定位分布贡献方法及其在计算热力学性质中的应用

本项目拟提出、建立并完善定位分布贡献方法。该方法将应用于对大分子有机物正常沸点和非正常沸点的蒸发焓、蒸发熵、以及生成焓和Gibbs函数等热力学性质的预测。鉴于构成有机物分子基团、基团间的交互作用和基团在分子中位置分布三者对物性参数的贡献，拟建立统一的、普适的定位分布贡献函数，对物性数据进行准确的计算。通过建立完整的定位分布贡献函数，使该数学表示式在物性数据估算领域具有通用性；通过定位分布贡献函数中的位置因子设置直接与IUPAC系统命名法原则相对应，使对所有有机物分子的描述都具有唯一性。将彻底解决有机物同分异构体物性数据估算无法分辨的难题。拟建立的定位分布贡献方法将采用非线性Kalman 滤波进行优化处理，以寻找有机物物性数据的"真值"为目标，这点与常规的以寻找最小残差和为目标的优化手段相比，在工作目标及实施手段上都有着质的改善，保证了所估算热力学性质数据的稳定性和可靠性。

物性预测方法在现代化学化工、生物化学、材料设计、药物设计和环境保护等领域发挥着至关重要的作用。为了有效解决传统基团贡献估算方法中有机物同分异构体的分辨难题，增强估算模型的准确性和通用性，本项目提出、建立了“定位分布贡献方法”，并将其成功应用于有机物的临界性质及标态下多种热力学性质的准确计算。.本项目对有机物分子基团属性的划分进行了重新定义，提出并定义了特征基团的位置分布因子，根据构成有机物的分子基团、基团间的交互作用和特征基团在分子中的位置分布三者对物性参数的贡献，构建了有机物分子统一完整的“定位分布贡献”体系，建立了定位分布贡献函数。本研究中提出的位置分布因子的设置直接与IUPAC系统命名法原则相对应，对所有有机物分子的描述都具有唯一性，从而解决了有机物同分异构体（包括顺反异构体）物性数据估算无法分辨的难题。.研究结果表明，统一的定位分布贡献函数能够对有机物的临界温度，临界压力，临界体积，临界压缩因子，标态下沸点，熔点，偏心因子，蒸发焓（正常沸点下），熔化焓和闪点等多种热力学性质进行准确计算。与文献方法对比，本研究计算结果无论在准确性上，还是通用性方面，都有显著改善。同时，本研究结果还表明，利用一个统一的数学模型能够实现对多种有机物的多种物性数据的准确计算，该“定位分布贡献函数”数学模型具有统一性和普适性。.定量构效关系（QSPR/QSAR）在物性估算领域应用广泛，本研究还针对传统QSPR/QSAR方法特异性较强，通用性较差的特点，基于定位分布思想，进一步提出了一个新的分子拓扑指数——扩展距离矩阵。该分子拓扑指数不仅能够定量描述化合物分子的原子组成、连接方式，而且对原子的空间结构、空间构象也能准确反映，能很好地区分包括顺反异构等同分异构体。利用该指数构建了新的定位分布构效关系模型，克服了传统定量构效关系方法难以建立通用计算模型的缺陷。并利用该模型对表面活性剂的临界胶束浓度，药物分子的药理毒理学性质，以及离子液体的多种物性等进行了计算，均取得很好的计算效果。