毕业设计（论文）-饱和酯的交叉柱法QSRR研究(30页).docx

-毕业设计（论文）-饱和酯的交叉柱法QSRR研究-第 24 页湖 南 科 技 大 学毕 业 设 计（ 论 文 ）题目饱和酯的交叉柱法QSRR研究作者学院化学化工学院专业化学学号指导教师二一六 年 五 月 二十八 日湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）任务书 化学化工 学院 化学 系（教研室）系（教研室）主任: （签名） 年 月 日学生姓名: 付衣华 学号: 1206010315 专业: 化 学 1 设计（论文）题目及专题：饱和酯的交叉柱法QSRR研究2 学生设计（论文）时间：自 2016 年 3 月 01 日开始至 2016 年 5 月 28 日止3 设计（论文）所用资源和参考资料：（1）应用回归分析（第二版）；（2）基础化学计量学；（3）中国知网；（4）Chemoffice2004软件；（5）Minitab软件；（6）Dragon 6软件4 设计（论文）应完成的主要内容：（1）熟读应用回归分析与基础化学计量学，了解数据处理的基本方法和回归分析的基本原理及方法；（2）阅读文献并收集90种饱和酯保留指数实验数据；（3）计算化合物结构参数；（4）利用数据统计软件，得到饱和酯与结构参数的QSRR模型；（5）用交叉柱法建立模型。5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求：（1）提交论文一份；( 2 )要求严格按照湖南科技大学论文格式；（3）计算结果表与计算结果数据；（4）计算数据精确，文章创新；（5）装订顺序： 封面 扉页 任务书 指导人评语 评阅人评语 答辩记录 中文摘要 英文摘要 目录 正文（包括前言、主体、结论）参考,文献,致谢,附录。6 发题时间： 2016 年 1 月 15 日指导教师： （签名）学 生： （签名）湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）指导人评语主要对学生毕业设计（论文）的工作态度，研究内容与方法，工作量，文献应用，创新性，实用性，科学性，文本（图纸）规范程度，存在的不足等进行综合评价指导人： （签名）年 月 日指导人评定成绩： 湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）评阅人评语主要对学生毕业设计（论文）的文本格式，图纸规范程度，工作量，研究内容与方法，实用性与科学性，结论和存在的不足等进行综合评价评阅人： （签名）年 月 日评阅人评定成绩： 湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）答辩记录日期： 学生： 学号： 班级： 题目： 提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料：1 设计（论文）说明书共页2 设计（论文）图 纸共页3 指导人、评阅人评语共页毕业设计（论文）答辩委员会评语：主要对学生毕业设计（论文）的研究思路，设计（论文）质量，文本图纸规范程度和对设计（论文）的介绍，回答问题情况等进行综合评价答辩委员会主任： （签名）委员： （签名）（签名）（签名）（签名）答辩成绩： 总评成绩： 摘要用Chemoffice 3D建构和优化了90个饱和酯的分子结构，并通过Dragon6.0软件提取出每个化合物的2337个结构参数，运用Minitab15软件进行逐步回归筛选出两个变量（SpPosA_Dz(Z)和RDF020p），通过多元线性回归方法构建了定量结构-色谱保留相关关系(QSRR)模型，模型方程的相关系数在0.99以上。在此基础上建立交叉柱QSRR模型，并选取每根柱子上的30个饱和酯作为预测集评价交叉柱模型，所得模型对化合物的色谱保留指数能做出较准确的预测。关键词：结构参数；饱和酯；定量结构-色谱保留相关关系（QSRR）；交叉柱ABSTRACTThe molecular structure of 90 saturated esters was constructed and optimized by Chemoffice 3D. 2337 structural parameters of each compound were extracted by the software of Dragon6.0. Two variables (SpPosA_Dz(Z)and RDF020p) were selected using Minitab15 software regression with stepwise regression. Quantitative structure-retention relationships (QSRR)were established by multiple linear regression with the correlation coefficient R0.99. Cross-column retention prediction is evaluated on an internal validation set consisting of data of 30 selected esters collected with each of the seven columns, sequentially excluded from calibration. The statistical analysis showed that the QSRR) models have high internal stability and good predictive ability.KeyWords: Structural parameters; Saturated esters; Quantitative structure-retention relationships(QSRR); Cross-column目录第一章 前言31.1研究背景31.2国内外文献综述31.3本课题研究内容3第二章 结构参数的计算及选择32.1分子的结构优化及参数计算32.2筛选参数3第三章 模型的建立及预测33.1单柱QSRR模型的建立及预测33.1.1模型的建立33.1.2预测结果及分析33.2单柱间的交互预测33.3交叉柱QSRR模型的建立及预测33.3.1模型的建立33.3.2预测结果及分析3第四章 结论3参考文献3致谢3第一章 前言1.1研究背景色谱保留指数是一种重现性较其他保留数据都好的定性参数，保留指数定性已经成为广泛应用的一种色谱定性方法，但受实验条件和技术的限制，依然有很多化合物的保留指数无法通过实验得出，所以目前通过分析化合物结构获得分子的结构参数1，建立参数与色谱保留指数的定量结构-色谱保留相关关系（Quantitative Structure retention Relationship ,QSRR）2，并利用建立的模型来预测其他化合物的保留指数，是很有意义的工作。1.2国内外文献综述QSRR是化学领域很重要的一个研究方向，目前已经有很多关于保留指数预测和定量结构-色谱保留相关关系的研究。如:刘利、曹晨忠等以分子极化效应指数MPEI、有效拓扑立体效应指数ETSEI等建立定量结构-色谱保留相关关系模型预测色谱保留指数3；开小明等研究了饱和醇在不同固定相上的定量结构-色谱保留相关关系4，都获得了较好的结果，但色谱柱极性对色谱保留指数影响的定量研究的报道尚不多见，本文拟用交叉柱法，考虑色谱柱极性对化合物的保留指数的影响，建立QSRR模型。1.3本课题研究内容用Chemoffice 3D建构和优化化合物的分子结构，并通过Dragon6.0软件提取出每个化合物的结构参数，运用Minitab15软件进行逐步回归筛选出变量，建立化合物在单柱上的QSRR模型。在此基础上采用交叉柱法5，结合色谱柱的极性参数，利用多元线性回归的方法（MLR）6构建定量结构-色谱保留相关关系（QSRR），用得到的回归方程对饱和酯化合物的色谱保留指数进行预测。第二章 结构参数的计算及选择要建立一个较好的QSRR模型，选择合适的结构参数是关键的步骤。化合物的结构决定了该化合物的各方面性质(包括物理、化学和生物性质)7。如果能正确地识别化合物的这些分子结构信息，则能够准确地预测化合物的性质8。因此，QSRR研究中最关键的任务之一就是如何将分子结构用数学符号表达出来，即提取分子的结构参数。本文从文献9收集了90个饱和酯化合物在七根不同极性柱上的实验保留指数，如表2.1所示。表2.1 90个饱和酯及其在七根不同极性柱上保留指数的实验值NO.化合物SE-30OV-7DC-710OV-25XE-60OV-225Silar-5CP1乙酸甲酯5095596096937377598502乙酸乙酯5926486907608158359233乙酸丙酯69575579685392093210134乙酸丁酯7948558959461022103011165乙酸戊酯89195899610441122113212126乙酸己酯9881056109211331221122913017乙酸异丙酯6436867227828428409148乙酸异丁酯75081084689897697710639乙酸异戊酯859922955100110861087117210丙酸甲酯61766771077583785194711丙酸乙酯69274378384589790599812丙酸丙酯78985188493410031013109813丙酸丁酯886949984103211041113119514丙酸戊酯98010471082112512021211128915丙酸己酯107411421176121513001307137816丙酸异丙酯733785817871920928100117丙酸异丁酯84890693898510571062114118丙酸异戊酯94810141042108611561169124319丁酸甲酯702767803868923938103220丁酸乙酯778840876931986999108521丁酸丙酯875938973102210891098117922丁酸丁酯96910361069111411871193127223丁酸戊酯106211311164120812841288136224丁酸己酯115612251258129213801388145125丁酸异丙酯82087890595510101019109126丁酸异丁酯9339931023106511431146121727丁酸异戊酯102910931124116312431247131628戊酸甲酯807871907961102710421131续表2.1NO.化合物SE-30OV-7DC-710OV-25XE-60OV-225Silar-5CP29戊酸乙酯876941975101410851105118030戊酸丙酯97110361069111111791196122131戊酸丁酯106311301163120512791289136132戊酸戊酯115512221257130413751382145133戊酸己酯124713161349138214701476153934戊酸异丙酯9159711000104611051116118035戊酸异丁酯102710871117115612351240130736戊酸异戊酯113211851217125313331340140537己酸甲酯9029741006105611331140122538己酸乙酯97610451073111811961203127539己酸丙酯106411381164120712831295136340己酸丁酯115612311256129513771383145141己酸戊酯124613251349138414711508153942己酸己酯133714171440147015651575162643己酸异丙酯100810741115113112071206127544己酸异丁酯111911891211124613321333139745己酸异戊酯121212871308134214301432149446异丁酸甲酯66572376481287088595747异丁酸乙酯732793831875968935101648异丁酸丙酯83689192596810351041110749异丁酸丁酯9319871019105911301136120150异丁酸戊酯102410821115115512251230129451异丁酸己酯111711771208123813231323138352异丁酸异丙酯780829849889953947101453异丁酸异丁酯899946975100810961086114954异丁酸异戊酯99410451075110911961188124955异戊酸甲酯763823854902969982106356异戊酸乙酯83989392596710331042111457异戊酸丙酯9299871018105911291137120658异戊酸丁酯102110811111114912241231129659异戊酸戊酯111211741204123813181325138660异戊酸己酯120412671296132614141417147461异戊酸异丙酯87492395098910491064112762异戊酸异丁酯98510391066109611771184124663异戊酸异戊酯108111361164119612781281134364异己酸甲酯875936970101910941104117765异己酸乙酯94310041036107811581163121966异己酸丙酯1035109411281165124912531313续表2.1NO.化合物SE-30OV-7DC-710OV-25XE-60OV-225Silar-5CP67异己酸丁酯112511891220125213401345140268异己酸戊酯121512811313134014331438149069异己酸己酯130613741404142715271529157870异己酸异丙酯97910281059109511691172122971异己酸异丁酯108911471175120012961309134072异己酸异戊酯1181124412721298139313941442732-甲基戊酸甲酯853908945989105410651131742-甲基戊酸乙酯91797310061053111811211173752-甲基戊酸丙酯1009106410961136120412131266762-甲基戊酸丁酯1097115711891222129613031352772-甲基戊酸戊酯1187124612791310138913941440782-甲基戊酸己酯1277133713701398148314861527792-甲基戊酸异丙酯95299910211060112111281176802-甲基戊酸异丁酯1064111611441179125412571306812-甲基戊酸异戊酯1153120812381267135213501394822-乙基丁酸甲酯845899934979104910531116832-乙基丁酸乙酯91496910001037112211131171842-乙基丁酸丙酯1005106010921130120412061260852-乙基丁酸丁酯1093115011821217129512961343862-乙基丁酸戊酯1183124112731303139013871434872-乙基丁酸己酯1273133213641393148214781520882-乙基丁酸异丙酯95499610221058112011251174892-乙基丁酸异丁酯1060111211391167125312491294902-乙基丁酸异戊酯11491202123212631352134313872.1分子的结构优化及参数计算本文用Chemoffice 3D软件建立分子的三维模型，采用MOPAC能量最低优化分子结构，再将优化后的分子结构导入到Dragon6.0软件中计算每个化合物的分子结构参数，对得到的2337种参数进行分析，去除结果都相同和有一定规律排布的参数，得到2180种结构参数。2.2筛选参数 在利用软件得到分子结构参数之后，就需要通过数理统计的方法或者人工智能算法寻找最合适的参数并建立参数与保留指数之间最好的定量关系模型。文中采用Minitab 15统计软件中的逐步回归方法筛选出合适的参数，从2180种参数中筛选得到SpPosA_Dz(Z)和RDF020p两个参数以建立QSRR模型。90个饱和酯化合物的SpPosA_Dz(Z)和RDF020p参数值见表2.2。表2.2 90个饱和酯化合物的SpPosA_Dz(Z)和RDF020p值NO.化合物SpPosA_Dz(Z)RDF020pNO.化合物SpPosA_Dz(Z)RDF020p1乙酸甲酯1.103 0.542 22丁酸丁酯2.788 0.848 2乙酸乙酯1.446 0.465 23丁酸戊酯3.144 0.928 3乙酸丙酯1.813 0.546 24丁酸己酯3.505 1.010 4乙酸丁酯2.188 0.643 25丁酸异丙酯2.274 0.615 5乙酸戊酯2.563 0.746 26丁酸异丁酯2.629 0.823 6乙酸己酯2.937 0.850 27丁酸异戊酯2.992 0.901 7乙酸异丙酯1.636 0.443 28戊酸甲酯2.186 0.854 8乙酸异丁酯2.014 0.605 29戊酸乙酯2.468 0.731 9乙酸异戊酯2.396 0.692 30戊酸丙酯2.787 0.809 10丙酸甲酯1.445 0.618 31戊酸丁酯3.126 0.911 11丙酸乙酯1.760 0.545 32戊酸戊酯3.474 1.068 12丙酸丙酯2.108 0.620 33戊酸己酯3.828 1.116 13丙酸丁酯2.469 0.715 34戊酸异丙酯2.630 0.712 14丙酸戊酯2.835 0.820 35戊酸异丁酯2.974 0.874 15丙酸己酯3.202 0.924 36戊酸异戊酯3.329 0.958 16丙酸异丙酯1.936 0.632 37己酸甲酯2.561 0.915 17丙酸异丁酯2.302 0.679 38己酸乙酯2.833 0.889 18丙酸异戊酯2.675 0.767 39己酸丙酯3.143 0.914 19丁酸甲酯1.812 0.716 40己酸丁酯3.474 1.015 20丁酸乙酯2.107 0.659 41己酸戊酯3.815 1.117 21丁酸丙酯2.439 0.713 42己酸己酯4.163 1.215 续表2.2NO.化合物SpPosA_Dz(Z)RDF020pNO.化合物SpPosA_Dz(Z)RDF020p43己酸异丙酯2.993 0.840 67异己酸丁酯3.328 0.959 44己酸异丁酯3.329 0.973 68异己酸戊酯3.676 1.063 45己酸异戊酯3.676 1.058 69异己酸己酯4.031 1.167 46异丁酸甲酯1.635 0.647 70异己酸异丙酯2.839 0.758 47异丁酸乙酯1.935 0.572 71异己酸异丁酯3.182 0.921 48异丁酸丙酯2.274 0.651 72异己酸异戊酯3.536 1.005 49异丁酸丁酯2.630 0.750 732-甲基戊酸甲酯2.260 0.856 50异丁酸戊酯2.994 0.853 742-甲基戊酸乙酯2.525 0.781 51异丁酸己酯3.362 0.955 752-甲基戊酸丙酯2.835 0.859 52异丁酸异丙酯2.107 0.552 762-甲基戊酸丁酯3.168 0.960 53异丁酸异丁酯2.470 0.709 772-甲基戊酸戊酯3.515 1.063 54异丁酸异戊酯2.840 0.797 782-甲基戊酸己酯3.870 1.163 55异戊酸甲酯2.013 0.755 792-甲基戊酸异丙酯2.683 0.760 56异戊酸乙酯2.301 0.676 802-甲基戊酸异丁酯3.022 0.918 57异戊酸丙酯2.628 0.754 812-甲基戊酸异戊酯3.375 1.006 58异戊酸丁酯2.974 0.852 822-乙基丁酸甲酯2.158 0.871 59异戊酸戊酯3.330 0.956 832-乙基丁酸乙酯2.420 0.796 60异戊酸己酯3.690 1.056 842-乙基丁酸丙酯2.729 0.873 61异戊酸异丙酯2.469 0.653 852-乙基丁酸丁酯3.063 0.976 62异戊酸异丁酯2.821 0.816 862-乙基丁酸戊酯3.411 1.077 63异戊酸异戊酯3.183 0.900 872-乙基丁酸己酯3.768 1.177 64异己酸甲酯2.394 0.855 882-乙基丁酸异丙酯2.576 0.778 65异己酸乙酯2.673 0.782 892-乙基丁酸异丁酯2.916 0.938 66异己酸丙酯2.991 0.855 902-乙基丁酸异戊酯3.270 1.020 第三章 模型的建立及预测3.1单柱QSRR模型的建立及预测3.1.1模型的建立将90个饱和酯随机选60个作为训练集，30个作为预测集，利用60个训练集化合物保留指数与分子结构参数（SpPosA_Dz(Z)和RDF020p）建立定量结构-色谱保留相关关系模型（QSRR）。3.1.2预测结果及分析每根极性柱上得到的回归方程、相关系数（R）和标准偏差s分别如下3.1表所示。相关系数R用于反映回归模型与样本观察值的拟合程度，R的取值在0，1区间内，接近1表明回归方程的计算结果越接近实验值，接近0表明回归方程的计算结果与实验偏离越大。标准偏差主要反映了回归方程的估算精度，它的值越小证明回归效果越好10。表3.1 饱和酯在不同极性柱上的QSRR模型固定相回归方程RsSE-30RI = 181 + 247 SpPosA_Dz(Z) + 128 RDF020p0.996014.8OV-7RI = 225 + 247 SpPosA_Dz(Z) + 147 RDF020p0.998010.4DC-710RI = 265 + 238 SpPosA_Dz(Z) + 165 RDF020p0.998010.5OV-25RI = 340 + 220 SpPosA_Dz(Z) + 185 RDF020p0.997510.6XE-60RI = 377 + 231 SpPosA_Dz(Z) + 194 RDF020p0.996513.8OV-225RI = 384 + 226 SpPosA_Dz(Z) + 209 RDF020p0.997012.9Silar-5CPRI = 499 + 207 SpPosA_Dz(Z) + 213 RDF020p0.994016.7由表3.1可知，模型的相关系数R都达到0.99以上,标准偏差s较小，说明两个参数与保留指数有很高的相关性，所得模型都具有很好的拟合能力。用训练集得出的方程对预测集的保留指数进行计算，得到的结果与相应的实验值见表3.2。得到的30个化合物饱和酯在七根极性柱上的预测值与实验值之差的绝对值见表3.3。表3.4表示所得30个化合物保留指数预测值与实验值在七根极性柱上的平均相对偏差。表3.2 饱和酯在不同极性柱上的保留指数的实验值与预测值NO.化合物SE-30OV-7DC-710OV-25XE-60OV-225Silar-5CPexppredexppredexppredexppredexppredexppredexpPred1乙酸甲酯5095235595776096176936837377377597478508434乙酸丁酯7948048558608958929469401022100710301013111610897乙酸异丙酯6436426866947227277827828428418408469149329乙酸异戊酯859861922919955949100199510861065108710701172114212丙酸丙酯789781851837884869934918100398410139901098106715丙酸己酯1074109011421152117611801215121513001296130713011378135918丙酸异戊酯9489401014998104210281086107011561144116911491243121621丁酸丙酯8758759389329739631022100810891079109810841179115624丁酸己酯1156117612251239125812661292129813801383138813871451144027丁酸异戊酯1029103510931096112411261163116512431243124712491316131030戊酸丙酯97197310361032106910621111110311791178119611831221124833戊酸己酯1247126913161335134913601382138914701478147614821539152936戊酸异戊酯1132112611851188121712151253125013331332134013371405139239己酸丙酯1064107411381136116411641207120112831280129512851363134442己酸己酯1337136514171432144014561470148115651574157515791626162045己酸异戊酯1212122412871288130813141342134414301431143214361494148548异丁酸丙酯83682689188292591496896110351029104110341107110851异丁酸己酯1117113411771196120812231238125613231339132313431383139854异丁酸异戊酯99498410451044107510721109111211961188118811921249125757异戊酸丙酯929927987985101810151059105811291130113711361206120460异戊酸己酯12041228126712921296131713261347141414341417143