脂肪族含氧有機化合物熱力學數(shù)據(jù)的計算研究.pdf

1、化合物的熱力學數(shù)據(jù)是化工模擬、生產(chǎn)和工藝設(shè)計中必不可少的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),也是研究化合物性質(zhì)和用途的重要參數(shù)。這些數(shù)據(jù)獲取最直接的方法是由實驗測定。但由于化合物(特別是有機化合物)數(shù)目極其繁多,或受實驗條件限制,要獲得每個化合物的熱力學數(shù)據(jù)非常困難。且對尚未合成的化合物,不能通過實驗方法測定其熱力學數(shù)據(jù)。因此許多化合物的熱力學數(shù)據(jù)缺失或末見報道。因此尋找對化合物熱力學數(shù)據(jù)進行準確計算的方法一直是化學和化工領(lǐng)域研究的重點課題之一。定量構(gòu)效關(guān)系(Q

2、uantitative Structure-Activity/Property Relationship,QSAR/QSPR)通過提取物質(zhì)的理化性質(zhì)或分子結(jié)構(gòu)參數(shù)等,通過數(shù)學或人工智能算法建立化合物性質(zhì)與參數(shù)之間的定量關(guān)系來計算化合物的性質(zhì)數(shù)據(jù),可為化工模擬、生產(chǎn)和工藝設(shè)計等提供所需熱力學數(shù)據(jù)的計算方法。
　　在定量構(gòu)效關(guān)系研究中最關(guān)鍵的問題是如何盡可能全面的提取分子的結(jié)構(gòu)信息。結(jié)合本課題組提出的極化效應(yīng)指數(shù)(PEI),本文構(gòu)建了

3、新的結(jié)構(gòu)參數(shù)NCeff,ΔPEI,ΔNCeff,GC等。其用于六類重要的脂肪族含氧有機化合物醇、醚、醛、酮、酸和酯熱力學數(shù)據(jù)QSPR研究中并取得了較好的成果。本文主要研究工作涉及以下幾方面:
　　(1)構(gòu)建了新的結(jié)構(gòu)參數(shù)NCeff,ΔPEI,ΔNCeff,GC等,用于描述有機化合物碳鏈異構(gòu)和官能團位置等分子結(jié)構(gòu)信息。
　　(2)采用最佳子集回歸方法分類建立了六類脂肪族含氧有機化合物單系列沸點的多元線性回歸方程。對六類有機化合

4、物的沸點預(yù)測值平均絕對偏差在5K以下,相對偏差在1.03％以下;對六類有機化合物沸點建立了統(tǒng)一的多元線性回歸方程,預(yù)測結(jié)果平均絕對偏差為4.72K,相對偏差為1.09%。支持向量回歸方法建立的六類有機化合物沸點統(tǒng)一QSPR模型預(yù)測結(jié)果的平均絕對偏差為4.67K,相對偏差為1.08%。
　　(3)分類建立了六類脂肪族含氧有機化合物單系列導熱率與結(jié)構(gòu)參數(shù)、溫度的多元線性回歸方程。其預(yù)測結(jié)果平均絕對偏差在0.0080 W/m·K以下,平

5、均相對偏差均在5%以下。采用最佳子集回歸方法建立了六類有機化合物導熱率統(tǒng)一的線性回歸方程,預(yù)測結(jié)果平均絕對偏差為0.00699W/(m.K),相對偏差為4.98%。支持向量回歸方法建立的六類有機化合物導熱率統(tǒng)一的計算模型預(yù)測結(jié)果平均絕對偏差為0.0020W/(m.K),平均相對偏差1.41%,支持向量回歸所建的QSPR模型遠優(yōu)于多元線性回歸模型。
　　(4)用最佳子集回歸方法分別建立了六類脂肪族含氧有機化合物單系列液態(tài)生成焓(Δf

6、H°(liquid))和氣態(tài)生成焓(ΔfH°(gas))的多元線性回歸方程。六類化合物多元線性回歸方程對計算的生成焓數(shù)據(jù)平均絕對偏差在4.0kJ/mol以下,平均相對偏差均在2%以下。用最佳子集回歸和支持向量回歸方法建立了六類脂肪族含氧有機化合物(ΔfH°(liquid))和氣態(tài)生成焓(ΔfH°(gas))統(tǒng)一定量構(gòu)效關(guān)系模型。最佳子集回歸方法得到的多元線性回歸方程計算結(jié)果平均絕對偏差均小于4.9kJ/mol,平均相對偏差均小于1.30

7、%,且只含有3個結(jié)構(gòu)參數(shù),計算簡便。支持向量機回歸模型的預(yù)測平均絕對偏差小于4.0kJ/mol,平均相對偏差小于1.0%。
　　(5)編寫了可視化支持向量機軟件i-SVM。該軟件集成了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)歸一化、訓練建模和預(yù)測等功能。能夠使用廣度探索,遺傳和粒子群等算法進行參數(shù)優(yōu)化、變量篩選等。可在Windows系統(tǒng)中完成從MS excel表格數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換為輸入數(shù)據(jù),訓練建模到預(yù)測的整個過程。同時可以建立批外理文件一次提交多個任務(wù),極大