4. Меры доступности углеродных атомов и связей С-С н-декана (обозначения идентичны
обозначениям на рис. 3)
Наконец, спрогнозирован состав смеси продуктов в химической реакции, ещё не осуществлённых на практике, но которые всё же являются потенциально
осуществимыми. Такие реакции названы в работе виртуальными. Допустим, что на плоском катализаторе происходит гемолитический разрыв связей С-С, впоследствии рекомбинирующих с образованием нового алкана; пусть концентрация радикалов достаточно высока для того, чтобы произошла фрагментация, перегруппировка или перенос атома водорода. Рассмотрим эту реакцию, которую обозначим как РР-реакцию для ряда н-алканов. Вычисление химического состава реакционной смеси проводилось по итерационному принципу: сначала вычислялись значения выходов продуктов реакции, как если бы они в неб не вступали сами; затем то же делалось для смеси с мольными долями, эквивалентными этим выходам, и т. д. Связи С-С приближенно считались равными по энергии. Результаты расчетов (зависимости выходов продуктов от числа атомов углерода в них) представлены на рис. 5-8. Отмечено, что формы графиков зависимостей при использовании в качестве исходного вещества н-адканов с л=7 и тяжелее практически идентичны. Аналогичны друг другу эти зависимости и для н-гексана с н-певтаном.
Рис. 5. Выходы гфодуютаРР-реажцнм пропана.
Рис. 6. Выходы продуктов РР-реагцни н-бутаяа. (Обозначения на рис. 6-8 идентичны обозначение на
рис 5)
Рис. 7.Выходи продуктовРР-реакцви ы-гежсана.
Рис. 8. Выходы продуктов РР-реакции н-октана.
Выводы
1. Предложены понятия скелетной молекулярной формы (СМФ) и её визуализации, а также предложена соответствующая классификация неводородных атомов и химических связей в органических молекулах.
2. Впервые проведен полный расчет топографических индексов Винера ДО^ДЛЯ н-алканов до гексадекана и для полиметил- и моноразветвлбнных алканов до декана включительно.
3. Установлены эмпирические зависимости температуры кипения, плотности, молярного объема алканов от различных 31> и 21)- дескрипторов, проведено сравнение этих зависимостей между собой.
4. Показано, что числовые характеристики СМФ (площадь поверхности и объем) во многих случаях позволяют построить более точные схемы расчета физико-химических свойств, чем расчетные схемы, основанные на традиционных дескрипторах.
5. Показано, что дескрипторы, в основе которых лежит учет геометрических расстояний для всех конформеров, более точно отражают структуру молекулы по сравнению с традиционными дескрипторами.
6. Предложен новый подход для прогнозирования физико-химических свойств полимеров.
7. Показано, что направление многих каталитических процессов определяется не только энергетическими и термодинамическими параметрами реагентов, но и пространственным строением их молекул. Это показывает важность учета конформационного строения реагентов для прогнозирования выходов продуктов реакций.
8. Предложен новый способ прогнозирования химического состава продуктов химических реакций, основанный на мерах доступности атомов и связей, расчет которых связан с информационным анализом.
Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:
1. Е. А Смоленский, А. Н. Рыжов, А. Л. Лапвдус, Н. С. Зефиров. Моделирование температур плавления нормальных алканов // Доклады РАН. 2002. Т. 387. № 1. С. 69-73.
2. А. Н. Рыжов, А. Л. Лапидус, О. Л. Словохотова, Е. А. Смоленский, И. В. Чуваева, Н. С. Зефиров. Расчеты топографических индексов Винера для алканов // Тезисы докладов Ш Всероссийской конференции "Молекулярное моделирование". М., 2003. С. 103.
3. А. Н. Рыжов, Л. К. Маслова, Е. А. Смоленский, А. Л. Лапидус, Н. С. Зефиров. Моделирование температур плавления нормальных алканов // Тезисы докладов Ш Всероссийской конференции "Молекулярное моделирование". М, 2003. С. 104.
4. А. Н. Рыжов. Молекулярные формы для каталитических реакций углеводородов // Тезисы докладов 1-й научной конференции "Молодёжная наука - нефтегазовому комплексу". М, 2004. С. 27.
5. А. Н. Рыжов. Расчеты физико-химических свойств алканов // Тезисы докладов 1-й научной конференции "Молодежная наука - нефтегазовому комплексу". М, 2004. С. 28.
6. А. N. Rijov, E. A. Smolenskii, A. L. Lapidus. The mathematical modeling of physicochemical properties of alcanes // Book of abstracts of VI International Congress on Mathematical Modeling. Nizhny Novgorod, 2004. P. 509.
7. A. N. Rijov, E. A. Smolenskii, A. L. Lapidus, N. S. Zefirov. The modeling of catalytic reactions of hydrocarbons by accessibility's measure of C-C bonds and С atoms // Book of abstracts ofVI International Congress on Mathematical Modeling. Nizhny Novgorod, 2004. P. 510.
8. E. А. Смоленский, А. Н. Рыжов, А. Л. Лапидус, Н. С. Зефиров. Моделирование физико-химических свойств алканов // Изв. РАН. Сер. хим., 2005, №5
9. А. Л. Лапидус, Е. А. Смоленский, А. Н. Рыжов, Н. С. Зефиров. Понятие скелетной молекулярной формы (СМФ) в химической кинетике (в печати).
Отпечатано в ООО «Компания Спутник+» ПД № 1-00007 от 25.09.2000 г. Подписано в печать 16.03.05 Тираж 100 экз. Усл. п.л. 1,56 Печать авторефератов (095) 730-47-74,778-45-60
02.00
г 1 All? 2005
Ф Содержание.
1.Введени е.
2. Литературный обзор.
2.1. Предмет конформационного анализа.
2.2. Конформационная номенклатура.
2.3. Способы описания конформационно-подвижных систем.
2.3.1. Кривая потенциальной энергии.
2.3.2. Внутреннее вращение и термодинамические функции.
2.3.3. Поворотно-изомерное приближение.
2.3.4. Конформационные переходы.
2.4. Природа конформационных барьеров.
2.4.1. Торсионные барьеры.
2.4.2. Универсальные внутримолекулярные взаимодействия.
2.4.2.1. Ван-дер-ваальсовы взаимодействия.
• 2.4.2.2. Электростатические взаимодействия.
2.4.2.3. Диполь-дипольные взаимодействия.
2.4.2.4. Взаимодействия диполей с зарядами.
2.4.2.5. Взаимодействия с участием квадруполей.
2.4.2.6. Поляризационные эффекты.
2.4.2.7. Дисперсионные взаимодействия.
2.4.3. Аддитивное приближение в расчётах энергий конформаций.
2.4.4. Специфические взаимодействия.
2.4.4.1. Сопряжение электронов и мезомерный эффект.
2.4.4.2.Орбитальные взаимодействия в насыщенных системах.
2.4.4.3. Внутримолекулярная ассоциация.
2.4.4.3.1. Водородная связь.
2.4.4.3.2. Комплексообразование ионами металлов. Хелаты.
2.5. Конформационные эффекты.
2.6. Взаимодействия вращающихся групп.
2.7. Влияние внешних условий на конформации молекул.
2.7.1. Кристаллическое состояние и конформации.
2.7.2. Сольвент-эффект.
2.7.3. Влияние давления.
2.8. Конформационный анализ и реакционная способность химических веществ.
3. Используемые понятия.
3.1. Скелетная молекулярная форма (СМФ).
3.2. Визуализация СМФ.
3.3. Дескрипторы, основанные на визуализации СМФ.
4. Методика расчётов.
4.1. Геометрия: шахматное приближение.
4.2. Мольные доли конформеров.
5. Моделирование физико-химических свойств алканов.
5.1. Моделирование температуры кипения алканов (760 мм. рт. ст.).
5.1.1. Моделирование температур кипения н-алканов.
5.1.2. Моделирование температур кипения моноалкилалканов.
5.2. Моделирование плотности жидких алканов (20 °С).
5.2.1. Моделирование плотности жидких н-алканов.
5.2.2. Моделирование плотности жидких моноалкилалканов.
5.2.3. Моделирование плотности жидких полиметилалканов.
5.2.4. Общая модель плотности алканов.
5.3. Моделирование температуры плавления алканов.
5.3.1. Моделирование температуры плавления н-алканов.
5.3.2. Моделирование температуры плавления 2-метилалканов.
5.3.3. Гипотеза о причине аномально высоких температур плавления некоторых полиметилалканов.
5.4. Промежуточные итоги.
6. Моделирование химических реакций.
6.1. Мера доступности атомов углерода.
6.2. Мера доступности углерод-углеродных связей.
6.3. Вероятность атаки атома углерода и связи С-С.
6.4. Проверка работоспособности теории.
6.6. Виртуальные реакции на примере гомолитического разрыва-рекомбинации С-С связей.
6.6.1. Пропан.
6.6.2. Н-бутан.
6.6.3. Нормальные пентан и гексан.
6.6.4. Нормальные гептан, октан, нонан и декан.
Алканы (и вообще углеводороды) являются основными компонентами нефти и газа. Поэтому изучение физико-химических свойств алканов и создание математического аппарата для их расчёта и прогнозирования является исключительно важной проблемой нефтехимии. В частности, установление зависимостей выходов и химического состава продуктов каталитических реакций, в особенности с участием алканов (поскольку реакционная смесь в этом случае содержит достаточно много химических веществ), от природы субстрата и природы катализатора составляет важную часть проблемы "структура-свойство".
Тем не менее, пока теоретическая сторона исследований каталитических реакций алканов ограничивалась формальной кинетикой, и ведущая роль в этой области химии принадлежит до сих пор эксперименту, где всё решается перебором катализаторов, ограничиваемым лишь природой активных центров (кислоты Бренстеда, кислоты Льюиса, атомы переходных металлов и т. д.). Основное внимание уделяется катализаторам, а субстрату оставлена значительно меньшая роль. Субстраты находятся как бы "на втором плане" в теории катализа. Этот подход себя практически исчерпал - добиться в таких реакциях селективного выхода одного-двух продуктов не удалось пока никому. Это обычно считается следствием примерного равенства углерод-углеродных связей в алканах по энергии.
Но в каталитических реакциях, помимо энергетического, значительную роль играет стерический фактор: на это указывал ещё Баландин, выдвинув принципы стерического и энергетического соответствия активного центра рецептора и молекулярного субстрата в классических работах [1, 2]. А близкие по энергии химические связи могут весьма существенно различаться по стерической доступности, что влияет на селективность реакций с участием алканов. Доступность же связана не только с выбором катализатора, но и со строением самого алкана.
Кроме того, сейчас цивилизация стоит на пороге существенных изменений способа производства материальных благ, связанных с широким применением нанотехнологий [3], т. е. технологий, манипулирующих отдельными атомами. Поэтому в ближайшее время можно ожидать появления методов, позволяющих получать любые наперёд заданные поверхности стерического и энергетического потенциалов. В дальней перспективе они будут поддерживаться затратами энергии ЭУМов (элементарных универсальных машин) [4] - своего рода искусственными микроорганизмами, управляемыми командами, поступающими непосредственно из нейронов человеческого тела, без посредников в виде органов чувств.
Философия исторического материализма утверждает, что "в гораздо большей мере наука зависит от состояния и потребностей техники. Если у общества появляется техническая потребность, то она продвигает науку вперёд больше, чем десяток университетов" (Ф. Энгельс, из писем В. Боргиусу [5] и Г. Штаркенбургу [6]). Поэтому не удивительно, что в свете вышенаписанного появилась потребность в теории, рассчитывающей параметры электрического поля, необходимого для наперёд заданного изменения электронных энергетических уровней молекул - т. н. "послушной квантовой механике" [7]. И эта теория уже появилась на свет. На очереди - новое направление в теории катализа, выясняющее параметры стерических и энергетических потенциалов, необходимых для проведения реакций, селективных (а, может быть, даже и специфичных) по отношению к отдельным атомам и химическим связям. Тем самым, оно будет уделять большее внимание природе и химическому строению субстрата, чем другие направления, смыкаясь с проблемой "структура-свойство".
В настоящее время известно немало различных схем описания зависимостей свойств веществ от строения молекул. Большинство этих схем основаны на применении теории графов. Впервые возможность использовать в этой проблеме теорию графов и соответствующий алгебраический аппарат была показана в работах Е. А. Смоленского [8-10]. Эти схемы позволяют с удовлетворительной точностью рассчитывать широкий спектр физико-химических свойств органических соединений [11-14]. Основная проблема, которая стоит перед исследователем в этой области - проблема числового представления структуры молекулы. Для этой цели молекулу описывают одним или более свойствами, рассчитываемыми абсолютно точно (например, числом атомов определённого типа). Такие свойства называются дескрипторами. Важной характеристикой зависимости "свойство-дескриптор" является информативность [15], которая впервые использована в данной работе. Она определяется как отношение дисперсии свойства по классам, на которые разбивается выборка соединений (в класс входят соединения с одинаковым значением дескриптора), к общей дисперсии свойства. Фактически информативность представляет собой верхний предел квадрата коэффициента корреляции для рассматриваемой зависимости. Следует отметить, что близкое к 1 значение информативности — необходимое, но далеко не достаточное условие корректности расчётной схемы.
Другая, не менее важная проблема - подбор функции, выражающей исследуемое физико-химическое свойство через дескрипторы. Не всегда удаётся найти функцию, корректно описывающую зависимость и в то же время обладающую достаточно малым числом параметров, которых мы используем в модели. Довольно распространён подход, при котором искомая функция ищется как сумма элементарных функций. Но при этом число параметров может стать слишком большим, что потребует увеличения размеров выборки.
Построение подобной теории для катализа невозможно без применения конформационного анализа. Следование принципу стерического соответствия требует точного знания геометрии молекулы субстрата. Но большинство субстратов, в том числе алканы, не обладают единственной геометрической структурой. В частности, геометрия любого н-алкана, начиная с С4Н]0, не является однозначной: в молекуле появляются новые степени свободы, связанные с внутренним вращением. А это - предмет именно такого раздела теоретической органической химии, как конформационный анализ.
Цели работы:
1. построение новых химических дескрипторов, учитывающих геометрическую структуру всех возможных конформеров для расчётов физико-химических свойств органических соединений;
2. разработка методов расчёта химического состава продуктов каталитических реакций алканов на основе поворотно-изомерного приближения в конформационном анализе.
В соответствии с этим были поставлены следующие задачи:
• ввести ряд новых терминов для разрабатываемого подхода, проиллюстрировать их на конкретных примерах, разработать новые дескрипторы, основанные на создаваемом понятийном аппарате;
• апробировать эти дескрипторы при помощи моделирования с их помощью некоторых физико-химических свойств алканов - плотности при 20 °С, температур кипения и плавления и провести их сравнение с некоторыми традиционными топологическими и ЗБ-дескрипторами;
• провести моделирование некоторых каталитических реакций и сравнить результаты моделирования с экспериментальными данными;
• провести теоретические расчёты для химических реакций алканов, катализируемых активными поверхностями, на примере плоской поверхности.
Научная новизна. В работе впервые:
1. Предложены новые понятия, связанные с ЗЭ-структурой молекул органических соединений: скелетная молекулярная форма (СМФ) и её визуализация. Показано, что числовые характеристики СМФ - площадь поверхности и объём - во многих случаях позволяют построить (по крайней мере, для алканов) схемы расчёта физико-химических свойств, гораздо более точные, чем расчётные схемы, основанные на традиционных дескрипторах, в том числе учитывающих реальное геометрическое строение, как, например, в случае моделирования молярного объёма. В остальных случаях температура кипения) приоритет принадлежит традиционным 3D-дескрипторам.
2. Проведён полный расчёт топографических индексов Винера W3D для всех н-алканов вплоть до гексадекана и для полиметил- и моноразветвлённых алканов вплоть до декана включительно.
3. На примере температуры плавления н-алканов показана значимость фактора пространственного расстояния между атомами в молекуле.
4. Предложен новый подход для прогнозирования физико-химических свойств производных полиэтилена.
5. Предложен новый способ прогнозирования состава смесей продуктов химических реакций, основанный на мерах доступности атомов и связей, расчёт которых тесно связан с конформационным анализом.
Научно-практическая ценность. Научно-практическая ценность работы определяется тем, что полученные данные о зависимостях молярного объёма, температур кипения и плавления от структуры молекул органических соединений необходимы для прогноза этих свойств для ещё не синтезированных веществ. Получена информация о надёжности использования различных дескрипторов в моделях физико-химических свойств, которая может быть использована для отбора дескрипторов в новых расчётных схемах и в разработке новых дескрипторов. Предложенный способ прогнозирования состава смесей продуктов химических реакций может быть использован при разработке новых, ранее неизвестных, химических реакций, в том числе каталитических.
Методы. Расчёты эмпирических параметров проводились с помощью программного пакета Microsoft Excel (версии 97, 2000, ХР). Коды, энергетические параметры и мольные доли конформеров, координаты углеродных атомов в алканах, площади поверхности и объёмы визуализаций СМФ, меры доступности и вероятности атак химических связей и атомов, выходы продуктов реакций рассчитывались с помощью оригинального пакета программ (FITRPR 1-9, FITRPR 3F, CNFTWG 1-6 и др.), написанных на языке Borland Pascal 7.01.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались (и/или были отражены в виде тезисов и материалов) на: Конкурсах молодых учёных ИОХ РАН (Москва, ИОХ РАН им. Н. Д. Зелинского, ноябрь-декабрь 2001, 2002, 2003 гг.); 3-ей Всероссийской конференции "Молекулярное моделирование" (Москва, Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского, 15-17 апреля 2003 г.); Научной конференции аспирантов, молодых преподавателей и сотрудников вузов и научных организаций "Молодёжная наука — нефтегазовому комплексу" (Москва, Российский государственный университет нефти и газа им. И. М. Губкина, 30-31 марта 2004 г.); VI Международном Конгрессе по математическому моделированию (Нижний Новгород, Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского, 20-26 сентября 2004 г.).
2. Литературный обзор
8. Выводы
1. Предложены понятия скелетной молекулярной формы (СМФ) и её визуализации, а также предложена соответствующая классификация неводородных атомов и химических связей в органических молекулах.
2. Впервые проведён полный расчёт топографических индексов Винера W3D для н-алканов до гексадекана и для полиметил- и моноразветвлённых алканов до декана включительно.
3. Установлены эмпирические зависимости температуры кипения, плотности, молярного объёма алканов от различных 3D- и 2D- дескрипторов, проведено сравнение этих зависимостей между собой.
4. Показано, что числовые характеристики СМФ (площадь поверхности и объём) во многих случаях позволяют построить более точные схемы расчёта физико-химических свойств, чем расчётные схемы, основанные на традиционных дескрипторах.
5. Показано, что дескрипторы, в основе которых лежит учёт геометрических расстояний для всех конформеров, более точно отражают структуру молекулы по сравнению с традиционными дескрипторами.
6. Предложен новый подход для прогнозирования физико-химических свойств полимеров.
7. Показано, что направление многих каталитических процессов определяется не только энергетическими и термодинамическими параметрами реагентов, но и пространственным строением их молекул. Это показывает важность учёта конформационного строения реагентов для прогнозирования выходов продуктов реакций.
8. Предложен новый способ прогнозирования химического состава продуктов химических реакций, основанный на мерах доступности атомов и связей, расчёт которых связан с конформационным анализом.
7. Заключение
Таким образом, в представленной работе предложен новый способ расчёта топографических индексов углеводородов. Для этого были рассчитаны статистические веса, энергетические характеристики и геометрия всех конформеров н-алканов вплоть до «=18, а разветвлённых - до п= 16 в шахматном приближении. Это существенно увеличило область применения топографических индексов, вследствие чего было проведено сравнение их с топологическими индексами (ТИ), модели с учётом которых строились с использованием информативности. Для температуры кипения и плотности это сравнение привело к результатам, показывающим очевидное преимущество 3D-дескрипторов над ТИ.
С помощью предложенных понятий скелетной молекулярной формы (СМФ) и её визуализации были построены дескрипторы - площадь поверхности и объём визуализации СМФ. Эти дескрипторы, в отличие как от ТИ, так и для их ЗБ-аналогов, приводят к модели расчёта молярного объёма, общей для всех алканов. Диаграмма зависимости этих дескрипторов друг от друга позволила выявить природу аномально высоких значений температуры плавления для полиметилалканов, а учёт реальной геометрической структуры н-алканов - объяснить до сих пор остававшуюся необъяснённой пилообразность зависимость температуры плавления н-алканов от п. Это привело к разработке метода прогноза физико-химических свойств полимеров типа полиэтилена.
Высокая продуктивность предложенной системы понятий даёт надежду на успешность их применения в области исследования каталитических процессов, что было продемонстрировано в настоящей работе на примере вычисления вероятностей атак атомов и химических связей, давших объяснения преимущественного направления дегидрогенизации алканов и некоторых соотношений между параметрами каталитического крекинга и позволивших прогнозировать направления химических реакций, ещё не осуществлённых на практике.
Результаты диссертационной работы могут быть использованы для прогноза физико-химических свойств соединений, в том числе некоторых полимеров, моделирования каталитических процессов и биологической активности.
1. Баландин А. А. // Успехи химии, 1962, т. 31, с. 1265-1308.
2. Баландин А. А. // Успехи химии, 1964, т. 33, с. 549-579.
3. Drexler К. Е. Engines of creation: The coming era of nanotechnology. -N. Y. et al.: Anchor press, 1986. 298 p.
4. Виртуальная энциклопедия "Ключ к будущему", http://webcenter.ru/~lazareYicha/k2f7elementaryallpurposemachines.htm
5. Маркс К., Энгельс Ф. Полное собрание сочинений, т.39. М., Политической лит-ры, 1966.-С. 174.
6. Золотов Ю. А., Дорохова Е. Н., Фадеева В. И. и др. Основы аналитической химии. Кн. 1. М.: Высшая школа, 1996. - С. 11.
7. Захарьев Б. Н., Чабанов В. М. Послушная квантовая механика: новый статус теории в подходе обратной задачи и новые идеи управления квантовыми системами. М.: Институт компьютерных исследований, 2002. 300 с.
8. Смоленский Е.А., Сейфер А.Л // ЖФХ. 1963. Т. 37. № 12. С. 2657-2662.
9. Смоленский Е.А., Сейфер А.Л. // ЖФХ. 1964. Т. 38. № 1. С. 202-203.
10. Ю.Смоленский Е.А. //ЖФХ. 1964. Т. 38. № 5. С. 1288-1291.1 l.Rouvray D. Н. // Math. Chem. (MATCH). 1975. V. 1. № 8. P. 61-70.
11. Chemical applications of Graph Theory. Ed. by Balaban A. T. London: Acad. Press, 1976.-389 p.
12. Химические приложения топологии и теории графов. Под ред. Р. Кинга. — М.: Мир, 1987.-560 с.
13. Станкевич М. И., Станкевич И. В., Зефиров Н. С. // Успехи химии. 1988. Т. 57. № 3. С. 337-366.
14. Смоленский Е. А. // ДАН. 1999. Т. 365, С. 767.
15. Быков Г. В. История стереохимии органических соединений. М.: Наука, 1966. 372 с.
16. Дмитриев И. С. Электрон глазами химика. Л.: Химия, 1983. 232 с.
17. Prelog V. // Pure and Appl. Chem. 1971. V. 25, № 3. P. 468-468.
18. Номенклатурные правила ИЮПАК по химии. М.: ВИНИТИ, 1983. Т. 3, полутом 2. 404 с.
19. Илиел Э., Аллинжер Н., Энжиал С., Моррисон Г. Конформационный анализ. М.: Мир, 1969.-592 с.
20. Hanack М. Conformational theory. -N. Y., L.: Acad, press, 1965. 382 p.
21. Добен У., Питцер К. Пространственные эффекты в органической химии. -М.: Иностр. лит. 1960. С. 9-64.
22. Robinson R. // Pure and Appl. Chem. 1971. V. 25, № 3. P. 635-654.
23. Буркет У., Эллинджер H. Молекулярная механика. М.: Мир, 1986. - 364 с.
24. Brewster J.H. // Tetrahedron. 1974. V. 30, № 13. P. 1807-1818.
25. Химический энциклопедический словарь. М., Сов. энциклопедия, 1983. -792 с.
26. Antenuis М. О., Tavernier D., Borremans F. // Bull. Soc. Chim. Belg. 1966. V. 75, № 5/6. P. 396-412.
27. Klyne W. // Progr. Stereochem. 1954. V. 1, № 1. P. 36-89.
28. Miller S. I. // Adv. Phys. Org. Chem. 1968. V. 6. P. 185-332. 30.0osterhoff L. J. // Pure and Appl. Chem. 1971. V. 25, № 3. P. 563-571.
29. Соколов В. И. //ЖОрХ. 1975. Т. 11, № 3. С. 661-662.
30. Barton D. Н. К., Coocson R. С. // Quart. Rev. 1956. V. 10, № 1. P. 44-82.
31. Соколов В. И. Введение в теоретическую стереохимию. М.: Наука, 1979. -243 с.
32. Зефиров Н. С. // Журнал Всесоюз. хим. об-ва им. Д. И. Менделеева. 1977.
33. Т. 22, №3. С. 261-274. 35.Шевченко С.М. Молекула в пространстве. Д.: Химия, 1986. - 145 с. Зб.Орвилл-Томас В. Дж. Внутреннее вращение молекул. - М.: Мир, 1977. -С. 9-23.
34. Шабаров Ю. С. Органическая химия. Ч. 1. М.: Химия, 1996. - 494 с.
35. Cahn R. S., Ingold С. К., Prelog V. // Angew. Chem. 1966. Bd. 78, № 8. P. 417-447.
36. Конформационный анализ углеводородов и их производных. Под ред. Арбузова Б. А. М.: Наука. 1990. - 296 с. ф 40.Потапов В. М. Стереохимия. - М.: Химия, 1976. - 695 с.
37. Ногради М. Стереохимия. -М.: Мир, 1984. 391 с.
38. Папулов Ю. Г. Строение молекул. Тверь: ТГУ, 1995. - 200 с.
39. Флори П. Статистическая механика цепных молекул. М.: Мир, 1971. -440 с.
40. Папулов Ю. Г., Смоляков В. М., Филиппов В. А. Конформационные характеристики алканов. В сб.: Свойства веществ и строение молекул. -Калинин: КГУ, 1977. С. 3-41.
41. Мидзусима С. Строение молекул и внутреннее вращение. М.: Иностр. лит.,1957.-263 с.
42. Shimanouti Т. // Discuss. Faraday Soc. 1970. V. 49. P. 60-69.
43. Exner О., Friedl Z. // Coll. Czechosl. Chem Communs. 1977. V. 42, № 10. P. 3030-3039.
44. Пентин Ю. А., Тюлин В. И. // Вестн. МГУ. Сер. 2, Химия. 1977. Т. 18, № 5. С. 580-598.
45. Dubois J.-E., Рапауе А. // Bull Soc. Chim France. Ser. II. 1975. № 9/10.50.P. 2100-2110.
46. Волькенштейн M. В. Конфигурационная статистика полимерных цепей.
47. М.; Л.: АН СССР, 1959.-466 с.
48. Hehre W. J., Pople J. A. // JACS. 1972. V. 94, № 7. P. 2371-2381.
49. Bartell L. S. // JACS. 1977. V. 99, № 10. P. 3279-3282.
50. A1 linger N. L. // JACS. 1977. V. 99, № 25. P. 8127-8134.
51. Allinger N. L., Hindman D., Honig H. // JACS. 1977. V. 99, № 10. P. 3282-3284.
52. Gollogly J. R., Hawkins C. // Inorg. Chem. 1969. V. 8, № 5. P. 1168-1173.
53. Вейяр А. Внутреннее вращение молекул. M.: Мир, 1977. - С. 317-351.
54. Ryck.aert J.-P., Bellemans А. // Discuss. Faraday Soc. 1978. V. 66. P. 95-106.
55. Jorgensen W. L., Binning R. C., Bigot B. // JACS. 1981. V. 103. № 15.1. P. 4393-4399.
56. Schaefer Т., Penner G. H. // J. Mol. Struct. 1987. V. 152, № 1/2. P. 179-183. 61.Blade E. Kinball G. E. // J. Chem. Phys. 1950. V. 18, № 5. p. 630-636.• 62.Гаммет Jl. Основы физической органической химии. М.: Мир, 1972. 534 с.
57. Годнев И. Н. Вычисление термодинамических функций по молекулярным данным. М.: Гостехтеориздат, 1956. - 419 с.
58. Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. М.: Высшая школа, 1987. -640 с.
59. Тафт Р. У. Пространственные эффекты в органической химии. М.: Иностр. лит., 1960.-С. 562-686.
60. Humbelin R. // Chimia. 1966. V. 20, № 5. P. 151-152.• 67.Дашевский В. Г. Конформационный анализ органических молекул. 1. М.: Химия, 1982.-272 с.
61. Hirota Е. // J. Mol. Struct. 1985. V. 126. P. 25-40.
62. Парк П. Дж. Д., Петрик Р. А., Томас Б. Г. Внутреннее вращение молекул. -М.: Мир, 1977.-С. 56-101.
63. Gil V. М. S., Varandas A. J. С., Murrell J. N. // Canad. J. Chem. 1983. V. 61, № l.P. 163-170.
64. Lunacci L., Macciantelli D., Bernardi F., Ingold K.U. // JACS. 1977. V. 99, № 14. P. 4573-4576.
65. Ф 72.Umemoto K., Ouchi K. // Proc. Ind. Acad. Sci. Chem. Sci. 1985. V. 94, № 1. P. 1-119.
66. Wilson E. B. // Chem. Soc. Rev. 1972. V. 1, № 3. P. 293-318.
67. Мамаев В. M. Квантовая химия основа молекулярной динамики и химической кинетики. Лекция № 4. - М.: МГУ, 2000. - 36 с.
68. Goleblewski A., Parczevski А. // Chem. Rev. 1974. V. 74, № 5. P. 519-530.
69. Мамаев В. М. Квантовая химия основа молекулярной динамики и химической кинетики. Лекция № 1. - М.: МГУ, 2000. - 38 с.ф 77.Jorgensen W. L., Allen L. С. // JACS. 1971. V. 93, № 3. P. 567-574.
70. Полинг JI. Теоретическая органическая химия. М.: Иностр. лит. 1963. -С. 7-16.
71. Дашевский В. Г. Конформации органических молекул. М.: Химия, 1974. -432 с.
72. Зефиров Н. С., Самошин В. В., Святкин В. А., Мурсакулов И. Г. // ЖОрХ. 1978. Т. 23, №4. С. 704-713.
73. WertzD. Н., Allinger N. I.//Tetrahedron. 1974. V. 30, № 13. P. 1579-1586.
74. Andergen J. E., Doecke C. W., Pearson H. // J. Chem. Soc. Perkin Trans. Part II. 1976. №3. P. 336-314.
75. Friedl Z., Exner O. // Coll. Czechosl. Chem Communs. 1978. V. 43, № 10. P. 2591-2599.
76. Арбузов Б. А., Катаев В. E., Вульфсон С. Г., Верещагин А. Н. // Изв. АН СССР. Сер. хим. 1978. № 11. С. 2446-2449.
77. Anteunis М. J. О., Tavernier D., Borremans F. // Heterocycles. 1976. V. 4, № 2. P. 293-371.
78. El-Torki F. M., Jacobus J. //J. Org. Chem. 1985. V. 50, № 8. P. 1314-1316.
79. Арбузов Б. А., Камалютдинова A. M., Вульфсон С. Г. и др. // Изв. АН СССР. Сер. хим. 1978. № 3. С. 599-604.
80. Carter R. Е., Nilsson В., Olsson К. // JACS. 1975. V. 97, № 21. Р. 6155-6159.
81. Шеппард Н. Успехи спектроскопии. М.: Иностр. лит. 1963. - С. 354-429.
82. De Tar D. F., Bizer S., Darbe P. // J. Org. Chem. 1985. V. 50, № 16. P. 2826-2836.
83. Steric effect in conjugated systems. Ed. by G. W. Cray. L.: Butterworth, 1958. -181 p.
84. Ингрехем JI. Пространственые эффекты в органической химии. М.: Иностр. лит. 1960. - С. 486-528.
85. Тюлин В. И. Современные проблемы физической химии. Т. 7. М.: МГУ, 1973.-С. 333-376.
86. Арбузов Б. А., Тимошева А. П., Вульфсон С. Г., Верещагин А. Н. // Изв. АН СССР. Сер. хим. 1976. № 9. С. 2007-2012.
87. Dewor M. J. S. Steric effects in conjugated systems. L.: Butterworth, 1958. P. 46-51.
88. Sullivan J. F., Dickinson T. J., Durig J. R. // Spectrochim. Acta A. 1986. V. 42, №2/3. P. 113-122.
89. Чмутова Г. А. Строение и реакционная способность органических соединений. М.: Наука, 1978. - С. 227-258.
90. Epiotis N. D., Cherry W. R., Shalk S. et al. Structural theory of organic chemistry. B. etc.: Springer, 1977. - 242 p.
91. Кёрби Э. Аномерный эффект кислородсодержащих соединений. М.: Мир, 1985.- 171 с.
92. Suenram R. D., Lovas F. J., Pickett H. M. // J. Mol. Spectrosc. 1986. V. 119, № 2. P. 446-455.
93. Radom L., Hehre W. J., Pople J. A. // JACS. 1979. V. 101, № 7. P. 271-290.
94. Зефиров H. С., Самошин В. В., Палюлин В. А. // ЖОрХ. 1983. Т. 19, № 9. С. 1888-1892.
95. BrunckT. К., Weinhold F. //JACS. 1979. V. 101, № 7. P. 1700-1709.
96. Radom L., Baker J., Gill P. M. W. et al. // J. Mol. Struct. 1985. V. 126. P. 271-290.
97. Аршинова Р.П. Строение и реакционная способность органических соединений. М.: Наука, 1978. - С. 66-106.
98. Жонен Р. // Успехи химии. 1959. Т. 28, № 5. С. 605-614.
99. Панов В. П., Жбанков Р. Г. Конформации Сахаров. Минск: Наука и техника, 1975. - 216 с.
100. Pettit В. М., Karplus М. // JACS. 1985. V. 107, №5. Р. 1166-1177.
101. Шагидуллин Р. Р., Плямоватый А. X., Кацюба С. А. // Изв. АН СССР. Сер. хим. 1980. № 10. С. 2262-2264.
102. Шахпаронов М. И. // ЖФХ. 1985. Т. 54, № 5. С. 1179-1182.
103. Oki М., IwamuraН., OnodaТ., IwamuraМ. //Tetrahedron. 1968. V. 24, № 4. Р. 1905-1921.
104. Mori N., Takemura Т. // Bull. Chem. Soc. Jap. 1977. V. 50, № 1. P. 179-185.
105. Tamura J., Yamamoto G., Oki M. // Bull. Chem. Soc. Jap. 1987. V. 60, № 5. P. 1781-1788.
106. Ш 114. Baker R., Dyall I. K.//J. Chem. Soc. B. 1971. № Ю. P. 1952-1957.
107. Hirota M., Abe K., Suerawa H., Nishio M. // J. Mol. Struct. 1985. V. 126. P. 455-460.
108. Kingsbury C. A. // J. Chem. Educ. 1979. V. 56, № 7. P. 431-457.
109. Traylor T. G., Baker A. W. // JACS. 1963. V. 85, № 18. P. 2746-2752.
110. Kiefer E. L., Gericke W.// JACS. 1968. V. 90, № 19. P. 5127-5131.
111. Zefirov N. S., Gurvich L. A., Shashkov A. S. et al. // Tetrahedron. 1976. V. 32, № 11.P. 1211-1219.
112. Zefirov N. S. // Tetrahedron. 1971. V. 33, № 24. P. 3193-3202.• 121. JohnsonF.//Chem. Rev. 1968. V. 68, №4. P. 375-413.
113. Зефиров H. С., Шехтман H. M. // Успехи химии. 1971. Т. 40, № 4. С. 593-624.
114. Зефиров Н. С.//ЖОрХ. 1974. Т. 10,№5. С. 1131-1133.
115. Wolfe S. // Accounts Chem Res. 1972. V. 5, № 3. P. 102-111.
116. Миняев P. M., Миникин В. И. // Вопр. стереохимии. 1974. Вып. 4. С. 3-12.
117. Inagaki S., Iwase К., Mori Y. // Chem. Lett. 1986. № 3. P. 417-420.
118. Tvaroska I., Kozar T. // JACS. 1980. V. 102, № 33. P. 6929-6936.
119. Danneels D., Anteunis M. // Tetrahedron. 1975. V. 31, № 15. P. 1689-1694. ф 129. Armstrong R. N., Lewis D. A. // J. Org. Chem. 1985. V. 50, № 6. P. 907-908.
120. Dempster А. В., Price K., Sheppard N. // Spectrochim. Acta B. 1969. V. 25, №8. P. 1381-1392.
121. Iwamura H. // J. Mol. Struct. 1985. V. 126. P. 401-412.
122. Cough К. M., Henry B. R., Wildman T. A. // J. Mol. Struct. 1985. V. 124, № 1/2. P. 71-86.
123. Roussel C., Liden A., Chanon M. et al. // JACS. 1976. V. 98, № 10. P. 2847-2852.• 134. Siegel J., Guttierez A., Schweizer W. B. et al. // JACS. 1986. V. 108, № 7.1. P. 1569-1575.
124. Csizmadia I. G.//J. Mol. Struct. 1986. V. 138, № 1. P. 1-11.
125. Gomez P., Fernandez M., Sese L., Botella V. // J. Mol. Struct. 1986. V. 142. § P. 315-318.
126. Norskov-Lauritsen L., Btirgi H. B. // J. Comput. Chem. 1985. V. 6, № 3. P. 216-228.
127. Jackman L. M., Dunne T. S., Roberts J. L. et al. // J. Mol. Struct. 1985. V. 126. p. 433-444.
128. Pople J. A. // Tetrahedron. 1974. V. 30, № 12. P. 1605-1615.
129. Cosse-Barbi A. Dubois J.-E. // Tetrahedron Lett. 1986. V. 27, № 30. P. 3501-3504.
130. Башаров M. А., Волькенштейн M. В., Голованов И. Б., Соболев В. М. //• Журн. структур, химии. 1984. Т. 25, № 2. С. 3-8.
131. Anderson J. Е., Pearson Н. // JACS. 1975. V. 97, № 2. P. 764-769.
132. Бирштейн Т. М., Птицын О. Б. Конформации макромолекул. М.: Наука, 1964.-391 с.
133. Дашевский В. Г. Конформационный анализ макромолекул. М.: Наука, 1987.-284 с.
134. Пентин Ю. А. Современные проблемы физической химии. Т. 1. — М.: МГУ, 1968.-С. 5-50.
135. Абрахем Р. Дж., Бретшнайдер Е. Внутреннее вращение молекул. -ф М.: Мир, 1977. С. 405-490.
136. Самошин В. В., Зефиров Н. С. //ЖВХО. 1984. Т. 29, № 5. С. 41-50.
137. Abraham R. J., Cavalli L., Parchier К. G. // Mol. Phys. 1966. V. 11, № 5. P. 471-494.
138. Friedl Z., Fiedler P., Biros J. et al. // Coll. Czechosl. Chem Commun. 1984. V. 49, № 9. P. 2050-2069.
139. Lemilux R. U. // Pure and Appl. Chem. 1971. V. 25, № 3. P. 527-548.
140. Crook K. R., Wyn-Jones E., Orville-Thomas W. J. // Trans. Faraday Soc. 1970.• V. 66, №7. P. 1597-1603.
141. Taniguchi Y. // J. Mol. Struct. 1985. V. 126. P. 241-250.
142. Nomura H., Koda S. // Bull. Chem. Soc. Jap. 1985. V. 58, № 10. P. 2917-2922.
143. Sim P. G., Klug D. D., Whalley E. // JACS. 1984. V. 106, № 3. p. 502-508. Щ 155. McKenna J. // Tetrahedron. 1974. V. 30, № 12. P. 1555-1562.
144. Oki M., // Accounts Chem. Res. 1984. V. 17, №5. P. 154-159.
145. Seeman J. I. // Chem. Rev. 1983. V. 83, № 2. P. 83-134.
146. Номенклатурные правила ИЮПАК по химии. М.: ВИНИТИ, 1985. Т. 5. -380 с.
147. Зефиров Н. С., Палюлин В. А. // ЖОрХ. 1979. Т. 15, № 5. С. 1098-1099.
148. Zefirov N. S. // Tetrahedron. 1977. V. 33, № 20. P. 2719-2722.
149. Moravetz H., Choi L.-S. // J. Phys. Chem. 1986. V. 90, № 17. P. 4119-4121.
150. Charton M., Charton B. // JACS. 1975. V. 97, № 22. P. 6472-6473.
151. Голиков С. H., Кузнецов С. Г., Зацепин Э. П. Стереоспецифичность действия лекарственных веществ. Л.: Медицина, 1973. - 184 с.
152. Ахрем А. А., Галактионов С. Г., Голубович В. П. Конформации биогенных аминов. Минск: Наука и техника, 1979. - 176 с.
153. Кантор Ч. Р., Шиммел П. Р. Биофизическая химия. М.: Мир, 1984. Т. 1. -336 с.
154. Blaney, J.M., Dixon, J.S. // Perspect. Drug Des. Discovery. 1993. V. 1. P. 310-319.
155. Jones, G. and Willett, P. // Curr. Opin. Biotechnol. 1995. V. 6. P. 652-656.
156. Ф 168. Никифорович Г. В. Конформации и функции биологических молекул. -Рига: Зинатис, 1984. С. 7-16.
157. Дрозд В. Н., Зефиров Н. С., Соколов В. И, Станкевич И. В. ЖОрХ. 1979. Т. 15. №9. С. 1785-1793.
158. Зефиров Н. С., Дрозд В. Н., Соколов В. И., Станкевич И. В. ЖОрХ. 1981. Т. 17. №2. С. 233-242.
159. Смоленский Е. А., Рыжов А. Н., Лапидус А. Л., Зефиров Н. С. // Изв. РАН. Сер. хим. 2005. № 4.
160. Rijov A. N., Smolenskii E. A., Lapidus A. L., Zefirov N. S. I I Book of abstracts of VI International Congress on Mathematical Modeling. Nizhny Novgorod, 2004. P. 510.
161. Mihalic Z., Trinajstic N. // J. Mol. Struct. (Theochem). 1991. V. 232. P. 65-78.
162. Смоленский E. A. // ДАН СССР. 1976. Т. 30. С. 373
163. Abe A., Jernigan R.L., Flory P.J. // JACS. 1966. V. 88, № 4. P. 631.
164. Смоленский E. А., Маслова JI. К., Шпилькин С. А., Зефиров Н. С. // ДАН. 1999. Т. 368, С. 219.
165. Оболенцев Р.Д. "Физические константы углеводородов". М.; Л.: Гостоптехиздат, 1953. - 446 с.178. "Физико-химические свойства индивидуальных углеводородов". Под ред. Татевского В.М. М.: Гостоптехиздат., 1960. - 412 с.
166. NeedhamD. Е., Wei I. С., SeyboldP. С. //JACS. 1988. V. 110. Р. 4186.
167. Katritzky A. R., Maran U., Karelson М, Lobanov V. S. // JCICS. 1997. V. 37. Р. 913.
168. Смоленский Е. А., Рыжов А. Н., Лапидус А. Л., Зефиров Н. С. // Доклады РАН. 2002. Т. 387. № 1. С. 69-73.
169. Станкевич М.И., Станкевич И.В., Зефиров Н.С. // Успехи химии. 1988. Т. 57. №3. С. 37-50.
170. Добрянский А. Ф. Химия нефти. Л.: ГНТИ нефтяной и горно-топливной литературы. 1961. - 224 с.
171. S. Kotrel, Н. Knozinger, В. С. Gates // Microporous and Mesoporous Materials. 2000. V. 35-36. P. 11-20.
172. S. M. Babitz, B. A. Williams, J. T. Miller, R. Q. Snurr, W. O. Haag, H. H. Kung // Applied Catalysis A: General. 1999. V. 179. P. 71-86.
