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链烷烃结构参数与其沸点的相关性

更新时间:2018-11-11 所属栏目:论文范文

作者:范红梅 来源:考试周刊 2018年93期
  摘 要:以链烷烃为研究对象,选取两种结构参数,并与烷烃沸点相关联,进行非线性回归,其相关系数达到0.9979。结果表明,C原子数对烷烃沸点的影响最大,取代基数量、位置和种类影响次之。本方法计算简单,,参数具有较好的结构选择性和性质相关性,为预测烷烃沸点提供了一种有效的方法。
  关键词:烷烃;结构参数;沸点;相关性
  本文研究了支链烷烃沸点的变化规律,提出了一种由化合物名称获取结构参数的方法,即直接根据烷烃分子结构特点提取用以描述其结构的参数,而后考查结构参数与沸点的相关性。该法直观简单,预测结果令人满意。
  一、 基本原理和方法
  链烷烃分子的结构主要包括大小和形狀等方面。分子的大小基本上取决于碳原子数,形状则由支化度——支链的数量、位置和种类等反映。链烷烃沸点的实验数据表明:沸点随着C原子数的增加而显著增加,将沸点与C原子数进行关联,它们的相关系数达到0.982,选取结构参数Q1表示C原子数。但仅通过C原子数并不能将同分异构体区分开来,如2-甲基己烷、3-甲基己烷和2,2-二甲基戊烷,前两者随取代基的位置编号增加而略有增加,与后者相比,由于2,2-二甲基戊烷的支化度增加而沸点显著降低,因而用1减去甲基取代基位置数开平方的倒数和(其中乙基取代基位置数则开立方)作为表征取代基位置、数量和种类的参量(用Q2表示)。按上述规则,计算2,2-二甲基戊烷的各参量数值如下,Q1=7;Q2=1-(1/20.5+1/20.5)=-0.4142。计算3-乙基戊烷的各参量数值如下,Q1=7;Q2=1-1/30.3333=0.3066。链烷烃各结构参数的值见表1。
  二、 结果与讨论
  将链烷烃结构参数Q1与沸点进行关联,对于85种饱和烷烃(从乙烷到二十烷),将其沸点(t)实验值与Q1进行相关分析,得一元线性回归方程的相关系数R为0.9819,在此基础上加上结构参数Q2,将Q1和Q2与沸点进行关联,得二元线性回归方程的相关系数R为0.9820,可见结果没有多大的改善,说明用线性回归不够理想。研究沸点递变规律时发现,沸点随C原子数递增曲线的散点图是非线性的,与幂函数曲线非常相似,由此推断沸点与C原子数之间的函数关系具有如下形式:t=a+b×Q1c,该式是一个3参数方程,输入链烷烃的沸点和C原子数Q1,给定a、b和c的初值,采用最小二乘法进行非线性回归分析,即可得到t与Q1的具体函数关系式为:
  t=-22.240+144.485×Q0.5011(1)
  相关系数R=0.9957,与线性回归分析相比较,相关系数有所提高,考虑同分异构体的情况,将Q1和Q2与沸点进行关联,得二元非线性回归方程:
  t=-134.306+231.597Q0.3921+7.487Q2(2)
  相关系数R=0.9979,结果比较理想,说明式(2)能很好地描述支链烷烃沸点的变化规律。表1列出各烷烃的结构参数Q1、Q2与烷烃沸点的实验值和预测值(预测值由回归方程(2)得出),从表1可见,预测值与实验值吻合很好。沸点数据取自文献。
  一般而言,QSPR模型的好坏可由相关系数(R)和标准偏差(S)来判断。一个好的QSPR模型应该使R>0.99,而S取决于研究的物性。本文拟合的回归方程相关系数为0.9979,为优级,略低于文献(文献中的相关系数为0.9980)。对85种烷烃沸点的计算结果表明,计算值接近于实验值,平均绝对计算误差为3.69K,平均相对计算误差为0.981%。优于文献的计算结果(文献中的平均绝对计算误差为3.84K,平均相对计算误差为1.061)。可见它们之间均为高度相关,说明Q1和Q2能较准确地反映沸点的变化规律,是选择性、相关性较佳的一种新的结构参数,亦可用于饱和链烷烃其他理化性质的预测。
  三、 小结
  物质结构决定物质性质是化学中的一条基本规律。烷烃的沸点不仅与C原子数有关,还受到取代基位置和数目的影响,而Q1和Q2包含了上述各种信息,因此Q1和Q2与烷烃沸点呈现优良相关性成为必然。回归方程的计算方法非常简单,建构Q1和Q2不需要查找任何化学数据,直接根据物质的化学结构,便可获得相应的值,直观简单,所以应用极其方便。
  参考文献:
  [1]冯长君,沐来龙.边价连接性指数及其应用[J].化学通报,2003(02):125-133.
  [2]Mihalic Z,Trina Jstic N.A Graph Theoretical Approach to Structure-property Relationships J.Chem Educ,1992,69(9):701-712.
  作者简介:
  范红梅,江苏省南通市,江苏省南通卫生高等职业技术学校。


提示:
本文标题为:链烷烃结构参数与其沸点的相关性
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