Доклад: Теория на графите в химията и нерешени проблеми. Графично представяне на молекули и техните свойства - теория на графите в химията Методи за изчисляване на топологични индекси
Изследването на връзката между свойствата на веществата и тяхната структура е една от основните задачи на химията. Голям принос за неговото решаване има структурната теория на органичните съединения, сред създателите на която е великият руски химик Александър Михайлович Бутлеров (1828-1886). Той за първи път установи, че свойствата на дадено вещество зависят не само от неговия състав (молекулна формула), но и от реда, в който атомите в молекулата са свързани помежду си. Този ред беше наречен "химическа структура". Бутлеров прогнозира, че композицията C 4 з 10 може да съответства на две вещества с различна структура - бутан и изобутан, и потвърди това чрез синтезиране на последното вещество.
Идеята, че редът, в който са свързани атомите, е от ключово значение за свойствата на материята, се оказа много плодотворна. Базира се на представянето на молекули с помощта на графики, в които атомите играят ролята на върхове и химически връзкимежду тях - ръбове, свързващи върховете. В графичното представяне дължините на връзките и ъглите между тях се игнорират. Молекулите C, описани по-горе 4 з 10 са показани в следните колони:
Водородните атоми не са посочени в такива графики, тъй като тяхното местоположение може недвусмислено да се определи от структурата на въглеродния скелет. Спомнете си, че въглеродът в органичните съединения е четиривалентен, следователно в съответните графики не повече от четири ръба могат да се отклоняват от всеки връх.
Графиките са математически обекти, така че могат да бъдат характеризирани с помощта на числа. От това дойде идеята да се изрази структурата на молекулите с числа, които са свързани със структурата на молекулните графики. Тези числа се наричат "топологични индекси" в химията. Чрез изчисляване на някакъв топологичен индекс за голям брой молекули може да се установи връзка между неговите стойности и свойствата на веществата и след това да се използва тази връзка, за да се предвидят свойствата на нови, все още несинтезирани вещества. Към днешна дата химици и математици са предложили стотици различни индекси, характеризиращи определени свойства на молекулите.
Методи за изчисляване на топологични индекси
Методите за изчисляване на топологичните индекси могат да бъдат много разнообразни, но всички те трябва да отговарят на съвсем естествени изисквания:
1) всяка молекула има свой собствен индивидуален индекс;
2) Молекули с подобни свойства имат подобни индекси.
Нека да видим как тази идея се реализира на примера на наситени въглеводороди - алкани. Ключът към конструирането на много индекси е концепцията за "матрицата на разстоянието" D. Това е името на матрицата, чиито елементи показват броя на ръбовете, разделящи съответните върхове на молекулярния график. Нека изградим тази матрица за три изомерни въглеводороди със състав C 5 з 12 . За да направим това, рисуваме техните молекулярни графики и преномерираме върховете (в произволен ред):
Диагоналните елементи на матрицата на разстоянието за въглеводороди са равни на 0. В първата колона връх 1 е свързан с връх 2 чрез един ръб, така че матричният елемент d 12 = 1. По същия начин, d 13 = 2, d 14 = 3, d 15 = 4. Първият ред в матрицата на разстоянието на нормален пентан е: (0 1 2 3 4). Пълни матрици на разстояния за три графики:
топологичен индекс на молекулната химия
Разстоянието между върховете не зависи от реда на тяхното изброяване, така че матриците на разстоянията са симетрични по отношение на диагонала.
Първият топологичен индекс, отразяващ структурата на молекулярна графа (G), е предложен през 1947 г. от Винер. Дефинира се като сумата от диагоналните елементи на матрицата на разстоянието плюс половината от сумата от нейните недиагонални елементи:
(1)
За горните графики, съответстващи на пентани C 5 з 12 , индексът на Wiener приема стойности 20, 18 и 16. Може да се предположи, че той описва степента на разклоняване на въглеводородите: най-големите стойности съответстват на най-малко разклонените въглеводороди. С увеличаване на дължината на въглеродния скелет, индексът на Винер се увеличава, тъй като има повече елементи в матрицата на разстоянието. Статистическият анализ на примера на няколкостотин въглеводороди показа, че индексът на Винер корелира с някои физични свойства на алканите: точки на кипене, топлина на изпарение, моларен обем.
Друг тип индекс не се основава на разстоянията между върховете, а на броя на най-близките съседи за всеки връх. Като пример, нека изчислим индекса на Рандик, който се дефинира, както следва:
(2)
където vаз- степен i-ти връх, тоест броят на ръбовете, простиращи се от него. За графиките по-горе индексът на Рандик е:
(3)
(4)
(5)
Този индекс също намалява с увеличаване на степента на разклоняване на въглеродния скелет и може да се използва за описание физични свойстваалкани.
Алканите са най-скучният тип органични молекули от химическа гледна точка, тъй като те не съдържат никакви "характеристики" - двойни и тройни връзки или атоми на елементи, различни от водород и въглерод (такива елементи се наричат хетероатоми). Въвеждането на хетероатоми в състава на молекулата може радикално да промени свойствата на веществото. По този начин добавянето само на един кислороден атом превръща доста инертния газообразен етан С 2 з 6 към течен етанол C 2 з 5 OH, който проявява доста висока химична и биологична активност.
Следователно, в топологичните индекси на молекули, по-сложни от алканите, трябва да се вземе предвид наличието на множествени връзки и хетероатоми. Това става чрез присвояване на определени числови коефициенти - "тегла" на върховете и ръбовете на графите. Например в матрицата на разстоянието диагоналните елементи могат да бъдат дефинирани по отношение на ядрения заряд Zаз(припомнете си, че за въглерод Z = 6):
(6)
Недиагоналните елементи се определят чрез сумиране по ръбове и всеки ръб свързва атоми със заряд Zази Зй, теглото е зададено
(7)
където b е равен на реда на връзката между атомите (1 за единична връзка, 2 за двойна връзка, 3 за тройна връзка). За обикновени въглерод-въглеродни единични връзки k = 1. Сравнете индексите на Винер за пропан C 3 з 8 и три подобни по състав кислородсъдържащи вещества: пропилов алкохол В 3 з 8 O, неговият изомерен изопропилов алкохол C 3 з 8 О и ацетон С 3 з 6 о
За да направим това, ние изчисляваме матриците на разстоянието според посочените правила. В молекулярните графики посочваме всички атоми, с изключение на водородните атоми 1) Пропан
2) В молекулата на пропиловия алкохол кислородът е свързан с най-крайния въглероден атом:
За единична C–O връзка тегловният коефициент е 36/(68) = 0,75. Диагонален елемент на матрицата, съответстващ на кислорода:
д 44 = 1 – 6/8 = 0.25.
За молекули, съдържащи хетероатоми, индексът на Винер престава да бъде цяло число. 3) В молекулата на изопропиловия алкохол кислородът е свързан към средния въглероден атом:
4) В ацетона редът на свързване на атомите е същият като в изопропиловия алкохол, но връзката между въглерода и кислорода е двойна:
За C=O двойната връзка тегловният коефициент е 36/(268) = 0,375
Както може да се види, добавянето на хетероатом към структурата на алканите води до увеличаване на индекса на Винер поради увеличаване на размера на матрицата на разстоянието. Добавянето на множество връзки и увеличаването на степента на разклоняване на молекулата намалява този индекс. Тези правила важат и за по-сложни молекули. Първоначално топологичните индекси са разработени само за целите на прогнозиране на физикохимичните свойства на веществата. По-късно обаче те започнаха да се използват за решаване на други проблеми. Нека разгледаме някои от тях. Едно от приложенията на топологичните индекси е свързано с класификацията на органични съединения и създаването на органични бази данни. Проблемът е да се намери такъв индекс, който едно към едно да характеризира химическата структура и от който тази структура може да бъде възстановена. Необходимият индекс трябва да има добра дискриминираща способност, тоест да разграничава помежду си дори близки по структура молекули. Тази задача е плашеща, тъй като вече са известни повече от 20 милиона органични структури. Неговото решение, очевидно, ще бъде намерено в резултат на използването на съставни топологични индекси.
ПРОМЕНЛИВОСТ РАЗНООБРАЗИЕ НА СТРУКТУРИ И ФОРМИ И ФОРМИ НА МОЛЕКУЛИ НА ОРГАНИЧНО СЪЕДИНЕНИЕ НА ОРГАНИЧНИ СЪЕДИНЕНИЯ МОЛЕКУЛИ Л. П. ОЛЕХНОВИЧ г. i. ygTspzyZau kutU‚TNLI „UTY‰‡ ТЪ‚ВММ˚И YML‚В ТLВЪ, ҚUTЪУ‚-M‡-SUMY Въпросът за генезиса и разнообразието на видовете ZZTSSTszaTs на огледалната конфигурационна изомерия на органичните ком- се откроява с многообразието си от структура и извънредни паунда се обсъждат с множеството отделни съединения прилагането на някои . Общ брой известни органични съединения - елементи на теорията на графите. Броят на новите вещества (над десет милиона) се допълва ежегодно с десетки хиляди нови вещества, синтезирани в лаборатории. Органичната химия изненадва молекулярния анализ с разнообразие от класове молекули, в структурата на които форми („фигури“) на пръв поглед не се вижда никаква логика. Осветлена е основната причина за появата на набор от организации, които не подлежат на просто изброяване (>107). Диференциите са уникални свойства на референциите на ахирален и централен елемент – въглерод. хиралните съединения са Светът на въглеродните съединения е неизчерпаема комбинация от възможности и начини за изграждане на класифицирана информация. молекули от n C атома, m O атома, k–N, l–S, h–P и др. k‡TTPUЪ VM˚ ‚UF UT˚ schgTseTsznkh nTsykaa YkDoyZ F ULTıUK‰VML PMU„U-Z abyEkDzzajp eygtsdmg U· ‡BL ‚L‰U‚ BV N‡O¸- Точно както физиците се радват на икономия В успех ясен, но съдържателен език на математически формули и LBUPV LL U „‡ML˜VTNLı” изчисления, химиците използват специален език за нотиране на структурата на съединенията. Този език е още повече не-TUV‰LMVMLI T F L‚OV˜V- заобиколен в органичната химия, за да се рационализират идеите за множество подкласове „‡SCHU‚. e ‡ЪЪЪНУ UT‚В‚В˘В- гигантско разнообразие от молекули. За да отделят по-малко време и място за представяне на структурни формули, органичните химици често се занимават с атомни обозначения. Тази техника M‡ UTMU‚V F V‰T‡‚OV- е особено удобна, когато се вземат предвид не някакви свойства на конкретно съединение, а LL, NO‡TTLSCHLˆL U‚‡-лекул. Така че, вместо да нарисувате буквата M˚ UTU·VMMUTЪL ТЪ УВ- обозначения на въглеродни и водородни атоми във всички структурни изомери, например ограничаване , 1997 ML TLPPV L˜M˚ı L на въглеводорода на хексан - С6Н14 , ‡TLPPVЪ L˜M˚ı TS‰LMW-графиките са показани (Схема 1) MLR, ‰‡MU UV V‰VOVMLV NL ‡О¸МУ ТЛППВЪ LL. Схема 1 44 leikylyZldav jEkDbyZDnTsgzhzhv LmkzDg, ‹2, 1997 Върховете на графиките (точките) са въглеродни атоми, съединения, също представляват сложни трансформации, а линиите (ръбовете), които ги свързват, са С–С връзки. молекули (реакции) и се разбират взаимно. Тъй като въглеродът е четиривалентен, а водородът е едно- Като цяло химичните графики имат пряка относителна валентност, ясно е, че при крайни (свободни) връзки към специален клон на математиката - теория, върховете на графиката трябва да бъдат три Н атома , с графики. В тази теория графът G от порядък n се определя от средните върхове от типа - по два, при третичния като непразно множество от върхове V1 , V2 , ..., Vn върхове - по един и не трябва да се с набора (m) от отношения по двойки - ръбове, свързващи водородни атоми в кватернерни върхове, свързващи различни върхове. Известните аргументи на Л. Ойлер поставиха основата на теорията на графите. Следователно горните графики не са (1736) за мостовете на Кьонигсбер, където са формулирани пълни, но са достатъчни, за да представят критериите за заобикаляне на всички ръбове на графиката без структурни изомери на въглеводороди. По-долу са поздрави, както и други негови произведения, свързани с графики на Мадена на молекули на ненаситени въглеводороди с тематични пъзели и забавления. двойни (C=C) и тройни (C≡C) връзки, както и важни етапи в развитието на тази теория, изготвят графики на някои циклични и рамкови въглероди от работата на G. Kirchhoff (1847) и W. Hamilton въглеводороди (Таблица 1). (1859). A. Cayley (1857, 1874–1875) е първият, който обобщава тригоналната графика (схема 2) и използва графични представяния (изброяване на фигурите на много различни молекули на графови „дървета“) във връзка с преброяването на броя на изомерите на първите термини редица ограничаващи въглехидрати.Така графичната (графична) форма на родовете е алкани. Наистина, само с помощта на la присъединява се икономично представяне на важния апарат на теорията на графите (теорема на Поя, 1937 г.) на неговите възможни частни и най-общи закономерности, но за решаване на проблеми с изброяване (изброяване) на всички структури и форми. Химиците имат достатъчно подобни структурни изомери на молекули CnH2n +2, CnH2n, графики, така че, без да използват дългите имена CnH2n - 2, CnH2n - 4 и т.н. (вижте графики на изомери на хексан), Таблица 1 Z,E-изомери на бутен-2 Z E H3C CH CH CH3 .R . R,L-изомери на 1,3-диметил-3-кумулен L. З. . E. Z,E-изомери на 1,4-диметил-4-кумулен. . . . . . Диметилацетилен 1,4-диметил-биацетилен Ксилени Бензен Толуен орто-мета-пара- Циклични наситени въглеводороди Циклопропан Циклобутан Циклопентан Циклохексан и т.н. 45 O 2− O − CH2 + F B C N C = F F O O O O H2C CH2 Трифлуорид Анион на киселинен остатък Триметиленметан борен катион на въглеродна азотна киселина киселина 2 и изомери на (заместени) въглеродни производни herTsnka a DlaeeTsnka eigTsdmg, водороди, когато „ръчно“, за големи n, отнема много време. Настоящата теория Нека сега се обърнем към друга характеристика на нашите графики, която естествено навлиза в умовете на много - вниманието. Когато разглеждаме раздели на съвременната математика, като например някои от заобикалящите ни обекти (включително мология и комбинаторика, линейна алгебра и теория на лекулярните графи), тогава често се имат предвид групите за реализиране, теорията на вероятностите и численият анализ. Съществуват и съзнателно неконтролирани операции.Успешно се използва във физиката, химията и генетичното внимание, които показват съответствието между физиката, антропологията, електротехниката, проектирането и взаимно частите на обекта. Древните гърци на компютрите, архитектурата, социологията и лингвистиката. терминът "съизмерим" (σιёёετροσ) обозначава.Трябва да се имат предвид особеностите на "езика" и такива характеристики на взаимно разположение, релационни графики: частите на обекта, които определят неговия симетричен външен вид, форма - строга симетрия; молекулярните графики формализират връзките на сгради, кристали минерали, двустранна симетрия, които, като правило, включват няколко (две и растителни листа, повече ротационна симетрия) разновидности на атоми-върхове; цветя и др. ако общата теория на графите позволява про- Обектите са симетрични, ако съотношението и произволният брой ръбове, произтичащи от един и същи връх - взаимното разположение на техните части позволяват такива гуми (включително изолирани върхове по време на операцията на ротации, вътрешни отражения, и пълната липса на ръбове), тогава върховете химически версии (комбиниращи завъртания и отражения), графиката трябва да има точно толкова ръбове (чиято връзка ги оставя (обектите) непроменени), което е валентността (координационното число) на тях, превежда ги в себе си. Структурата на симет- даден атом в химическо съединение ; на линейни обекти е такова, че се характеризира с наличието на поне един от следните елементи на върха на химическата графика заедно с посоката на симетрия: ръбовете на ръбовете трябва да бъдат ясно ориентирани, огледалните равнини на отражение σ ( S1) са обекти, състоящи се от атоми в молекули, както и ъглите между връзките на еднакви, огледално идентични половини на атоми: за тетраедричен въглероден атом, тези (вижте графиките в схеми 1, 2 и в таблица 1); ъглите обикновено са равни на 109,5°, за тригоналната равнина - 120°, за двуъгълната, ацетилен - оси на симетрия Cn, n = 2, 3, 4, ..., - части на обекта - 180°, но там може да има изключения ( вижте графиките на диаграмата са комбинирани, като обекта като цяло, с въглеводородите му ред по ред в таблица 1) и триизмерни (завъртане под ъгли 2π / n (вижте таблица 1 и схема 2); подвижни) графичните проекции са необходими за предогледалната ротационна ос Sn, S2 = i е центърът на молекулните конфигурации. инверсии - е комбинация от C2 + S1, S4 = com- Експериментален химичен дизайн, C4 + S1 комбинации (вижте E-изомери на бутен-2, дори за инженери, графики на нови, неизвестни преди това кумулени, тетраедри и кубан в табл. 1). връзки, обмислят и прилагат начини за тяхното Обектът е асиметричен, ако вътрешният му синтез. Теоретичните химици подлагат структурата на сравнение и външната форма не може да бъде характерно анализирана в квантово-химичните изчисления от нито един от изброените елементи, а понякога и много различни структури, за да се разкрият показателите (вижте 2-ри и 4-ти изомери на хексана в Схема 1, граници на промените в междуатомните разстояния и ра-аланина в Схема 3). За такива обекти има равномерно разпределение на електрони в йони и молекули, предполагаемата тривиална операция на симетрия е C1. зададени от една графика (виж диаграма 2). Графичното завъртане C1 на 360° (2π) съчетава асиметрични формули, които са станали обичайни, малко повече от обект сам със себе си. Разбира се, чрез действието на операцията преди 100 години и графичният език на комуникация на химиците C1 се комбинират със себе си и всичко се подобрява симетрично непрекъснато. обекти, тъй като това въртене е тривиално. 3 3 H H H H H COOH H3C COOH HOOC CH3 C 2 C C C 2 C 1 4 4 1 H H H2N H H2N H H2N H H NH2 Метан Метиламин Глицин l-аланин r-аланин Схема 3 Сфери, топки - примерни обекти, които имат асиметрична молекула (аланин) има огледално безкрайни набори от всички елементи на симетрия - двойното двойно (виж Фиг. схема 3). S1(σ), Cn, Sn. Топката е изравнена със себе си при всякакви завъртания, всякакви огледални ориентации.През 60-70-те години на нашия век учените по стереопланите и осите на въртене, преминаващи през нея, химиците R. Kahn, K. Ingold и V. Prelog разработиха центъра. Следователно правилните изпъкнали полиедрични правила за приписване на дублирани компоненти (тетраедър, куб, октаедър, додекаедър, икосаедър - подобни типове лява (l) и дясна (r) форми: идеални платонови тела), в които заместителите са вписани (атоми), свързани с асиметричната сфера, въпреки че имат крайни набори от елементи с въглероден или друг атомен център, симетрии, но техният брой и разнообразие винаги са сортирани според тяхната йерархия, а най-старият (но голям в сравнение с друга мярка 1) е този, който има най-голяма. Отдавна е отбелязано, че ако асиметричната атомна маса: в аланин (схема 3) 14N е по-стара от 12С и фигурата се отразява в огледалната равнина, разположена сред въглеродните атоми на метиловата и карбоксилната групи по-стар от последния: свързва се с тежък 16O, лежащ извън този обект, тогава се получава фигура, докато първият се свързва с лек 1H; точност, подобна на оригиналната, но несъвместима с първата за всякакви смени и ротации. Следователно, наблюдателят е ориентиран (разбира се, мислено, всички асиметрични обекти могат да бъдат солени) към молекулата или молекулата е ориентирана да постави огледални близнаци. Обикновен за наблюдателя по такъв начин, че въглеродните примери за това са нашите обувки и ръкавици, левият център е „закрит“ от най-младия заместител (H), а десните двойки фигури, които отговарят, съответно, и ако, в този случай траекторията на последователните ляво и дясно огледало - двойно преминаване от най-старите към най-младите (неекранирани от нашите обикновено планарно-симетрични) заместители (т.е. от първото число до цифрите. Кристалографите няколко века преди следващия) е подобен на движението на стрелките на часовника, отбелязано е преобладаването на огледално, тогава конфигурацията е абсолютно дясна (r), ако противоположността на енантиоморфните форми в неорганичния свят е уста, тогава тя е абсолютно лява (l). леви и десни кристали от кварц, турмалин, калцит (исландски шпат). След като въведохме концепцията за абсолютно леви и десни конфигурации, трябва да предупредим за огледалната изомерия, енантиомерията, в органичната относителност на тази абсолютност. Операциите на зърнохимията са много често срещано явление. калното отражение съответства на P - инверсията на ко-приоритета на неговото откриване в средата на последната таблица-координати на всички атомни и субатомни части на обекта. тия принадлежи на изключителния французин Луи Пас- Въпреки това, тъй като не е известно вътрешна структура Тер, който обърна внимание на огледалното подобие на атомни (електрони) и субатомни (кварки, глюоформи на калиево-амониевите соли на винени кристали) частици, тогава операцията P на физиката се допълва от форни киселини. Името на Пастьор е свързано с формирането на малка операция на конюгиране на заряда C - стереохимия, основана на проблемите на промяната на зарядите в противоположни знаци и всички метрики и асиметрии на молекулите, тяхната структура (форма) и други антиподни кванти характеристики на атом в триизмерното пространство. Важен крайъгълен камък в развитието на (протони, неутрони, електрони) и субатомната стереохимия бяха предложените през 1874 г. частици (кварки, глуони), както и тетраедричната инверсия на посоките на движение (импулси и - модел на въглероден атом , Ако в най-простия ъглов импулс) на всички компоненти на обекта, ко-пръчката, чиято фигура е подобна на високия симтор, съответства на обръщането на времето T. ) друга ато-комбинирана CRT-хирургия. Оттук следва, мами и атомни групировки, тогава симетрията, че абсолютният антипод на оригинала, например получените молекули бързо намалява. След r-молекулата трябва да има нейният l-партньор, но състоящ се от три такива процедури с тетраедрична въглеродна верига от антиматерия и център, движещ се във времето, четири различни заместителя вече са свързани и обратно. Идеи за комбиниране на P-, C- и T-оператори 47 симетрии принадлежат на G. Lüders и W. Pauli, за да се обединят в безкрайно симетрична сфера, след това всичко (1954–1955). Елементите на симетрия на оригиналния обект се влошават напълно поради гигантските възможности, тоест асиметричното „добавяне“ на атоми и атомни групи, способни да се свързват, трансформира идеално симетричния (синглетен) обект с въглерод, по принцип осъществим безкраен обект в клас на енантиомерни дублети. огледални последователности на r, l-дублети Въпреки това, не трябва да се приема, че енантиомерията на молекули с асиметрични въглеродни центрове е невъзможна сред симетрични фигури (молекули). мили Отбелязваме тяхната основна характеристика: - броят на вътрешните елементи на симетрия равнина пример, тетраедър, куб; 1) и дори наличието на огледално отражение σ (S1) и/или огледално отражение Таблица 2 C2 C2 R L . . (CH 2) n (CH 2) n R, L-транс-циклооктени R, L-транс-циклоетилени C2 C2 C2 C2 C2 C2 Twistan R L Z Z - бифенили със симетрия C2 Z Z R L - трифенилметали със симетрия C3 L R C2 R Хексахелицен L Спирали, пружини, шнекове, винтове, гайки, болтове Когато отразяват такова q, те са топологично хирални молекули (категориите на външната огледална равнина са нано, възли в Схема 4). копирайте обекти, идентични с оригиналните (вижте графиката).Въпреки това, условността на разделянето е очевидна в светлината на φ в схеми 1, 2 и в таблица 1. Напротив, ако обектите (молекулите), разработени от R. Kahn, K. Ingold и V. Prelonie, се характеризират с липсата на вътрешни елементи на огледална симетрия Sn, допълнени от техните наследници, правилата за определяне на енантиомерни (σ, i) конфигурации, но те са симетрични по отношение на ротациите на молекулите към R- или L-серия са кръгови, спираловидни Cn (n = 2, 3, 4, …), тогава такива фигури винаги са R, L-двойни (хирални) движения по протежение на (R) или срещу летене. Най-простият пример е 1,3-диметил-3-куму-(L) в хода на стрелките на часовника с последователно разделяне (Таблица 1) и всички негови хомолози с нечетен брой съображения за „старшинство“ (тегло) на заместители, въглеродни атоми в линейна верига. В табл. 2, показваща (Схема 3) около атомния център - ние сме някои R, L-дублети от голямо множество a, избрана равнина - b (транс-циклоетилени, молекули, симетрични по отношение на ротациите. Таблица 2), при заобикаляне на контурите на витлата - c , win- 2 в схема 4. брой въглеродни центрове. В технологията фигурите на лопатките на вентилаторите, витлата, роторите на турбините са подобни на молекулите на бифенилите и трифенилметилите; фигурите на хелиценовите молекули са подобни на спирали, пружини, винтове, леви и десни винтови резби. За Кратко описаниеВ началото на 19-ти и 20-ти век, Lord Kelvin Trileaf Knot (CH2)m, с ориентирано и не-минимално m = 66, предлага термина „хиралност“ (от гръцки χειρ – ръка). идентични пръстени На руски се използват два варианта на произношение и изписване на този термин: хиралност и хиралност по схема 4. Авторът, заедно с физиците, дава предпочитание на първия. Конюгат чрез операцията на огледално отражение (координатна инверсия на P), следователно, строго погледнато, няма молекули - компоненти на енантиомерни дублети - качествено различни видове хиралност на молекулите. се различават само по едно свойство, про. Подобни характеристики на изобразените молекули, че антиподните (+, -) отношения също са характерни за отделните им части, се държат заедно не от химически полюси на магнити, заряди и други квантови връзки, а от топологията на структурата на веригите (характеристики на атомни и субатомни частици Такива тогавани ), затворени спирали и възли; техните хирални съотношения се наричат от физиците хиралната сим- (R, L) форма е доста аналогична на пропелеметричната форма. канавка - v и спирали - g. Следователно всички горепосочени видове хиралност на молекулите са количествено определени поради усилията на синтетичните химици, те са равномерно оценени: със знака (+, −) и увеличени от проблемите на стереоструктурата, над последният ранг на ъгъла на въртене на поляризационната равнина след десетилетия е станал известен и достъпен при много стандартни дължини на вълната на светлината. Въпреки това, също така е известно, че с полирални молекули (виж Таблица 2 и Схема 4). Приема се кондензация на централни хирални (r или l) ами; приема се, че разнообразието от хирални химични киселини, рибонуклеотиди, общата хиралност на някои съединения е разделена на пет типа в съответния мер (протеин, ДНК) не може да бъде оценено в от гледна точка на симетрични структурни характеристики : чрез тривиално сумиране на отделни ki-a - молекули с хирален център нямат идентичности на връзките: Σrn(ln) . Тази сума от „обем - без елементи на симетрия, с изключение на елемента лети“ от спираловидната (спирална) хиралност на C1 идентичността (примери са аминокиселини (ала-макромолекули със собствен знак (+R h, −Lh) и nin в схема 3), захар-въглехидрати); абсолютна стойност, b – планарно-хирални молекули със симетрия Nr (l) ∑ l (r) ⊂ R (L). h h C1 и/или C2 (избраният структурен елемент е равнината n n (1), примери са транс-циклоетилени в таблица 2); Фактът, че редовната орто-кондензация на аки-в - аксиално-хирални молекули c на симетрични бензенови пръстени също води до Cn спирий (те имат формата на витла или свастики, рал до хелицени (Таблица 2), само потвърждаващи примери - twistane , бифенил, трифенилметан в дава общото правило: и кръговото съединение от таблица 2 и т.н.); ахирални мономери с подходяща структура и (d) спирално-хирални молекули със симетрия, линейна поликондензация на хирални (само r C2 (характерната форма е спирала, примерите са хекса- или само l) единици автоматично води до спихелицен в табл. 2, протеини, ДНК); рална форма на полимера. Може да се приеме, че в ygTspzdZau g.i. 49 реда от такива макромолекули, определена симетризация на хиралностите, съответстваща на серията Sn, е конфигурационно недвусмислена (синглетна), йерархиите на нивата на стереоструктура са реализирани. Например, per- тъй като тяхната вътрешна структура е P-четна. Обективни, вторични, третични и кватернерни вие, които нямат вътрешен P-паритет на структурата, нивата на структурата на хемоглобина, очевидно, характер- (нямащи елементи на симетрия Sn), винаги са кантеризирани от последователностите „вградени- фигуративни две- оценени (дублет, ляво + от тип (1) сумата от отделните хирали е vy). За да се получат неговите ко-аминокиселини в спиралната хиралност на полипепия от P-четен обект, е достатъчна една Pσ(i)-операция, но за да се копират тези две в „глобуларната“ хиралност на P-нечетен обект, две третични нива са необходими, накрая, тези три в „supramo-последователни P-операции: молекулярна“ хиралност на квартета (тетраедър) от обединени глобули. От това, между другото, следва, че стереохимията на полимерите и техните сътрудници трябва да вземе предвид, в допълнение към горното. нежива природа P-odd nou” – добре видове хиралност. Следните обекти могат лесно да се намерят лявата или дясната първична (структурна) горна конфигурация на партньори близнаци, например избраните деренални нива на организация на макромолекулите играят wu в гора или камък от купчина развалини. Нека отбележим още, че решаващата роля за тяхното функциониране в организацията е, че хиралната симетрия е абсолютно (100%) неравномерна. По този начин биохимичните реакции с участието, наблюдавани за P-странни молекули на органични ензими, се извършват ефективно само в съединения, които са част от всички живи организми, когато комунизмът е бил реализиран преди това на нашата планета. Ако това са аминокиселини, размножаване, т.е. "разпознаване", селекцията на тези молекули остава само (l); ако захарите са въглехидрати, тогава само охлаждането на реагентите и субстратите, характеристиките на конфигурацията са правилни (r); ако това са биополимери, тогава те са спирали, от които ("фигури" от които) са идеално, но усукани само надясно (протеини, ДНК). Това е в съответствие с контурите и формите на съответния модел, наречен хирални асиметрични кухини в ензимните глобули. Общата анария на биосферата също за първи път обърна внимание на дневника на такова допълване, предложен от Д. Кошланд от Л. Пастьор. живял, за да разгледа съответствието на ключа и ключалката. ganckDnmkD dakDgzD DlaeeTsnka 1. Обща органична химия: Пер. от английски. М.: Химия, Обобщете горното. Тази статия е преди 1981–1986 г. Т. 1–12. целта е да се покаже, че в безграничното на платното 2. Жданов Ю.А. Въглерод и живот. Ростов n / D: Издателство на материала по органична химия по-лесно RGU, 1968. 131 p. 3. Tutt W. Теория на графите. М.: Мир, 1988. основни характеристикиструктура на молекулите, както и принципи за оценката им 4. Соколов V.I. Въведение в теоретичната стереоконфигурация - форми в триизмерната пространствена химия. Москва: Наука, 1982; напредък в химията. 1973. Т. 42. ве – основава се на идеите за симетрия и асиметрия. Според S. 1037–1051. 5. Ногради М. Стереохимия. М.: Мир, 1984. Ротатори на симетрия: равнина, оси и огледало- 6. Харгитай И., Харгитай М. Симетрия на очите на ротационни оси, използвани при идентифицирането на тези химик. М.: Мир, 1989. вътрешни характеристики на структурата на молекулите, които са // Съвременни успехи. ръжта определя техния външен вид, форма и в крайна сметка биология. 1983, том 95, с. 163–178. В дългосрочен план техните най-важни свойства. Когато молекулите са „сортирани“ на симетрични и * * * асиметрични, специална роля принадлежи на оператора за огледално отражение, обърната координата Лев Петрович Олехнович, доктор по химия Р. химия на естественото и движимо) на обекта, разположен вляво от избрани високомолекулни съединения на Ростовската го-равнина, поставя в кореспонденция едно към едно със съвместния държавен университет, ръководител. лабораторията на дината на обърнатия (отразен) обект на вътрешната динамика на молекулите на химическия факултет и научноизследователския институт по физика вдясно от тази равнина. Операторът Pi изпълнява RGU на физическата и органичната химия, съответната инверсия на подобна на термина координата по отношение на езерото Руска академияприродни науки. но точка, избрана извън обекта (лесно е да се разбере областта на научните интереси: органичен синтез и да се провери, че под действието на Pi-оператора се получават и кинетиката и механизмите на молекулярно пренареждане, a получава се огледален близнак на обекта, но проверка, стереохимия и стереодинамика Съавтор обърнат, обърнат на 180°). Обекти (молекули), две монографии и автор на повече от 370 научни статии. 50 lykylyZldav yEkDbyZDnTsgzhzhv LmkzDg, ‹2, 1997
Автор Химическа енциклопедия б.б. И.Л.КнунянцТЕОРИЯ НА ГРАФОВв химията областта на крайната математика, която изучава дискретни структури, се нарича графики; използвани за решаване на различни теоретични и приложни задачи.
някои основни понятия.Графът е набор от точки (върхове) и набор от двойки от тези точки (не непременно всички), свързани с линии (фиг. 1, k). Ако линиите са ориентирани върху графиката (т.е. стрелките показват посоката на свързване на върховете), те се наричат дъги или разклонения; ако е неориентиран, - ръбове. респ. граф, съдържащ само дъги, се нарича насочен или диграф; само край-ненасочен; дъги и ръбове са смесени. Граф, който има множество ребра, се нарича мултиграф; граф, съдържащ само ребра, принадлежащи на две от неговите непресичащи се подмножества (части), двустранни; дъги (ръбове) и (или) върхове, които съответстват на определени тегла или числени стойности на c.-l. параметри, -претеглени. Пътят в графа е редуваща се последователност от върхове и дъги, в които нито един от върховете не се повтаря (например a, b на фиг. 1, a); контур - затворен път, в който първият и последният връх съвпадат (например f, h); примкова дъга (ръб), която започва и завършва в един и същи връх. Верига от граф е последователност от ребра, в които нито един от върховете не се повтаря (например c, d, e); циклично затворен път, в който неговите начални и крайни върхове съвпадат. Графът се нарича свързан, ако всяка двойка негови върхове е свързана с верига или път; в противен случай се казва, че графиката е несвързана.
Дървовидно свързан неориентиран граф, който не съдържа цикли или контури (фиг. 1b). Основният подграф на някакъв граф е негово подмножество, съдържащо всички върхове и само определени ребра. Обхващащото дърво на граф е неговият обхващащ подграф, който е дърво. Графите се наричат изоморфни, ако има взаимно еднозначно съответствие между множествата от техните върхове и ръбове (дъги).
За решаване на проблемите на ТЕОРИЯТА НА ГРАФИИТЕ т. и нейните приложения, графите се представят с помощта на матрици (съседност, инцидентност, двуредови и т.н.), както и специални. числови характеристики. Например в матрицата на съседство (фиг. 1в) редовете и колоните съответстват на номерата на върховете на графиката, а нейните елементи приемат стойности 0 и 1 (съответно липсата и наличието на дъга между дадена двойка върхове); в матрицата на инцидентност (фиг. 1d) редовете съответстват на броя на върховете, колоните съответстват на броя на дъгите, а елементите приемат стойности 0, + 1 и - 1 (съответно липсата, наличие на дъга, влизаща и излизаща от връх). най-често използваните числени характеристики: броят на върховете (m), броят на дъгите или ръбовете (n), цикломатичните. номерът или рангът на графиката (n - m + k, където k е броят на свързаните подграфи в несвързана графа; например за графиката на фиг. 1b рангът ще бъде: 10-6+ 1 = 5 ).
Приложението на ТЕОРИЯТА НА ГРАФИТЕ се основава на изграждането и анализа на различни класове химични и химико-технологични графи, които се наричат още топология, модели, т.е. модели, които отчитат само естеството на връзката на върховете. Дъгите (ребрата) и върховете на тези графики представляват химия и химическа технология. понятия, явления, процеси или обекти и съответно качества. и количествени връзки или определени връзки между тях.
Ориз. 1. Илюстриране на някои основни понятия: а-смесена графика; b-главно дърво (плътни дъги a, h, d, f, h) и някакъв подграф (пунктирани дъги c, c, e, k, I) на орграфа; c, r-матрици, съответно на съседство и инцидентност на орграфа.
Теоретични задачи. химическиграфиките позволяват да се предскажат химичните трансформации, да се обясни същността и да се систематизират някои основни понятия на химията: структура, конфигурация, конформации, квантово-механични и статистическо-механични взаимодействия на молекулите, изомерия и др. Химическите графики включват молекулни, двустранни и сигнални графики на уравнения на кинетични реакции.
Молекулярните графики, използвани в стереохимията и структурната топология, химията на клъстерите, полимерите и т.н., са неориентирани графики, които показват структурата на молекулите (фиг. 2). Върховете и ръбовете на тези графики съответстват съответно на атомите и химичните връзки между тях.
Ориз. Фиг. 2. Молекулярни графики и дървета: a, b - мултиграфи, съответно, на етилен и формалдехид; в мол. изомери на пентан (дървета 4, 5 са изоморфни на дърво 2).
В стереохимията най-често се използват органични вещества, казват те. дърветата са обхващащи дървета. графи, които съдържат само всички върхове, съответстващи на C атоми (фиг. 2, a и b). Компилация от набори. дървета и установяването на техния изоморфизъм ви позволяват да определите кея. структури и намерете общия брой изомери на алкани, алкени и алкини (фиг. 2в).
Mol. графиките позволяват да се намалят проблемите, свързани с кодирането, номенклатурата и структурните характеристики (разклоняване, цикличност и т.н.) на молекулите на различни съединения до анализ и сравнение на чист мат. знаци и свойства на кей. графи и техните дървета, както и съответните им матрици. За да се идентифицират количествените корелации между структурата на молекулите и физико-химичните (включително фармакологични) свойства на съединението, са разработени повече от 20 така наречени топологични. индекси на молекули (Винер, Балабан, Хосойя, Плата, Рандич и др.), които се определят с помощта на матрици и числени характеристики на мол. дървета. Например, индексът на Винер W \u003d (m 3 + m) / 6, където m е броят на върховете, съответстващи на С атоми, корелира с кея. обеми и рефракции, енталпии на образуване, вискозитет, повърхностно напрежение, хроматографски. константи на свързване, октаново число на въглеводородите и дори физиол. лекарствена активност. лекарства.
Важни параметри казват. графиките, използвани за определяне на тавтомерните форми на дадено вещество и тяхната реактивност, както и при класификацията на аминокиселини, нуклеинови киселини, въглехидрати и други сложни природни съединения, са средната и пълна (H) информация. контейнери. Параметърът се изчислява по формулата за информационна ентропия на Шанън: , където p t е вероятността за принадлежност към върховете m графика към i-тия вид или клас на еквивалентност, k; i =, параметър (виж също Ентропия). Изследването на мол. структури като неорганични клъстери или ленти на Мьобиус се свежда до установяване на изоморфизма на съответния кей. графики чрез подреждане (вграждане) в сложни полиедри (например полиедри в случай на клъстери) или специални. многомерни повърхности (например риманова). Анализ на мол. графики на полимери, чиито върхове съответстват на мономерни единици, а ръбовете на химичните връзки между тях, дава възможност да се обяснят например ефектите на изключен обем, водещи до качества. промени в прогнозираните свойства на полимерите.
Ориз. 3. Графики на реакциите: а-двустранна; b-сигнални уравнения на кинетиката; r 1 , g 2 -реакции; a 1-a 6 реактиви; k-скоростни константи p-tsny; s-комплексна променлива на трансформацията на Лаплас.
С използването на ТЕОРИЯТА НА ГРАФИТЕ и принципите на изкуствения интелект е разработен софтуер за системи за извличане на информация в химията, както и автоматизация. идентификационни системи мол. структури и рационално планиране органични. синтез. За практическо прилагане на компютър на операции за избор на рационални начини за химични трансформации на базата на ретросинтетика. (виж Ретросинтетичен анализ) и синтоничните принципи използват многостепенни разклонени графи за търсене на решения, чиито върхове съответстват на кея. графики на реагентите и продуктите, а дъгите изобразяват трансформациите на веществата.
Ориз. 4. Едноконтурна химико-технологична система и съответните колони: a-блокова схема; b, c - графики на потока на материала, съответно за общия масов поток и дебита на компонент А; r - графика на термичния поток; d-фрагмент от системата от уравнения (f 1 - f 6) на материалния баланс, получен от анализа на графиките на фиг. 4b и c; е-двустранен информационен диграф; g-информационна графика, I-смесител; II-реактор; III-дестилационна колона; IV-хладилник; I 1 -I 8 -техн. потоци; q-масов поток; H-енталпия на потока; аз s и i*, s* са съответно реални и фиктивни източници и поглътители на материални и топлинни потоци; c е концентрацията на реагента; V е обемът на реактора.
Матрични представяния, казват те. графиките на различни съединения са еквивалентни (след трансформация на съответните матрични елементи) на матричните методи на квантовата химия. Следователно ТЕОРИЯТА НА ГРАФИТЕ т. се използва при извършване на сложни квантово-химични изчисления: за определяне на броя, свойствата и енергиите на мол. орбитали, например в комплексни съединения, прогнозиране на реактивността на спрегнати алтернативни и неалтернативни полиени, идентифициране на ароматни и антиароматни свойства на веществата и др.
За изследване на смущенията в химическата физика в системи, състоящи се от голям брой частици, се използват така наречените графични диаграми на Файнман, чиито върхове съответстват на елементарните взаимодействия на физическите частици, ръбовете на техните пътища след сблъсъци. По-специално, тези графики позволяват да се изследват механизмите на осцилаторните реакции и да се определи стабилността на реакционните системи.
Двустранните реакционни графики се използват за избор на рационални пътища за трансформация на реагентни молекули за даден набор от известни взаимодействия (върховете съответстват на молекулите и тези реакции, дъгите съответстват на взаимодействието на молекулите в реакцията; Фиг. 3а). Такива графики позволяват разработването на диалогови алгоритми за избор на оптималния. начини на химични превръщания, които изискват наим. брой междинни реакции, мин. броят на реагентите от списъка на приемливите или е постигнат най-високият добив на продукти.
Сигналните графики на уравненията на кинетиката на реакцията показват системите от кинетични уравнения, представени в алгебрично-операторна форма (фиг. 3б). Върховете на графите съответстват на така наречената информация. променливи или сигнали под формата на концентрации на реагенти, взаимовръзки дъга-сигнал и теглата на дъгите се определят от кинетични константи. Такива графики се използват за изследване на механизмите и кинетиката на сложни каталитични реакции, сложни фазови равновесия при образуването на сложни съединения, както и за изчисляване на параметрите на адитивните свойства на разтворите.
Приложни задачи. За решаване на многомерни проблеми на анализ и оптимизация на химични и технологични. системи (XTS) използват следните хим.-техн. графики (фиг. 4): поток, информационен поток, сигнал и графики на надеждност. Графиките на потока, които са претеглени диграфи, включват параметрични графики, материални по отношение на общите масови дебити на физически потоци и масови дебити на някои химични компоненти или елементи, както и термични графики. Изброените графики съответстват на физичните и химичните трансформации на материята и енергията в дадена КТС.
Параметричен графиките на потока показват трансформацията на параметрите (масов поток и т.н.) на физическите потоци от CTS елементи; върховете на графите съответстват на мат. модели на устройства, както и източници и поглътители на посочените потоци, а дъги - към самите потоци, като теглата на дъгите са равни на броя на параметрите на съответния поток. Параметричен графики се използват за разработване на алгоритми за анализ на техн. режими на многоконтурни CTS. Такива алгоритми установяват последователността на изчисляване на системи от уравнения мат. модели на отделни устройства к.-л. система за определяне на параметрите на неговите изходни потоци с известни стойности на променливите на входния поток.
Графиките на материалния поток показват промените в потреблението на вещества в CTS. Върховете на графиките съответстват на устройствата, в които се трансформират общите масови дебити на физическите потоци и масовите дебити на някои химични компоненти или елементи, както и на източниците и поглътителите на веществата на потоците или тези компоненти ; съответно дъгите на графиките съответстват на физически потоци или физически и фиктивни (хим. трансформации на в-в в апарати) източници и поглътители на в.-л. компоненти, а теглата на дъгите са равни на масовите дебити на двата типа. Графиките на топлинния поток показват топлинни баланси в HTS; върховете на графиките съответстват на устройства, в които се променят топлинните разходи на физическите потоци, и в допълнение към източниците и поглътителите на топлинната енергия на системата; дъгите съответстват на физически и фиктивни (физико-химично преобразуване на енергия в апарати) топлинни потоци, а теглата на дъгите са равни на енталпиите на потоците. Материалните и топлинните графики се използват за създаване на автоматизирани програми. разработване на алгоритми за решаване на системи от уравнения на материални и топлинни баланси на сложни CTS.
Информационните и фондовите графики показват логическа информация. структура на системи уравнения мат. XTS модели; се използват за съставяне на оптимума. алгоритми за изчисляване на тези системи. Двустранна информация. графика (фиг. 4, д) е неориентиран или насочен граф, чиито върхове съответстват съответно на уравненията f l -f 6 и променливите q 1 - V, а клоновете показват тяхната връзка. Информация графика (фиг. 4, g) - диграф, изобразяващ реда на решаване на уравнения; върховете на графиката съответстват на тези уравнения, източници и приемници на XTS информация и информационни клонове. променливи.
Графиките на сигнала съответстват линейни системиМатематически уравнения. модели на химическа технология. процеси и системи. Върховете на графиките съответстват на сигнали (например температура), клонове - връзки между тях. Такива графики се използват за анализ на статиката. и динамичен. многопараметрични режими. процеси и КТС, както и показатели за редица техни най-важни свойства (стабилност, чувствителност, управляемост).
Графиките за надеждност се използват за изчисляване на различни показатели за надеждността на CTS. Сред многобройните групи от тези графики (например параметрични, логически-функционални) особено важни са така наречените дървета на грешките. Всеки такъв дървовидно претеглен диграф отразява взаимовръзката на набор от прости откази на отделни процеси и устройства на CTS, които водят до набор от вторични откази и произтичащия от това отказ на системата като цяло (вижте също Надеждност).
Създаване на автоматизирани софтуерни комплекси. синтез оптим. високонадеждни индустрии (включително ресурсоспестяващи) заедно с принципите на изкуството. използват се интелигентни, ориентирани семантични или семантични графики на опциите за решение на CTS. Тези графики, които в конкретен случай са дървета, изобразяват процедурите за генериране на набор от рационални алтернативни CTS схеми (например 14 възможни при разделяне на петкомпонентна смес от целеви продукти чрез ректификация) и процедурите за подреден избор между тях схема, която е оптимална според някакъв критерий за ефективност на системата (виж фиг. Оптимизация). ТЕОРИЯ НА ГРАФИТЕ т. се използва и за разработване на алгоритми за оптимизиране на времевите графици за работа на оборудване за многоасортиментно гъвкаво производство, алгоритми за оптимизиране. разполагане на оборудване и трасиране на тръбопроводни системи, оптимални алгоритми. химико-технологичен мениджмънт. процеси и отрасли, с мрежово планиране на работата им и др.
Лит.. Zykov A. A., Теория на крайните графи, [v. 1], Новосиб., 1969; Яцимирски К. Б., Приложение на теорията на графите в химията, Киев, 1973 г.; Кафаров В. В., Перов В. Л., Мешалкин В. П., Принципи на математическото моделиране на химико-технологични системи, М., 1974; Кристофидес Н., Теория на графите. Алгоритмичен подход, прев. от англ., М., 1978; Кафаров В. В., Перов В. Л., Мешалкин В. П., Математически основи на автоматизираното проектиране на химическото производство, М., 1979; Химически приложения на топологията и теорията на графите, изд. Р. Кинг, прев. от англ., М., 1987; Химически приложения на теорията на графите, Balaban A.T. (Ред.), N.Y.-L., 1976. В. В. Кафаров, В. П. Мешалкин.
Химическа енциклопедия. Том 1 >>
химическо съединение по такъв начин, че върховете на графиката да съответстват на атомите на молекулата, а ръбовете на графиката да съответстват на химичните връзки между тези атоми. Концепцията за "молекулярна графика" е основна за компютърната химия и химиоинформатиката. Подобно на структурна формула, молекулярната графика е модел на молекула и като всеки модел, тя не отразява всички свойства на прототипа. За разлика от структурната формула, където винаги е посочено кое химичен елементсе отнася за даден атом, върховете на молекулярната графика могат да бъдат немаркирани - в този случай молекулярната графика ще отразява само структурата, но не и състава на молекулата. По същия начин ръбовете на молекулярната графика могат да бъдат немаркирани, в който случай няма да се прави разлика между единични и множествени химични връзки. В някои случаи може да се използва молекулярна графика, която отразява само въглеродния скелет на молекула на органично съединение. Това ниво на абстракция е удобно за изчислително решение на широк кръг от химически проблеми.Естествено продължение на молекулярната графика е реакционна графика, чиито краища съответстват на образуването, разкъсването и промяната в реда на връзките между атомите.
„Подчертаваме, че в теорията на Р. Бадер емпиричната идея за адитивност е обоснована за първи път, именно тази теория направи възможно да се даде строго физическо значение на редица концепции на класическата теория на химията структура, по-специално „валентният удар“ (пътят на връзката) и структурната химична формула(молекулярна графика)."
Напишете отзив за статията "Молекулярна графика"
Бележки
Вижте също
Литература
- = Химически приложения на топологията и теорията на графите, изд. от Р. Б. Кинг. - М .: Мир, 1987. - 560 с.
|
Откъс, характеризиращ молекулярната графика
На следващия ден принц Андрей си спомни вчерашния бал, но не се задържа дълго върху него. „Да, топката беше много брилянтна. И все пак... да, Ростова е много хубава. Има нещо свежо, специално, непетербургско, което я отличава. Само това си помисли за вчерашния бал и след като изпи чай, седна да работи.Но от умора или безсъние (денят не беше добър за занятия и княз Андрей не можеше да направи нищо), той самият критикуваше работата си, както често му се случваше, и се радваше, когато чу, че някой е пристигнал.
Посетителят беше Бицки, който е служил в различни комисии, посетил всички общества на Санкт Петербург, страстен почитател на новите идеи и Сперански и тревожен репортер на новини от Санкт Петербург, един от онези хора, които избират тенденция като рокля - според модата, но поради тази причина изглеждат най-ревностните привърженици на тенденциите. Той разтревожен, едва успя да свали шапката си, изтича при княз Андрей и веднага започна да говори. Той току-що беше научил подробностите за заседанието на Държавния съвет тази сутрин, открито от суверена, и ентусиазирано говори за това. Речта на императора беше необикновена. Това беше една от онези речи, изнасяни само от конституционни монарси. „Суверенът директно каза, че съветът и сенатът са държавни имоти; той каза, че управлението не трябва да се основава на произвол, а на твърди принципи. Суверенът каза, че финансите трябва да бъдат преобразувани и отчетите трябва да бъдат оповестени“, каза Битски, натискайки добре познати думи и отваряйки многозначително очи.
„Да, това събитие е епоха, най-великата епоха в нашата история“, заключи той.
Княз Андрей изслуша разказа за откриването на Държавния съвет, който очакваше с такова нетърпение и на който придаваше такова значение, и беше изненадан, че това събитие, след като се случи, не само не го докосна , но му се стори повече от незначителен. Той изслуша с тиха подигравка ентусиазирания разказ на Битски. Най-простата мисъл дойде в главата му: „Каква работа за мен и Бицки, каква работа за нас това, което суверенът благоволи да каже в съвета! Може ли всичко това да ме направи по-щастлив и по-добър?
И това просто разсъждение внезапно унищожи за княз Андрей целия предишен интерес към извършените трансформации. В същия ден принц Андрей трябваше да вечеря в "en petit comite" на Сперански [в малка среща], както му каза собственикът, като го покани. Тази вечеря в семейния и приятелски кръг на човека, на когото той толкова се възхищаваше, преди много заинтересува княз Андрей, особено след като той все още не беше виждал Сперански в домашния си живот; но сега той не искаше да отиде.
1. Графично представяне на молекулите и техните свойства – теория на графите в химията
Изследването на връзката между свойствата на веществата и тяхната структура е една от основните задачи на химията. Голям принос за неговото решаване има структурната теория на органичните съединения, сред създателите на която е великият руски химик Александър Михайлович Бутлеров (1828-1886). Той за първи път установи, че свойствата на дадено вещество зависят не само от неговия състав (молекулна формула), но и от реда, в който атомите в молекулата са свързани помежду си. Тази поръчка се наричаше химическа структура". Бутлеров прогнозира, че две вещества с различни структури, бутан и изобутан, могат да съответстват на състава на C 4 H 10 и потвърди това чрез синтезиране на последното вещество.
Идеята, че редът, в който са свързани атомите, е от ключово значение за свойствата на материята, се оказа много плодотворна. Тя се основава на представянето на молекулите с помощта на графики, в които атомите играят ролята на върхове, а химическите връзки между тях - ръбовете, свързващи върховете. В графичното представяне дължините на връзките и ъглите между тях се игнорират. Молекулите C 4 H 10, описани по-горе, са представени чрез следните графики:
Водородните атоми не са посочени в такива графики, тъй като тяхното местоположение може недвусмислено да се определи от структурата на въглеродния скелет. Спомнете си, че въглеродът в органичните съединения е четиривалентен, следователно в съответните графики не повече от четири ръба могат да се отклоняват от всеки връх.
Графиките са математически обекти, така че могат да бъдат характеризирани с помощта на числа. От това дойде идеята да се изрази структурата на молекулите с числа, които са свързани със структурата на молекулните графики. Тези числа се наричат "топологични индекси" в химията. Чрез изчисляване на някакъв топологичен индекс за голям брой молекули може да се установи връзка между неговите стойности и свойствата на веществата и след това да се използва тази връзка, за да се предвидят свойствата на нови, все още несинтезирани вещества. Към днешна дата химици и математици са предложили стотици различни индекси, характеризиращи определени свойства на молекулите.
Инфрачервени спектри на молекули
За разлика от видимите и ултравиолетовите диапазони, които се дължат главно на преходите на електрони от едно стационарно състояние в друго ...
Изследване на структурата на органичните съединения с помощта физични методи
Всички възможни позиции на молекулите в триизмерното пространство се свеждат до транслационно, ротационно и осцилаторно движение. Молекула, състояща се от N атома, има само 3N степени на свобода на движение...
Квантово химично изследване на фотофизичните свойства на полианилина
Квантово-химичните изчисления на геометрията и разпределението на електронната плътност за възбудени състояния, извършени по всеки метод, представляват интерес, тъй като тук дори полуколичествените резултати се оказват много полезни ...
Макромолекули на линейни аморфни полимери
Молекулата е най-важната част от речта, която е основната химическа сила и се състои от атоми, които са свързани помежду си чрез химически връзки. Молекулите могат да се смесват една с друга по природа или чрез голям брой атоми ...
2.1 Описание на измерването, съставяне на неговия модел и идентифициране на източниците на несигурност Всеки процес на измерване може да бъде представен като последователност от операции, извършени ...
Метод за изчисляване на несигурността при измерване на съдържанието на олово в сладкиши, зърнени храни, зърнени храни и продукти от тяхната преработка (хляб и хлебни изделия) чрез стрипинг волтаметрия на анализатори от типа TA
Ако мярката за несигурност е общата стандартна несигурност, тогава резултатът може да се запише по следния начин: y(единици) със стандартната несигурност uc(y) (единици). Ако мярката за несигурност е разширената несигурност U...
Развитие на периодичния закон. Зависимост на свойствата на елемента от ядрото на неговия атом
Определянето на поредните номера на елементите по зарядите на ядрата на техните атоми позволи да се установи общият брой места в периодичната система между водорода (който има пореден номер в таблицата - 1) и урана (който има сериен номер - 92) ...