Модели связи "структура-свойство" органических соединений на основе молекулярных графов с элементами пространственного строения молекул
Цели. Цель работы - разработать, описать и протестировать общий алгоритмический метод построения моделей связи «структура-свойство» для органических соединений. Результаты. Вышеуказанные модели строятся на основе статистического анализа данных по выборкам структур и свойств химических соединений и имеют вид корреляционных уравнений. Химические структуры в предложенном подходе представляются в виде специальных молекулярных графов с весами вершин и ребер, отражающих определенные особенности пространственного строения соответствующих молекул. Реализация метода происходит в два этапа. На первом этапе предполагается, что искомое уравнение связи «структура-свойство» имеет определенный аналитический вид и зависит от ряда подгоночных параметров и двух функций одной переменной, которые могут варьироваться. На этом этапе происходит отбор пары функций из заданного множества функций, дающих наилучшую модель. На втором этапе происходит модификация полученной наилучшей модели. Для этой цели первоначально проводится классификация вершин молекулярного графа по химическим символам соответствующих атомов и картинам их первого окружения; проводится также классификация ребер графа в соответствии с классами вершин, которые они соединяют. На основе полученной классификации вводятся числовые «поправки» к исходным весам вершин и ребер молекулярных графов, что позволяет улучшить модель, полученную на первом этапе. Конечным результатом процесса построения модели служит уравнение определенного вида с конкретными числовыми значениями всех его параметров. Приведены примеры применения предложенного метода для построения моделей связи «структура-свойство» для конкретных свойств и классов соединений, показывающие его эффективность. Рассматривались следующие физико-химические свойства и классы органических соединений: 1) температура кипения спиртов; 2) растворимость спиртов в воде; 3) температура кипения сульфидов; 4) индексы удерживания алкилфенолов.Выводы. Предложен общий алгоритмический метод построения корреляционных уравнений, связывающих структуру и свойства органических соединений. Приведены примеры его реализации. Метод может быть использован для любых классов органических соединений и любых их свойств, которые измеряются количественно. Модели, построенные на основе предложенного подхода, обладающие достаточно высоким качеством, могут быть использованы для расчета свойств соединений, для которых отсутствуют экспериментальные данные.