بخشی از مقاله
چکیده
رفتار شیمیایی یک ترکیب به ساختار مولکولهای آن وابسته است. مطالعات رابطه کمی ساختار - فعالیت و مطالعات رابطه کمی ساختار - خاصیت، قلمروهای فعال پژوهش شیمیایی هستند که به ماهیت این وابستگی توجه دارند. رابطههای کمی، مدلهای ریاضی هستند که یا پیشگویی متغیری پیوسته نظیرخواص فیزیکی شیمیایی و ممانهای الکتریکی و... یا رده بندی متغیری ناپیوسته - نظیر تلخ/ شیرین، سمی / غیرسمی، سرطانزا / غیرسرطانزا - را با استفاده از پارامترهای ساختاری، امکانپذیر میسازند.
هدف این تحقیق بررسی ارتباط شاخصهای توپولوژیکی با ممانهای الکتریکی و مطالعه کمی ساختار- خاصیت برای نانوساختارهای نیترید بور ششگوشه به کمک دو روش مکانیک کوانتومی و نظریه گراف میباشد. نتایج حاصل از اعمال روش رگرسیون خطی چندگانه جهت مشخص شدن بهترین توصیفگر ساختاری نشان داد که برای پیشگویی ممانهای الکتریکی دوقطبی نانوساختارهای نیترید-بور، ترکیبی از دو توصیفگر توپولوژیکی سگد و راندیک مناسب است در حالیکه برای پیشگویی ممان الکتریکی چهارقطبی این ساختارها توصیفگرهای سگد وراندیک و سدهانا مناسب میباشند.
مقدمه
شروع تئوری گراف به سال 1736 برمیگردد - Gakh،Elena . G. et al ،. 1994 - و پیشرفت مقدماتی تئوری گراف از طریق ساختار کلاسیک اولین بار توسط بوسکوویچ آغاز گردیدکه تا امروز نیز ادامه دارد. اولین کاربرد نظریه گراف با مدلQSPR در سال 1947 توسط وینر آغاز گردید که توانست نقطه جوش یک دسته هیدروکربنهای آلیفاتیک را تعیین نماید. بعد از آن تعدادی شاخصهای معروف بتدریج معرفی شدند. - Khadikar،V. Padmakar and et al ، 2011 - تا به امروز صدها شاخص ساختاری مناسب برای خواص مختلف توصیفی گزارش شدهاند که در اینجا به شرح مختصری از بعضی از آنها پرداخته شده است:
شاخص وینر: این شاخص از کالج برکلین آمریکا ارائه شد که در سال های اخیر برای تبدیل ساختارتوپولوژیکی یک مولکول به یک عدد بیگانه،به عنوان پایه پیشگویی رفتارشیمیایی مورد استفاده قرارمی گیرد. شاخص وینر بر مفهوم فاصله درنظریه گراف استوار است. فاصله میان هر دو رأس دریک گراف برابر است با تعداد لبه هایی که برای طی کوتاهترین مسیر میان آن دو رأس بایستی در گراف مولکول طی شود. فرمول محاسبه شاخص وینر:
عدد وینر، با نصف مجموع عناصر ماتریس فاصله برابر است؛ علت اینکه با نصف آن برابر است، این است که این ماتریس شامل فاصله اتم i تا اتم j و همچنین اتم j تا اتم i است.
شاخص سگد: شاخص مشابه شاخص وینر، شاخص سگد است که توسط گوتمن و خادیکار در سال 1995 به صورت فرمول زیر ارائه شده است.
که در آن nv - e G - عبارت است ازتعداد رئوس گراف G که فاصله ی آنها تا راس v از فاصله شان تا راس u بیشتر است.
برتری اصلی شاخص سگد اصلاح شاخص وینر برای گراف های حلقوی است و شاخص سگد منطبق بر شاخص وینر است.
شاخص راندیک: راندیک در سال 1975، شاخصی توپولوژیک پیشنهاد کرد که در مطالعات QSPR و QSAR به صورت یکی از پرمصرفترین شاخصها درآمد. شاخص شاخه زنی راندیک، R، به صورت زیر تعریف می شود.
این مجموع بندی به ازای هر یال گراف ساختاری هیدروژن زدوده شامل یک جمله است، متغیرهای m و n ظرفیت نقاط مجاوری هستند که با هر یال به هم وصل می شوند.
شاخص سدهانا در سال 1989 ارائه شد. فرمولی که برای مقایسه شاخص سدهانا، برای پلی اسن های حلقوی خطی به کار می رود، در زیر ارائه شده است:
یک شاخص توپولوژیکی صرفا نشاندهندهی یک توصیف ریاضی از ساختار یک مولکول است. شاخصهای توپولوژیکی باید تفسیر ساختاری داشته باشند و علاوه بر قدرت تشخیص دهنده با خواص مولکولی یکسان دارای همبستگی باشند و یا زمانیکه با توصیفگرهای دیگر ترکیب میشوند بطور قابل ملاحظه ای همبستگی را بهبود بخشند. مبنای انواع توصیفگرهای ریاضی استخراج شده از گراف های مولکولی توصیفگرهای شیمی فیزیکی مانند ضریب تقسیم و مقدار سیگمای هامت و .... میباشند.
شیمی کوانتم پارامترهایی نظیر بار الکتریکی و انرژی اربیتالها و مرتبه پیوند و ممانهای دو قطبی و چهار قطبی و هشت قطبی و شانزده قطبی و...... را محاسبه میکند که این گونه خواص مانند توصیفگرهای مولکولی هستند. در این پژوهش با توجه به اهمیت نانوساختارهای بور-نیترید شش گوشه دوبعدی درتشکیل نانولوله های نیتریدبور تعداد 20 نوع از آنها به فرم زیگزاگ که تفاوتشان در تعداد شش گوشهها در طول صفحه دو بعدی است از نظر ممان های الکتریکی و نیز نحوه ارتباطشان با توصیفگرهای توپولوژیکی مورد مطالعه قرار گرفته اند
روش کار
دراین پژوهش جهت بررسی ارتباط ممان های الکتریکی دوقطبی و چهارقطبی با برخی شاخص های توپولوژیکی سدهانا، راندیک، بالابان، سگد، وینر در 20 نوع نانوساختارهای نیترید بور شش گوشه و پیش بینی این خواص در مولکول های مورد مطالعه از دو روش اقدام به جمع آوری اطلاعات مورد نیاز گردید.
