原子描述及在手性选择与电荷预测中的应用.pdfVIP

ATOMIC DESCRIPTORS AND ITS APPLICATIONS TO ENANTIOSELECTIVITY PREDICTION AND ATOMIC CHARGE PREDICTION A Dissertation Submitted to the GraduateSchool of HenanUniversity in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Science By Fangfang Zheng Supervisor:Prof. Qingyou Zhang Date: May, 2015 万方数据 万方数据 摘 要 拓扑指数主要用于描述分子。而本论文提出了原子拓扑指数，并分别用于偏原子电 荷预测与不对称催化反应中主产物的构型预测。 1、偏原子电荷预测研究 偏原子电荷是电荷在原子间分布的一个简化表示，与很多测试数据，如核磁位移等， 密切相关。然而，偏原子电荷不能够通过实验测定，而仅能由计算所得，例如量子化学 计算。其中，自然价键轨道（NBO ）原子电荷已经广为接受，并应用于多种领域。尽管 基于密度泛函理论的NBO 分析能够生成高质量的原子电荷，但是其计算过于耗时。基 于此，本论文开发了定量结构-性质相关性模型，用于快速预测偏原子电荷。模型建立 的过程如下：1）将由ZINC 数据库提取的化合物分为训练集（12541 氢原子与22764 非 氢原子）与测试集（4178 氢原子与7587 非氢原子）；2 ）计算所有原子的NBO 原子电 荷；3 ）基于原子间的连接关系衍生二维指数；4 ）采用随机森林，支持向量机，多元线 性回归，人工神经网络方法分别建立拓扑指数与原子电荷之间的相关性模型；5 ）由所 建立的模型预测测试集的原子电荷。对于测试集的氢原子与非氢原子相关系数Q2 分别 达到0.987 和0.996 。结果表明构效关系研究能够进行快速预测，并且所得预测值非常接 近于NBO 偏原子电荷。 2 、不对称反应的手性选择性预测研究： 手性基团指数衍生于与手性中心键连的基团性质。对于单手性中心的分子来说，手 性基团指数是一个分子的描述符，也是手性中心原子的描述符。本论文将手性基团指数 应用于两个数据集：1）在DIP-chloride 催化剂的催化作用下手性酮的还原产物50 对手 性仲醇对映体；2 ）在lipase 脂化酶作为催化剂的条件下，外消旋体化合物进行酯化、 转酯化或者水解反应所得到86 对手性伯醇对映体。通过Fisher 意义下的判别分析，分 别对两个数据集建立手性基团指数与产物手性选择性的相关性模型，均得到了满意的结 果。进一步，由所建立的模型提取具有与前述数学模型接近预测能力的经验规律。采用 不同的描述符及数学模型，该方法将有潜力应用到多种手性选择性反应预测中。 关键词：原子描述符，拓扑指数，原子电荷，手性选择性 I 万方数据 万方数据 ABSTRACT Th