分子连接性指数的种类

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高分子物理名词解释

高分子物理名词解释

第二章名词解释1.凝聚态:根据物质的分子运动在宏观力学性能上的表现来区分为固体、液体、气体。

2.单分子链凝聚态:大分子特有现象,高分子最小单位。

3.内聚能:1mol凝聚体汽化时需要的能量,△E = CE =△HV-RT(△HV——摩尔蒸发热,RT——汽化时做膨胀功)4.晶胞:晶体结构中具有周期性排列的最小单位。

5.晶系:晶体按其几何形态的对称程度。

ler指数:是一种特殊的,以结晶学单胞三条棱为坐标系时确定的指数。

7.单晶:晶体的整体在三维方向上由同一空间格子组成。

8.球晶:浓溶液中析出或熔体中析出,在不存在应力的条件下,形成圆球形的晶体。

9.片晶厚度:结晶聚合物的长周期与结晶度的乘积。

10.结晶度:试样中结晶部分所占的质量分数或体积分数。

11.高分子链的缠结:高分子链之间形成物理交联点,构成网络结构,使分子链的运动受到周围分子的羁绊和限制。

12.聚合物液晶:一些物质的结晶结构受热熔融或被溶剂溶解后,表观上失去了固体物质的刚性,具有流动性,结构上仍保持有序结构,表现各向异性,成为固体-液体过渡状态。

13.溶致液晶:一种包含溶剂化合物在内的两种或多种化合物形成的液晶。

14.热致液晶:加热液晶物质时,形成的各向异性熔体。

15.液晶晶型:向列相(N相):完全没有平移有序手征性液晶(胆甾相,手征性近晶相)层状液晶(近晶A,近晶C )一维平移有序盘状液晶相(向列相ND)16.取向:在某种外力作用下,分子链或其他结构单元沿着外力作用方向择优排列的结构取向度:f=1/2(3cos2θ-1)(θ:分子链主轴与取向方向之间的夹角,称为取向角)17.双折射:一条入射光线产生两条折射光线的现象。

18.相容性:共混物各组分彼此相互容纳,形成宏观均匀材料的能力。

19.多组分聚合物:多组分聚合物又称高分子合金,指该体系中存在两种或两种以上不同的聚合物组分,不论组分之间是否以化学键相互连接。

20.自组装:基本结构单元(分子,纳米材料,微米或更大尺度的物质)自发形成有序结构的一种技术。

煤化学复习资料

煤化学复习资料

复习思考题一煤的生成1、煤是由什么形成的?煤是由植物遗体经过生物化学作用和物理化学作用演变而成的沉积有机岩。

2、成煤植物的主要化学组成是什么?它们各自对成煤的贡献如何?(1)碳水化合物(包括纤维素、半纤维素及果胶质)纤维素一般不溶于水,在溶液中能生成胶体,容易水解。

在活的植物中,纤维素对于微生物的作用很稳定,但当植物死亡后,在氧化性条件下,易受微生物作用而分解成CO2、CH4和水。

在泥炭沼泽的酸性介质中,纤维素可以分解为纤维二糖和葡萄糖等简单化合物。

半纤维素:的化学组成和性质与纤维素相近,但比纤维素更易分解或水解为糖类和酸。

果胶:糖的衍生物,呈果冻状。

在生物化学作用下,水解成一系列单糖和糖醛酸。

(2)木质素木本植物的木质素含量高,木质素是具有苯基丙烷芳香结构的高分子聚合物,含甲氧基、羟基等官能团。

木质素的单体以不同的链连接成三度空间的大分子,比纤维素稳定,不易水解,易于保存下来。

在泥炭沼泽中,在水和微生物作用下发生分解,与其他化合物共同作用生成腐植酸类物质,这些物质最终转化成为煤。

所以木质素是植物转变为煤的原始物质中最重要的有机组分(3)蛋白质高等植物中蛋白质含量少;低等植物中蛋白质含量高。

植物死亡后,完全氧化条件下,蛋白质完全分解为气态物质;在泥炭沼泽和湖泊的水中,蛋白质分解成氨基酸、喹啉等含氮化合物,参与成煤作用,但对煤的性质没有决定性的影响。

煤中硫、氮元素的来源之一。

(4)脂类化合物脂肪:属于长链脂肪酸的甘油酯。

高等植物中含量少(1-2%),低等植物含量高(20%左右)。

在生化作用下在酸性或碱性溶液中分解生成脂肪酸和甘油,参与成煤作用。

蜡质:主要是长链脂肪酸与含有24~26个碳原子的高级一元醇形成的脂类,化学性质稳定,不易受细菌分解。

树脂: 树脂是植物生长过程中的分泌物,当植物受伤时,胶状的树脂不断分泌出来保护伤口。

针状植物含树脂较多,低等植物不含树脂。

树脂不溶于有机酸,不易氧化,微生物也不能破坏它,因此能很好地保存在煤中。

高分子的链结构答案

高分子的链结构答案

高分子的链结构一、概念1、构型:分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。

2、构象:由于单键的内旋转而产生的分子中原子在空间位置上的变化3、链段:高分子链上划分出的可以任意取向的最小单元或高分子链上能够独立运动的最小单元称为链段。

4、柔顺性:分子链能够改变其构象的性质。

5、H31螺旋体:每三个链节构成一个基本螺圈。

末端距6、末端距:线行高分子链的一端至另一端的直接距离。

均方末端距:2二、简答1、构型不同的异构体有哪些?旋光,几何,键接。

2、试举例总结影响高分子柔性的因素有哪些?有何影响?(1)主链结构:a.柔性大小-Si-O->-C-N->-C-O->-C-C- b.含双键(非共轭)的高分子有较好的柔性c.含共轭双键或苯环的高分子柔性差(2)取代基:a.极性取代基:1.取代基极性越大,柔性越差 2.取代基密度越大,柔性越差 3.取代基在主链上的分布有对称性,柔性越好 b.非极性取代基:1.取代基增加空间位阻,柔性越差 2.削弱了分子间作用力,柔性越好。

最终决定与哪一方面起主要作用。

(3)支化、交联,柔性越差(4)分子链长,柔性越好,但一定限度后,分子链长短无影响(5)分子间作用力大,柔性越差,有氢键存在,则柔性越差(6)分子越规整,柔性越差(7)温度升高,柔性越好(8)外力作用时间越长,柔性越易显示(9)溶剂:溶剂对大分子运动的影响3、写出自由连接链、自由旋转链、受阻旋转链,等效自由连接链的均方末端距表达式。

自由连接链:自由旋转链:受阻旋转链:等效自由连接链的均方末端距:4、聚合物在溶液中通常呈什么构象?但对于聚乙烯晶体而言,其分子链在晶体中为什么构象?等规聚丙烯晶体的分子链呈什么构象?无规线团;聚乙烯晶体:平面锯齿形构象;等规聚丙烯晶体:H31螺旋构象5、高分子链的柔顺性越大,它在溶液中的构象数多还是少?其均方末端距呢?构象数多;均方末端距小6、构型和构象有何区别?全同立构聚丙烯能否通过化学键(C-C单键)内旋转把“全同”变为“间同”?为什么?构型事指分子中有化学键所固定的原子在空间的几何排列。

高分子物理课后习题名词解释

高分子物理课后习题名词解释

以下为1~6章的名词解释,资料来源为高分子物理(第四版)材料科学基础(国外引进教材),化工大词典,百度百科,维基百科等。

第一章高分子链的结构全同立构:高分子链全部由一种旋光异构单元键接而成间同立构:高分子链由两种旋光异构单元交替键接而成构型:分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列,这种排列就是热力学稳定的,要改变构型必需经过化学键的断裂与重组分子构造(Architecture):指聚合物分子的各种形状,一般高分子链的形状为线形,还有支化或交联结构的高分子链,支化高分子根据支链的长短可以分为短支链支化与长支链支化两种类型共聚物的序列结构:就是指共聚物根据单体的连接方式不同所形成的结构,共聚物的序列结构分为四类:无规共聚物、嵌段共聚物、交替共聚物、接枝共聚物接枝共聚物:由两种或多种单体经接枝共聚而成的产物,兼有主链与支链的性能。

嵌段共聚物(block copolymer):又称镶嵌共聚物,就是将两种或两种以上性质不同的聚合物链段连在一起制备而成的一种特殊聚合物。

环形聚合物:它的所有结构单元在物理性质与化学性质上都就是等同的超支化聚合物:就是在聚合物科学领域引起人们广泛兴趣的一种具有特殊大分子结构的聚合物构象:由于σ单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态。

链段: 高分子链上划分出的可以任意取向的最小单元或高分子链上能够独立运动的最小单元称为链段。

链柔性:就是指高分子链在绕单键内旋转自由度,内旋转可导致高分子链构象的变化,因为伴随着状态熵增大,自发地趋向于蜷曲状态的特性。

近程相互作用:就是指同一条链上的原子或基团之间,沿着链的方向,因为距离相近而产生相互作用远程相互作用:因柔性高分子链弯曲所导致的沿分子链远距离的原子或基团之间的空间相互作用。

远程相互作用可表现为斥力或引力,无论就是斥力还就是引力都使内旋转受阻,构想数减少,柔性下降,末端距变大。

自由连接链:假定分子就是由足够多的不占体积的化学键自由结合而成,内旋转时没有键角限制与位垒障碍,其中每个键在任何方向取向的几率都相同。

分子连接性指数用于饱和链烃类化合物相关性的研究

分子连接性指数用于饱和链烃类化合物相关性的研究

作为研究标准摩尔生成焓的变量 . i e 引出路 We r n
径数的概念, 指出所谓的路径数( n是指两原子 P)
1 标准摩 尔生成焓的定义 文献报道,2 Cdn Satbr 于 16 年 P 由 -e和 c lu ; o ne y 94 恒温时在标准状态下 (035a 由最稳定单 提 出, 112P ) 用以反映分子支化度 ; 同时由于饱和链烃有 质生成 1 摩尔化合物的反应的等压热效应称为该 机化合物同一分子式具有不 同的同分异构体, 为 物质的标准摩尔生成焓, 用符号△ 表示 。 H 且规 了便于区别, 了 W ee引出路径数 P 和分子 选择 i r n 2 定标准状态下最稳定单质 的标准摩尔生成焓为
中圈分类号 :T 23 2 P7 . 文献标 识码 :A 文章编号 :10 — 1X (O7 1 0 5 —0 0 9 35 20 )0 — 03 3
有机化合物 由于结构复杂 , 很难从单质直接 合成 , 因此标准摩尔生成焓不容易直接得到. 但有 机化合物却常常容易燃烧 , 用量热计能够较 为准 确地测出所得到的燃烧热效应 , 利用燃烧热数据
零.
1 阶连接性指数 x作为研究标准生成焓等热力学 性质的变量 . 5 以 个碳原子的饱和链烃为例 :
() 1正戊烷
N =5 N =1 , 2 , c , H 2 P =3
若已知单质 的标准摩尔生成焓, 可以确定化
合物 的标准摩尔生成焓 . 对于反应 :
C 石墨) 2g : O () ( +0() C sg ,
数、 氢原子总数 、 分子结构的路径数 P 和分子连 2
由于饱和链烃有机化合物中只有碳元素和氧
元素 , 且不同的物质分子式具有不 同的碳原子数
和氢原子数, 所以选择碳原子 总数和氢原子总数

高分子物理名词解释

高分子物理名词解释

名词解释1.构型:分子中由化学键所固定的原子在空间中的排列2.构象:由于单键内旋转而产生的分子在空间不同形态成为构象。

3.构造:指链中原子的种类和排列,取代基和端基的种类,单体单元的排列顺序,支链的类型和长度等。

4.支化度:以支化点密度或亮相邻支化点之间的链平均分子量来表示支化度的程度。

5.交联度:通常用相邻两个交联点之间的链的平均分子量来表示。

6.邦联结构:高分子链之间通过支链连接成一个三维空间网型大分子时即称为交联结构。

7.立构方式(3种):无规立构:两种旋光异构单位完全无规则检接。

间同立构:由两种旋光异构单位交替键接。

全同立构:高分子全部由一种旋光异构单位键接而成。

8.等规高聚物:全同立构和间同立构难道高聚物有时通常称为等规高聚物9.等规度:指高聚物中含有全同立构和间同立构的总的百分数。

10.等效自由结构链:我们就把有若干个键组成的一段链算作一个独立的单位,称他为链段,令链段与链段自由结合,并且无规取向,这种链称为~~~11.高斯链:因为等效自己结合链的链段分布符合高斯分布函数,故称为~~~~~~~12.链段:把由若干个键组成的一段链作为一个独立运动的单元,称为链段。

13.高分子柔顺性:高分子链能够改变其构象的性质。

14.无规线团:单链的内旋转是导致高分子链成蜷曲构象的原因,内旋转越是自由,蜷曲的趋势就越大。

我们称这种不规则的蜷曲的高分子链的构象为无规线团。

15.聚集态结构:高分子的聚集态结构是指高分子链之间的排序和堆砌结构,也称为超分子结构。

16.内聚能密度:克服分子间作用力,把1mol液体或固体分子地道其间分子间的引力范围之外所需要的能量。

17.结晶度:结晶高聚物中通常总是包含结晶区和非结晶区两个部分,为了对这种状态做出定量描述,提出结晶度的概念,作为结晶部分含量的得量度,通常以重量百分数或体积百分数俩表示。

18.取向:当线形高分子充当伸展的时候,其长度是其宽度的几百,几万倍,这种结构上悬殊的不对称性,使他们在某些情况下很容易沿某特定方向做占优势的平行排列,称为取向。

第二十三章 DNA重组和重组DNA技术【生物化学与分子生物学 9版原版】

第二十三章  DNA重组和重组DNA技术【生物化学与分子生物学 9版原版】

第二节
重组DNA技术
序言:
重组DNA技术
又称: 分子克隆(molecular cloning) DNA克隆(DNA cloning) 基因工程(genetic engineering)
主要过程:
——在体外将目的DNA与能自主复制的遗传元件(载体)连接, 形成重组DNA分子 ——重组DNA分子在受体细胞中复制、扩增及克隆化,从而获得 单一DNA分子的大量拷贝
• 大多数RE的识别序列为回文结构(palindrome) • 有些RE所识别的序列虽然不完全相同,但切割DNA双链后可产
生相同的黏端,这样的酶彼此互称同尾酶(isocaudamer) • 有些RE虽然来源不同,但能识别同一序列(切割位点可相同或
不同),这样的两种酶成同裂酶(isoschizomer)
克隆载体
——是指用于外源DNA片段的克隆和在受体细胞中扩增的DNA分子。
克隆载体的基本特点:
至少有一个复制起点使载体能在宿主细胞中自主复制,并能使克隆的外源DNA片段得到 同步扩增; 至少有一个选择标志(selection marker),从而区分含有载体和不含有载体的细胞,如 抗生素抗性基因、-半乳糖苷酶基因(lacZ)、营养缺陷耐受基因等; 有适宜的RE单一切点,可供外源基因插入载体。
第一节小结
小结:
自然界DNA重组方式 主要包括: 同源重组,Holliday模式是最经典的同源重组模式 位点特异性重组 转座重组或转座,包括插入序列和转座子的重组 接合,通过细胞接触所发生的基因转移 转化,通过细胞自主摄取发生的DNA整合 转导,病毒感染介导的DNA整合 CRISPR/Cas9系统,细菌获得病毒DNA用于攻击病毒
一、同源重组
同源重组的Holliday模型

药物设计的基本原理和方法

药物设计的基本原理和方法
1 所有化合物应是同源物,结构上具有相同的基本母核,与
所选择参数之间不能有相关性,要有比较大的差异,并且生物活性数据的变化幅度应大于一个对数单位(即大于10倍),否则得不到足够的信息;
2 所设计化合物的物理化学性质差异要大
Hansch方法的一般操作过程
*
Hansch方程除了研究定量构效关系外, 还能用来解释药物作用机理,推测和描述可能的受体模型,研究除活性以外的其他药代动力学定量关系
分子对接法(Docking)
通过生长、旋转等得到基本骨架,按照受体的腔穴,定出靶标边界,这是一级结构的生成。从有关数据库搜索与受体受点结合的原子或原子团,设计新的化合物
*
二、间接药物设计(Indirect Drug Design)
间接药物设计法 受体的三维结构并不清楚
以小分子的构效关系为基础,从一组小分子化合物的结构和生物活性数据出发,研究结构与活性关系的规律
是一种新药设计的研究方法,可以作为先导化合物优化的一种手段。也是计算机辅助药物设计的一个重要内容
A=f(C)
生物活性
化合物的结构特征
由于学科的限制,并没有成功地将此关系用于药物设计
发展建立了三种定量构效关系的研究方法
*
20世纪 60年代 定量构效关系: 并根据信息进一步 结构参数 找出结构与活性间的
分子疏水性参数IogP,即分子的脂水分配系数(partition coefficient),表示分子的疏水性
化合物在有机相和水相中分配平衡时的量(摩尔)浓度Co和CW之比值,P=CO/CW
P值一般较大,常用IogP表示
当分子中有该取代基时I为1,当分子中没有该取代基时I为0。
logP的测定:
*

高分子物理

高分子物理

一、高分子链的近程结构构造:分子链中原子的种类和排列,包括取代基和端基的种类,结构单元的排列顺序,支链的类型和长度等。

构型:某一原子的取代基在空间的排列。

构像:具有一定组成和构型的高分子链通过单键的内旋转而形成的分子中的原子在空间的排列。

按高分子链化学组成不同可将高聚物分为:碳链高分子(优良的可塑性,主链不易水解)、杂链高分子(有极性,易于水解醇解或酸解)、元素高分子(有特殊性质)、其它高分子(较高的热稳定性)。

键接结构是指结构单元在高分子链中的连接方式。

这种由结构单元间的连接方式不同所产生的异构体称为顺序异构。

变换高聚物(或奇异高聚物):结构单元和单体不相似的高聚物。

旋光异构体:对于不对称C原子构成的化合物,它能构成互为镜影的两种异构体,表现出不同的旋光性。

等规度:高聚物中含有全同立构和间同立构的总百分数。

几何异构体:双键上的基团在双键两侧的排列方式存在顺式和反式两种构型,这种异构体称为几何异构体。

构型的测定方法:X射线衍射,核磁共振,红外光谱法。

支化:线形分子链上延伸出或短或长的分支结构。

支化度:以支化点密度或两相邻支化点之间的链平均分子量来表示支化的程度。

交联:通过化学反应把高分子链用共价键相连接起来,产生网状体型结构。

交联点密度:交联的结构单元占总结构单元的比例,即每一结构单元的交联概率。

共聚物:两种以上单体单元所组成的高聚物。

序列:同类单体直接相连的嵌段。

热塑性弹性体:又称热塑性橡胶,是一类常温下显示橡胶弹性,高温下又能塑化成型的合成材料,是一类兼有橡胶和热塑性塑料特性的强韧性高聚物。

互穿网络高聚物:由两种不同单体各自聚合形成的网络互相贯穿。

半互穿网络高聚物:一线性高聚物在另一高聚物网络形成时均匀分散在其中,宏观上成为一整体者。

二、高分子链的远程结构链段:高分子链中作协同运动的一段链,是高分子链中的独立运动单元。

内旋转:高分子链中C-C单键绕键轴旋转。

柔顺性:高分子链能够改变其构象的性质。

第3章 药物设计的基本原理及方法(4)

第3章 药物设计的基本原理及方法(4)

2018/10/11
11
第六节 计算机辅助药物设计简介 (Computer-Aided Drug Design, CADD)
三维定量构效关系(3D-QSAR)是以药物分子和受体分子的 三维结构特征为基础,分析结构与生物活性间的定量关系
20世纪80年代随着计算机辅助分子模拟技术(computer aided molecular modeling)的发展,计算机辅助药物设计 (Computer-Aided Drug Design,CADD)得以迅速发展。
直接药物设计常用的方法 模板定位法
分子对接法 (Docking)
活性位点分析法(Active
Site Analysis,ASA)
首先要建立拥有大量化合物的三维 结构数据库,用 DOCK程序,把 库中的分子逐一与靶标分子进行 “对接”(Docking),通过不断优化 小分子化合物的结构,寻找小分子 与靶标大分子作用的最佳构象,计 算其相互作用能,并在三线数据库 搜寻与受体受点区域中心相匹配的 2018/10/11 最佳分子。
2018/10/11 3
Hansch方法认为,药物能呈现生物活性,是药物小分子与生物 大分子相互作用的结果,这种相互作用,与药物的各种热力学 性质有关,而且这些热力学性质具有加和性,Hansch分析法又 称线性自由能相关模型。
Hansch方程的基本通式是:
Log 1/C = a2 + b + c + dEs + · · · +k Log l/C = a logP2 + blogP + c + dEs + · · · +k
直接药物设计又称全新药物设计 受体靶点的三维结构是已知 该法的 设计思路

分子标记的种类及其发展

分子标记的种类及其发展

分子标记的种类及其发展分子标记是指通过将特定的标记分子连接到目标分子上来实现对其进行检测和定位的技术。

随着生物学、医学和化学等领域的发展,分子标记逐渐得到了广泛应用。

目前,分子标记主要分为以下几类:荧光标记、放射性标记、酶标记和纳米颗粒标记。

以下是对每种标记的简要介绍以及其发展情况。

1.荧光标记:荧光标记是一种通过激发分子到高能态,再通过发射光子使其降至低能态的方式来实现分子标记的方法。

荧光标记的特点是对目标物质的检测灵敏、成本相对较低、操作相对简便等。

随着成像技术的发展,荧光标记已经广泛应用于细胞和分子生物学、医学影像等领域。

2.放射性标记:放射性标记是通过标记分子与放射性同位素结合来实现分子标记的方法。

放射性标记的特点是检测敏感度高、能够实现定量测量等。

然而,由于放射性同位素的辐射危害,放射性标记的应用受到了限制。

近年来,随着技术的发展,放射性标记已经逐渐向非放射性标记转变,例如利用放射性同位素替代品或荧光物质进行标记。

3.酶标记:酶标记是将酶与目标分子结合,然后利用酶的催化活性对目标分子进行检测的方法。

酶标记的特点是灵敏度高、选择性好、对目标分子的检测快速等。

常见的酶标记方法包括辣根过氧化物酶(HRP)标记、碱性磷酸酶(AP)标记等。

酶标记在生物学和生物化学研究中广泛应用,特别是在免疫学研究和生物医学检测中得到了广泛应用。

4.纳米颗粒标记:纳米颗粒标记是将纳米颗粒与目标分子结合,然后利用纳米颗粒的特殊性质对目标分子进行检测的方法。

纳米颗粒标记的特点是灵敏度高、标记稳定性好、可实现多重标记等。

常见的纳米颗粒包括金纳米颗粒、磁性纳米颗粒等。

近年来,纳米颗粒标记在生物医学检测、分子诊断等领域得到了广泛应用,并展现出了很大的潜力。

总体来说,分子标记的发展已经取得了很大的进展,不同种类的标记各具特点,适用于不同领域的研究和应用。

未来,随着技术的不断发展,分子标记将更加精准、灵敏和多样化,为科学研究、医学诊断和治疗等领域提供更多的可能。

二维定量构效关系

二维定量构效关系



虽然R是衡量总回归效果的重要标志,这里要强调的是R 值的大小与回归方 程中自变量 的个数n, 及因变量所 取 的观察值的个数k有关。 当n相对于k不很大时,会获得较大的R值,即容易产生 偶然相关。特别是当n=k+1时,即使k个自变量与因变 量Y完全不相关,亦必然有R=1的结果。 进行多元回归时要注意n与k的比例。一般认为n至少是k 的4倍或5倍以上,就是说1个自变量要求因变量有4~ 5 个观察值对应,以消除偶然相关的影晌。另外,需要注 意,由自变量预测因变量时,所用的数据不应超出建立 回归方程时数据范围,不能随意外推。
线性回归与非线性回归

线性关系的判别

回归方程的建立
在回归分析中如果因变量与自变量之间存在着线 性关系,那么它们就是线性回归所研究的对象; 若因变量与自变量的关系不呈线性,那么就属非 线性回归研究范畴。
因变量与自变量之间是否存在线性关系,可通过 对回归系数进行t检验来断定。进行t检验后,如 果发现有的偏回归系数不显著,那么就要从回归 方程中删除这些没有明显作用的自变量,删除变 量时不可同时将几个不显著的自变量一起去掉, 应当先删去t值最小的一个变量,重新计算回归 方程,对新的回归方程的回归系数作检验,再删 去新方程中一个不显著的自变量,如此重复,直 到回归方程中所有的自变量都显著为止。

Representation
Feature Selection & Mapping
Descriptors
Katiritzky, A. R. ; Lovanov, V . S .; Karelson, M. Chem. Soc. Rev. 1995, 24, 279-287.
3、一元线性回归 直线回归方程的模型是: yi=a+bxi 其中 (1) a是截距 (2) b是回归系数 (regression coefficient)(回归直线的斜率) 回归系数的统计学意义是:自变量每变化一个单位,应变 量 平均 变化的单位数.

用手性连接性指数预测手性有机酸的保留指数

用手性连接性指数预测手性有机酸的保留指数

数 。通过 多元 回 归方法研 究 l 手性 有机 酸 ( 羟基 酸和 1 m X 8种 8种 0种氨基 酸 ) 的薄 层 色谱 保 留
指数一 与 尺 的定 量构 效 关 系( S R) 经最佳 变量 子 集回 归建 立最佳二 元 Q R QR , S R模型 , 其传
统判定 系数 为 0 9 5, 一 剔除 法的 交互验 证 系数 Q .1 逐 为 0 8 8 . 7 。结果 证 明 , 该模 型具 有 良好
Re e to n e e e i to f Ch r lO r a i i s t n i n I d x s Pr d c i n o i a g n c Acd Usn i a nn c i iy I d c s i g Ch r lCo e tv t n ie
的稳健 性 及 预 测 能 力 , 于 Ke 优 i r的 连 接 性 指 数 。根 据 进 入 该 模 型 的 2 个 手 性 连 接 性 指
数 , 。 : 可知, 影响手性有机酸保 留指数的主要 因素是分子的二维结构特 征及其手性特征。 新建 手性连接 性 指数 对手 性有机 酸 的保 留指数 表征是 合 理有 效 的。
cosvl a o orl i ofcet o aeo eot L 0) r 0 9 5a d0 8 8rset e . rs—a dt ncr a o cef i f ev.n .u( O ae . 1 n . 7 ep c vl i i e tn i nQ l i v
Th e u t h w h tt e mo e r m x e de o o o ia n i e a o d r la lt n r d c ie e r s lss o t a h d lfo e tn d tp lg c li d c s h s g o eibi y a d p e i t i v a i t n sb te h n t to e ’ o n ci i ndc s Fr m h wo c ia o ne tvt nd c s bl y a d i e trt a ha fKirS c n e tvt i ie . o t e t h r lc n c ii i ie i y y

12种脂肪酸的分子连接性指数与其气相色谱保留值的相关关系研究

12种脂肪酸的分子连接性指数与其气相色谱保留值的相关关系研究

的报道 。在气相色谱方 面, 张述 忠 探讨 了链 烷烃 6 及其含氧化合物 的吸附热力学参数及拓扑参数 和 果。而要得到各种脂肪酸的标样则很难实现 。为简 C保 留值的关系。戴朝政【 等采用分子结构加和 7 J 化用气相色谱法鉴别食用油掺假 的操作 , 探讨在没 G 多种饱和程度不同的脂肪酸标样才能得到较好的结
谱法快速鉴定植物油也得到了很好效果 。周润煜 J
也用气相 色谱法进进 行鉴别食 用油掺假进行 了研
同结构的脂肪酸 。尽管各种脂肪酸在碳链长度、 不
用碱催化法 ( .m l 0 5 o L氢氧化钾 一甲醇溶液) / 将油 脂 中的脂肪酸转化为脂肪酸甲脂 , 在选定色谱条件 下作气 谱分析。测定 出各脂肪酸 甲酯 的保 留时间 后, 再求出其对数值 , 以用于与其结构的相关关系研
脂肪是食物中重要的营养成分之一。无论是植 值关 系的回归方程 , 能得到方程 的计算预测值 与文 物性油脂还是动物性油脂 , 其主要成分都是各种不 献测定值一致 的结果。
2 实验部 分 饱和程度上有所差异 , 但都可通过将其甲脂化后使 用气相色谱进行检测。用气相色谱法进行脂肪中脂 本文采用 的脂肪酸 甲脂的气相色谱测定条件及 2 ] 肪酸组成 的研究 , 根据脂肪酸的色谱 图识别食用油 保留值引 自田文荣 【等的有关论文。所用的色谱柱 脂是否掺假 , 已是食 品分析领域 中较成熟的有效手 是 3 mX3 i . mm. d玻璃柱, . 柱填充物 : %聚二 乙二 1 0 段[ 3 1】 _ 。如李开生…用气相色谱检测食用植物油中 醇丁二酸酯 ( E S /垒 1 1白色担体 (0 0 D G )露 洗 0 8 ~10 。柱室温度 14 , 8 ℃ 汽化及检测温度 20 。使 3℃ 是否掺杂棕榈油取得了成功。田文荣L等用气相色 目) 2 ]

完整版高分子化学名词解释

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第一章绪论(Introduction)高分子化合物(High Molecular Compound):所谓高分子化合物,系指那些由众多原子或原子团主要以共价键结合而成的相对分子量在一万以上的化合物。

合成高分子:一般是由许多结构相同的、简单的化学结构,通过共价键重复连接而成的相对分子质量很大的化合物。

生物高分子:一般倾向于是对化学结构组成多样、排列顺序严格的、相对分子质量很高的具有生物活性的高分子化合物。

单体(monomer):能够形成聚合物中结构单元的小分子化合物称为单体。

聚合物(high polymer or polymer):由相同的化学结构多次重复通过共价键或配位键连接而成的高分子化合物,称聚合物。

单体单元(monomer unit):由苯乙烯单体反应得到的聚苯乙稀,其结构单元的原子种类、个数都与单体相同,仅电子结构发生变化,故这类聚合物的结构单元又称为单体单元。

结构单元(structure unit):聚氯乙稀这样的聚合物,括号内的化学结构称为结构单元。

即组成高分子的、重复连接的、来源于单体的化学结构单元称“结构单元”。

重复单元(repeating unit):聚氯乙稀分子链可以看作结构单元多次重复构成,因此括号内的化学结构也可称为重复单元或链节(chain element)。

聚合度(degree of polymerigation):重复单元的数目n,表征聚合物分子量大小的一个物理参数。

数均分子量:各种不同分子的分子量的总合除以分子数总合得到的平均值。

£ NM ___ i iM t u^i ______n V 乙Nii =1其中:分子量为Mi 的大分子,相应的分子分数为Ni 。

重均分子量:不同分子分子量与分子重量乘积的总和除以整个分子重量得到的平均值。

£ WM £N M 2--- i i i iM = -4=1 ------------------- = -4=1 ------------------- v W£ N M i i i i =1 i =1其中:分子量为Mi 的大分子重量为 Wi =NiMi粘均分子量:用聚合物稀溶液的特性粘度测定的分子量。

基于材料基因工程设计筛选耐高温易加工聚酰亚胺

基于材料基因工程设计筛选耐高温易加工聚酰亚胺

第37卷第1期高分子材料科学与工程V o l .37,N o .1 2021年1月P O L YM E R MA T E R I A L SS C I E N C E A N DE N G I N E E R I N GJ a n .2021基于材料基因工程设计筛选耐高温易加工聚酰亚胺张宋奇,朱峻立,王立权,林嘉平(华东理工大学材料科学与工程学院上海市先进聚合物重点实验室,上海200237)摘要:聚酰亚胺(P I )树脂在航天航空工业领域具有重要应用,被要求其兼具热稳定性和良好的加工性㊂但是,在耐热性能提高的同时,P I 的加工性能通常会变差,这种矛盾加大了树脂设计与研发的难度㊂文中提出了一种基于材料基因工程的两步法筛选策略,这种新方法能加速设计兼具热稳定性和加工性的P I 结构㊂第1步,从聚合物数据库中的化学结构提取出各种化学基元,以化学键解离能和键级作为热稳定性指标,以旋转松弛时间和零切黏度作为加工指标对化学基元进行第1次筛选,获得候选基元㊂第2步,通过候选基元的组合获得候选P I 结构,以50%热分解温度作为热稳定性指标,以L UMO -HOMO 和零切黏度作为加工性指标,筛选得到主链含二甲基硅和炔基的新型耐高温易加工的P I 树脂㊂这一策略为快速设计兼具多种性能的新型聚合物提供了一种新方法㊂关键词:聚酰亚胺;材料基因工程;耐热性;加工性能;理论模拟中图分类号:T Q 323.7 文献标识码:A 文章编号:1000-7555(2021)01-0051-08d o i :10.16865/j.c n k i .1000-7555.2021.0019收稿日期:2020-11-17基金项目:国家自然科学基金资助项目(51833003)通讯联系人:王立权,主要从事高分子材料基因组方法与高分子理论模拟等研究,E -m a i l :l q -wa n g @e c u s t .e d u .c n ;林嘉平,主要从事高分子物理与高分子材料基因组方法等研究,E -m a i l :jl i n @e c u s t .e d u .c n 聚酰亚胺(P I )树脂具备优异的热学和力学性能,在以航天航空工业为代表的众多领域受到广泛关注[1]㊂在航空航天工业中,碳纤维增强的热固型P I复合材料凭借其高比强度和优秀的耐热性替代了发动机和飞机框架中的部分金属材料,提升了飞行器的运力[2]㊂随着航天航空工业的发展,对P I 树脂的需求越来越大,性能要求也越来越高㊂随着聚酰亚胺树脂的研发不断深入,应用领域对性能的要求不再只追求单一指标,而是需要提升P I 树脂的多项性能㊂然而,某些性能之间本身存在着一定的矛盾,难以同时提高,如耐热性能和加工性能㊂普遍认为,P I 本身优异的耐热性是由于其刚性结构和分子内㊁分子间强烈的电荷转移相互作用所致,但刚性结构和分子内㊁分子间强烈的作用力也导致P I 加工性能变差[3]㊂也就是说,在主链中引入刚性结构(如芳环结构等)有助于提高耐热性能,但不利于加工性能;而引入柔性结构(如醚键等)有助于提高加工性能,但不利于耐热性能[4]㊂由此可见,只是粗略地把能提升单项性能的基团㊁结构组合在一起往往不能同时提升这些相互制约的性能㊂目前,开发制备新型聚酰亚胺的主流方法仍然是通过反复试错来寻找新高性能树脂结构的实验试错法㊂这种方法严重依赖研究者的开发经验,一旦在研究者所熟悉的化学结构空间中没有能满足性能的结构,实验试错法将耗费更多的人力㊁物力和时间去探索更广阔的化学结构空间来寻找满足要求的结构㊂因此,急需一种能在更广阔的化学结构空间中有效㊁迅速地寻找合适的树脂结构的新方法,用以解决因不同性能之间存在相互制约关系而难以同时满足要求的新型树脂研发困境㊂材料基因工程是一种将数据库技术㊁计算技术和实验方法相结合,减少开发新材料所需的时间和成本的新型材料研发方法㊂近年来,材料基因工程已被用于研发多种新型高性能聚合物材料,如聚合物介电材料[5,6]㊁耐高温树脂等[7]㊂最近,本团队运用基于材料基因工程的两步法筛选策略,成功设计并合成出低温固化耐高温含硅芳炔树脂,其5%分解温度达655ħ㊁固化焓仅241.9J /g [8]㊂相较于实验试错法,材料基因工程所需时间成本和物料成本更低,能探索更广阔的化学结构空间㊂航空航天工业迫切需要同时具备更好的热稳定性和良好加工性能的P I树脂㊂然而P I本身的结构特性表明了加工性能与热稳定之间存在矛盾,这种性能上的相互制约大大提升了研发满足性能要求的树脂的难度㊂解决这类相互制约的性能关键是寻找到合适的刚性和柔性结构组合㊂本文将刚性结构和柔性结构作为 基因 ,运用基于材料基因工程的两步筛选策略对 基因 和由 基因 组合得到的P I结构进行耐热性能和加工性能的筛选,最终获得主链含二甲基硅和炔基㊁封端剂含萘环的新型聚酰亚胺㊂1理论方法本文采用密度泛函理论(D e n s i t y f u n c t i o n a l t h e-o r y,D F T)㊁分子动力学模拟(M o l e c u l a rd y n a m i c s, M D)和分子连接指数法计算各项性质㊂1.1密度泛函理论密度泛函理论是一种用电子密度分布函数代替波函数来简化多电子体系的量子化学计算方法㊂本文采用D F T计算分子结构的化学键解离能(B D E)和M a y e r键级㊂首先,利用B3L Y P泛函和6-311G(d, p)基组对分子结构进行优化,获得能量极小点时的分子结构和M a y e r键级㊂然后,在25ħ下,对优化后的分子结构进行断键处理,并将断键后的自由基和优化后的结构进行频率分析,计算其热力学函数,得到反应焓变㊂最后,根据反应焓变获得键能㊂前线轨道(L UMO-HOMO能级)则是根据D F T,在B3L Y P/ 6-311G(d,p)水平上计算分子的最低未占分子轨道(L o w e s tu n o c c u p i e d m o l e c u l a ro r b i t a l,L UMO)和最高占据分子轨道(H i g h e s to c c u p i e d m o l e c u l a ro r-b i t a l,HOMO)的能量差㊂本文所有D F T计算均使用G a u s s i a n09进行,其中M a y e r键级数据使用M u l t i w f n软件[9]计算㊂1.2分子动力学模拟分子动力学模拟是根据经典力学和哈密顿方程,利用计算机计算各个分子每时每刻的坐标和动量,进而通过统计力学获得系统的各项特征[10]㊂由于遵循经典力学,每个粒子所受的力可由牛顿运动方程获得,即F i(t)=m i d2r i(t)d t2(1)式中:F i(t) 第i个粒子所受的力;m i 第i个粒子的质量;r i(t) 第i个粒子在t时刻的位置㊂通过统计平衡过程中二酐的苯环法向量变化,获得苯环旋转的一阶Le g e n d r e多项式,P1(t)=<b(0)㊃b(t)>(2)式中:b(0)和b(t) 分别表示了在初始时间和t 时刻的法向量;角括号表示所有苯环的系综平均值㊂通过K o h l r a u s c h-W i l l i a m s-W a t t s(KWW)方程对P1 (t)进行拟合,P1(t)=A e x p[-(t/τKWW)β](3)式中:A 小于等于1的常数;τKWW 特征松弛时间;β 考虑了松弛过程非指数性的校正参数㊂苯环的旋转松弛时间(τr o t)由KWW松弛时间计算得到τr o t=τKWWβГ(1/β)(4)式中:Г为g a mm a函数㊂本文所有M D均使用M a t e r i a l S t u d i o软件中的F o r c i t e模块实现㊂旋转松弛的模拟过程中,采用C OM P A S S力场,时间步长为1f s,在N P T系综(温度327ħ,压强0.1M P a)中分子运动500p s使系统达到平衡,之后再运动500p s得到运动轨迹,根据运动轨迹计算旋转松弛时间㊂1.3分子连接指数法分子连接指数法是利用分子连接指数与性能之间的关系对分子性能进行预测的一种方法[11]㊂相较于基团加合法,分子连接指数法不需要基团库,更适合材料基因工程快速预测筛选材料性能㊂本文采用分子连接指数法预测刚性基元㊁封端剂和候选P I主链结构的零切黏度㊂当温度T为1.2T g时,η(1.2T g)ʈ3.981ˑ10-2ˑe x p Eηɕˑ(1-1.635ˑ10-3ˑT g)RˑT géëêêùûúú(5)当温度T满足T g<T<1.2T g时,η(T)ʈ9.553ˑ10-10ˑη(1.2T g)ˑe x p60.604ˑT g Tæèçöø÷2-25.581ˑT g Téëêêùûúú(6)当温度T>1.2T g时,η(T)ʈη(1.2T g)ˑe x p0.288ˑEηɕˑT g2RˑT3æèçöø÷ˑe x p(T g-T)ˑEηɕRˑTˑT géëêêùûúú(7)式(5)中,Eηɕ是Tңɕ时零剪切速率下黏性流动的活化能,可用摩尔黏度温度和重复单元的分子量计算,为25高分子材料科学与工程2021年E ηɕ=H n M æèçöø÷3(8)候选P I 主链结构的50%分解温度(T d 50)为T d 50=Y d 50M(9)式(9)中:M 重复单元的分子量;Y d 50 摩尔热分解函数,Y d 50ʈ6.50N +0.99(10ˑ1χυ+N Y d -N H )(10)式(10)中:N 重复单元中非氢原子的数目;N H氢原子的数量;1χυ分子连接指数;N Y d修正项㊂所有分子连接指数法的计算都在M a t e r i a l sS t u -d i o 软件的S yn t h i a 模块中实现㊂计算过程中将低聚物的重复单元数设置为4,温度设置为177ħ㊂2 结果与讨论本文发展了基于材料基因工程的两步法筛选策略,如F i g.1所示㊂该方法包括以下几个步骤:(1)从P o L yI n f o 聚合物数据库中收集化学结构,拆分出柔性基元㊁刚性基元和反应基元;(2)以化学键解离能B D E 和松弛时间(τr o t )为指标筛选柔性基元,以M a y -e r 键级和零切黏度(η(T ))为指标筛选刚性基元,得到候选柔性/刚性基元;(3)将候选柔性基元嵌入到酸酐结构中获得新二酐,将候选刚性基元和反应基元嵌入到胺与酸酐结构中获得新二胺和新封端剂;(4)将新的二酐㊁二胺组合得到候选聚酰亚胺主链结构,并以T d 50和η(T )作为筛选指标筛选主链结构,以L U -MO -HOMO 和η(T )作为筛选指标筛选封端剂㊂将主链结构与封端剂结合,得到完整的新型P I 化学结构㊂F i g .1 M a t e r i a l s g e n o m ea p p r o a c hf o rd e s i g n i n gp o l y i m i d e s .F i r s t l y ,f l e x i b l eu n i t e s ,r i gi du n i t sa n dr e a c t i v eu n i t sw e r ec o l l e c t e df r o m P o L y I n f o d a t a b a s e ;t h e n t h e c a n d i d a t e u n i t sw e r e s c r e e n e db a s e do n ah e a t -r e s i s t a n t f e a t u r e a n da p r o c e s s i n g f e a t u r e ;t h i r d l y,t h e c a n d i d a t em o n o m e r sw e r e c o m p r i s e d o f c a n d i d a t e u n i t s ;f i n a l l y,t h e c a n d i d a t eP I s t r u c t u r e sw e r e s c r e e n e db a s e d o n a h e a t -r e s i s t a n t f e a t u r e a n d a p r o c e s s i n g fe a t u r e 35 第1期张宋奇等:基于材料基因工程设计筛选耐高温易加工聚酰亚胺2.1化学基元收集从P o L y I n f o聚合物数据库中收集大量聚合物的化学结构信息,再利用B R I C S算法[12]将分子结构拆分成大量的化学基元,将非常罕见的化学基元去除,保留合理的化学基元㊂对得到的大量化学基元进行分类,得到反应基元㊁刚性基元和柔性连接基元3大类㊂由于热固性聚酰亚胺主要是以炔基为反应官能团,所以选择炔基为反应基元㊂刚性基元具有较大的刚性,主要为芳环结构,如萘环等㊂柔性基元通常包含可以旋转的柔性化学键,如醚键等㊂2.2基元筛选由于柔性基元含可旋转的柔性化学键,P I主链结构嵌入柔性基元有助于增加P I分子的柔顺性,改善树脂的加工性能㊂但是,柔性基元的化学键键能较低,受热易断裂分解,导致树脂热稳定性下降㊂对于柔性基元而言,热稳定性和化学键的柔性是互相制约的性能㊂因此,本文以热稳定性和化学键的柔性作为筛选指标,对收集到的柔性基元进行评估和筛选㊂B D E为化学键断裂前后的热焓变化,可以用来评价化学结构的热稳定性㊂本文把柔性基元嵌入到P I中二酐结构两苯环的连接处,即F i g.2(a)所示的R基元㊂运用D F T,计算了柔性基元与苯环连接的化学键的B D E,用其评价柔性基元的热稳定性㊂B D E值越大,柔性基元的热稳定性越好㊂苯环的松弛时间τr o t是苯环克服能垒旋转1周所需时间,体现了分子的柔顺性㊂对含柔性基元的二酐进行分子动力学模拟,计算了与柔性基元相连的苯环的旋转自相关函数,得到苯环的τr o t,用其评价柔性基元的柔性大小㊂松弛时间越短,柔性越好㊂F i g.2(b)所示为相连苯环的τr o t与B D E的关系图㊂图中虚线表示不嵌入柔性基元时苯环的松弛时间㊂由图可知,有10类柔性基元的B D E大于330 k J/m o l,τr o t小于80.4p s,其分子结构如F i g.2(c)所示㊂其中,二甲基硅是这2种性能综合后的最佳选择㊂推测二甲基硅综合性能最佳的原因是S i原子与苯环形成的dπ-pπ共轭,增大了B D E,且S i-C的键长大于C-C键长,使得苯环有更高的旋转自由度㊂F i g.2(a)S c h e m a t i c o f t h e p o l y i m i d ew i t h a f l e x i b l e u n i tR;(b)b o n d e n e r g y v e r s u s r e l a x a t i o n t i m e o f a d j a c e n t b e n z e n e r i n g s o fp o l y i m i d ew i t h f l e x i b l e u n i t s,t h e s t a r s a r e s c r e e n e du n i t s;(c)t h e s c r e e n e d f l e x i b l e u n i t s刚性基元的加入有利于提高P I的热稳定性,但同时也会提高加工温度,增加复合材料成型加工的难度㊂对于刚性基元而言,热稳定性和加工性能是一对存在潜在矛盾的性能㊂因此,本文以热稳定性和加工性能作为筛选指标,对收集到的刚性基元进行评估和筛选㊂刚性基元因含有过多的苯环结构而难以通过D F T计算B D E,因此需要选择另一种物理量来表示热稳定性㊂M a y e r键级反映的是2个原子间共享的电子对数,是另一种描述化学键稳定性的物理量㊂45高分子材料科学与工程2021年M a ye r 键级越高,化学键越不容易受热断裂分解㊂因此,以结构中最弱的M a y e r 键级代替B D E ,作为热稳定性指标对刚性基元进行筛选㊂运用D F T ,计算了在优化后的刚性结构中的所有化学键的M a y e r 键级㊂以M a y e r 键级大于1.2为筛选阈值,筛选出了7种刚性基元㊂将这7种刚性基元分别替换对照组P I 结构(见F i g.4(b ))中二胺的联苯结构,得到7种仅在二胺结构上不同的P I 主链结构,并使用分子连接指数法预测其η(T )㊂计算结果如T a b .1所示㊂由表可知,蒽环的引入会导致较大的η(T ),因而不适宜引入到P I 结构中㊂另一方面,含氮杂环系列的刚性基元虽然η(T )不大,但难以修饰氨基或合成成本过高,不考虑将其纳入下一步筛选㊂因此,本文采用苯环和萘环作为刚性基元,纳入下一步的筛选㊂T a b .1 M a y e r b o n do r d e r a n d z e r o -s h e a r v i s c o s i t y o f r i gi du n i ts F i g .3 (a )S c h e m a t i c o f t h em a i n c h a i no f c a n d i d a t e p o l y i m i d e s ;(b )w e i g h t e d -a v e r a g e v a l u e s o f 50%d e c o m p o s i t i o n t e m pe r a t u r e a n d z e r o -s h e a r v i s c o s i t yf o r t h e c a n d i d a t e p o l y i m i d e s c o l o r s f r o mb l a c k t ow h i t e c o r r e s p o n d i ng t o th e v a l u e s f r o ml o wt ohi gh 2.3 候选P I 筛选10种柔性基元和2种刚性基元随机数量任意组55 第1期张宋奇等:基于材料基因工程设计筛选耐高温易加工聚酰亚胺合可以形成无数P I 主链结构,出于合成和计算代价两方面考虑,本文做出了限制,组合得到的二酐和二胺结构中只能含有1种基元㊂考虑到常见的二酐结构(如3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐)往往含有2个苯环,本身的刚性较强,再在结构中增加刚性基元可能导致在二酐合成和P I 树脂的加工方面出现困难,因此本文只将柔性基元嵌入到二酐中㊂考虑到柔性基元已加入二酐中,过多的柔性基元会导致耐热性能大幅度下降,因此本文只将刚性基团添加到二胺中㊂本文将筛选得到的柔性基元嵌入到二酐结构中得到10种候选二酐㊂另一方面,考虑到主链上含有反应基团能进一步提高固化后的热稳定性[13],将筛选得到的刚性基元(苯环和萘环)和反应基元(炔基)嵌入二胺结构中得到34种候选二胺,如F i g .3(a )所示㊂将候选二酐和候选二胺组合,获得340种候选P I 主链结构,并使用分子连接指数法预测这些候选P I 主链结构的T d 50和η(T )㊂将T d 50和η(T )的数值归一化后,以1ʒ1的权重对这些结构进行综合评价,其结果如F i g .3(b )所示㊂在F i g .3(b )所示的热点图中,颜色越亮,综合评分越高,其中由含二甲基硅的二酐结构与双(4-氨基苯基)乙炔组合形成的P I 主链结构是综合评分最高的结构㊂说明二甲基硅是最佳柔性基元,乙炔和苯环组成的复合结构是最佳的二胺结构㊂T a b .2 L U M O -H U M Oa n d z e r o -s h e a r v i s c o s i t y o f e n d -c a p p i n g r e a ge n ts 将筛选出的刚性基元㊁反应基元与酸酐或者胺结构结合形成9种候选封端剂㊂封端剂的反应活性和黏度对P I 材料加工性能有重要影响㊂因此,从反应活性和黏度角度出发,对9种候选封端剂进行筛65高分子材料科学与工程2021年选㊂L UMO -HOMO 是指最低未占据分子轨道与最高占据分子轨道之间的能量差,L UMO -HOMO 越小,表示分子的反应活性越大㊂在P I 领域,P I 分子反应活性越大,越有利于加工㊂运用D F T 计算了候选封端剂的L UMO -HOMO ,使用分子连接指数法预测候选封端剂的η(T )㊂T a b .2所示为所有候选封端剂的L UMO -HOMO 和η(T ),其中第1组封端剂结构因兼具较低的L UMO -HOMO 和较低的η(T )而被选为最佳封端剂㊂F i g.4(a )所示为通过两步法筛选得到的新型P I 结构P I -a ㊂与对照组的P I 结构P I -b (F i g.4(b ))相比,P I -a 主链嵌入了含二甲基硅的柔性基元和能参与交联反应的炔基反应基元㊂P I -a 主链中的S i -C 键长大于C -C 键长,使苯环的旋转自由度增大,提高了分子整体的柔顺性,有利于加工性能的提升㊂而P I -a 中的S i 原子与苯环形成的d π-p π共轭,增强键能从而减弱柔性基元的加入对耐热性能的影响㊂另一方面,主链中炔基的引入使得P I -a 主链中的炔基含量提高,在固化过程中,主链炔基参与固化反应,增加了固化交联点,且使交联点的分布更均匀,有利于耐热性能的提高㊂F i g .4 S c r e e n e d p o l y i m i d e (a )a n d t h e p o l y i m i d e (b )c h o s e n f o r c o m pa r i s o n 用M D 模拟初步验证了P I -a 的性能㊂F i g.5所示为由M D 计算得到的P I -a 和P I -b 的黏度与玻璃化转变温度㊂由F i g.5(a )可知,在107~207ħ温度范围内,P I -a 的黏度均比P I -b 的黏度小㊂另一方面,由F i g.5(b )可知,P I -a 和P I -b 的T g 均随反应基团不断发生交联而增加,且两者相近㊂但是,由于P I -a的主链结构比P I -b 的主链结构多了可反应的炔基,固化后的P I -a 将拥有更多的交联点,从而获得更高的T g ㊂以上结果均验证了筛选方法的有效性㊂F i g .5 (a )V i s c o s i t y o fP I -a a n dP I -ba s a f u n c t i o no f t e m p e r a t u r e ,(b )g l a s s t r a n s i t i o n t e m pe r a t u r eP I -a a n d P I -b a s af u n c t i o no f n u m b e r o f r e a c t e du n i t s本文发展了一种设计P I 结构的方法:通过依次对化学基元(柔性基元和刚性基元)与P I 结构(主链75 第1期张宋奇等:基于材料基因工程设计筛选耐高温易加工聚酰亚胺结构和封端剂结构)进行耐热性能和加工性能的筛选,获得兼具优秀的耐热性能和加工性能的新型P I 结构㊂此外,M D的计算表明,新型P I结构中柔性基元和刚性基元的加入提升了树脂的耐热性能和加工性能,验证了方法的有效性㊂3结论结合聚酰亚胺(P I)的结构特性,提出了一种基于材料基因工程方法的 两步法筛选 的策略,用来设计兼具良好耐热性和加工性能的P I树脂㊂首先,用化学键解离能和M a y e r键级表示耐热性能,用零切黏度表示加工性能,对P o L y I n f o聚合物数据库中提取的化学基元进行初步筛选㊂然后,根据P I的单体结构特点和合成难易程度,将符合要求的化学基元进行组合,获得P I主链结构和封端剂;分别以50%热分解温度和零切黏度对P I主链结构㊁以L UMO-HO-MO和零切黏度对封端剂,进行第2次筛选,最终获得一种萘环封端㊁主链含二甲基硅和炔基的新型P I 树脂㊂主链中的二甲基硅基元能提高树脂的韧性和加工性能,而炔基可以在固化时进一步反应,提高树脂固化后的热稳定性㊂本文所提出的材料基因工程方法可以加速新型P I树脂的设计与研发,可启发其它聚合物材料的研发㊂参考文献:[1] L i JW,Z h a n g GC,Y a oY,e t a l.S y n t h e s i s a n d p r o p e r t i e s o fp o l y i m i d e f o a m s c o n t a i n i n g b e n z i m i d a z o l e u n i t s[J].R S CA d v a n c e s,2016,6:60094-60100.[2] M e n g XS,Y a n JL,F a nW F,e t a l.T h e r m o s e t t i n g p o l y i m i d e sa n d c o m p o s i t e sb a s e d o n h i g h l y s o l u b l e p h e n y l e t h y n y l-t e r m i n a t e d i s o i m i d eo l i g o m e r s[J].R S C A d v a n c e s,2014,4: 37458-37469.[3] Y a nSY,C h e nW Q,Y a n g XJ,e t a l.S o l u b l e p o l y i m i d e s b a s e do nan o v e l p y r i d i n e-c o n t a i n i n g d i a m i n e m,p-P A P Pa n dv a r i o u sa r o m a t i cd i a n h y d r i d e s[J].P o l y m e rB u l l e t 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y l e n e:a m a t e r i a l g e n o m e a p p r o a c h[J].A C S A p p l i e dM a t e r i a l s&I n t e r f a c e s,2020,12:27587-27597.[8] Z h uJL,C h u M,C h e nZ W,e t a l.R a t i o n a l d e s i g no f h e a t-r e s i s t a n t p o l y m e r s w i t hl o w c u r i n g e n e r g i e s b y a m a t e r i a l sg e n o m e a p p r o a c h[J].C h e m i s t r y o fM a t e r i a l s,2020,32:4527-4535.[9] L uT,C h e nF.M u l t i w f n:am u l t i f u n c t i o n a lw a v e f u n c t i o na n a l y z e r[J].J o u r n a l o f C o m p u t a t i o n a l C h e m i s t r y,2012,33:580-592.[10] R a p a p o r t DC.T h e a r t o fm o l e c u l a r d y n a m i c s s i m u l a t i o n s e c o n d e d i t i o n[M].2n d e d.N e wY o r k:C a m b r i d g eU n i v e r s i t y P r e s s,2004. 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i a oT o n g U n i v e r s i t y,S h a n g h a i200240,C h i n a) A B S T R A C T:C h i r a la d d i t i v e-d r i v e ns e l f-a s s e m b l y o fb l o c kc o p o l y m e ri sa ne f f e c t i v e m e t h o dt oc o n s t r u c t h e l i c a l n a n o s t r u c t u r ew i t hc o n t r o l l e dh a n d e d n e s s.H o w e v e r,t h ee f f e c to f t h es m a l l c h i r a lm o l e c u l e so nt h e f o r m a t i o no f h e l i c a l s t r u c t u r e i ss t i l lu n c l e a r.I nt h i sw o r k,s m a l l c h i r a lm o l e c u l e sw i t hd i f f e r e n tc h e m i c a l s t r u c t u r e sw e r eu s e d t o c o-a s s e m b l ew i t h p o l y(1,4-b u t a d i e n e)-b-p o l y(e t h y l e n e o x i d e)(P B d-b-P E O).S m a l l a n g l eX-r a y s c a t t e r i n g,T E M a n dc i r c u l a rd i c h r o i s m(C D)w e r eu t i l i z e dt ov e r i f y t h a t t h ec h i r a lm a l i ca c i d (MA)a n dm a n d e l i ca c i d(M D A)c a n i n d u c e t h eP E O p h a s e t o f o r mah e l i c a l s t r u c t u r ea t s o l i d f i l ms t a t e, w h i l e t h e c h i r a l t a r t a r i c a c i d d i b e n z y l e s t e r(D B T A)a n d d i a c e t y l t a r t a r i c a c i d(D A T A)c a n n o t i n d u c e a h e l i c a l p h a s ed u e t o t h e h y d r o g e nb o n d i n g s i t e s a n d t h e e f f e c t o f t h e i r s u b s t i t u e n t s.T h e a s s e m b l y s h o w s d i s t i n c t C D s i g n a l sb a s e do n t h e c h a n g e o f t h e p o l y m e r s t r u c t u r e a n d t h e a g g r e g a t i o no f c h i r a lm o l e c u l e s.O n t h e b a s i s o f m o l e c u l a r s i m u l a t i o n,t h e s t a b i l i t y o f t h eh y d r o g e nb o n da s s o c i a t i o n i nc o-a s s e m b l e ds y s t e m w a sa n a l y z e d, a n d t h e e f f e c t o f c h i r a l a d d i t i v e s o n t h eh e l i c a l s e l f-a s s e m b l y o f b l o c kc o p o l y m e rw a s e x p l a i n e d.K e y w o r d s:b l o c kc o p o l y m e r;h e l i x;c h i r a l i t y;m o l e c u l a r s i m u l a t i o n(上接第58页㊂c o n t i n u e d f r o m p.58)D e s i g no fH e a t-R e s i s t a n t P o l y i m i d e sw i t hG o o dP r o c e s s a b i l i t yb y aM a t e r i a l sG e n o m eA p p r o ac hS o n g q i Z h a n g,J u n l i Z h u,L i q u a n W a n g,J i a p i n g L i n(S h a n g h a iK e y L a b o r a t o r y o f A d v a n c e dP o l y m e r i cM a t e r i a l s,S c h o o l o f M a t e r i a l sS c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g,E a s tC h i n aU n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,S h a n g h a i200237,C h i n a)A B S T R A C T:T h e r e a r e i m p l a c a b l e c o n t r a d i c t i o n s i n t h e r e q u i r e m e n t so fm o d e r n i n d u s t r y f o rn e w p o l y i m i d e s (P I),s u c ha s t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e nh e a t r e s i s t a n c e a n d p r o c e s s i n gp r o p e r t y.T h ee x p e r i m e n t a l t r i a l-a n d-e r r o rm e t h o d i sn o t a ne f f i c i e n t s t r a t e g y f o r d i s c o v e r i n g n e wP I sw i t h c o n t r a d i c t o r yp e r f o r m a n c e.At w o-s t e p s t r a t e g y b a s e do n t h em a t e r i a l s g e n o m e a p p r o a c h t o f a c i l i t a t e t h e d e s i g no f n e wh e a t-r e s i s t a n tP I sw i t h g o o d p r o c e s s a b i l i t y w a s d e v e l o p e d.A t t h e f i r s t s t e p,t e nk i n d so f f l e x i b l eu n i t s a n d t w ok i n d so f r i g i du n i t sw e r e s c r e e n e db a s e do nah e a t-r e s i s t a n t f e a t u r e o f b o n dd i s s o c i a t i o ne n e r g y o r b o n do r d e r a n d a p r o c e s s i n g f e a t u r e o f r e l a x a t i o n t i m e o r z e r o s h e a r v i s c o s i t y.A t t h e s e c o n d s t e p,t h em a i nc h a i no f p o l y i m i d e s a n de n d-c a p p i n g a g e n t sc o m p r i s i n g t h ec a n d i d a t e u n i t s w a ss c r e e n e d b y u s i n g50%t h e r m a ld e c o m p o s i n g t e m p e r a t u r e, L UMO-HOMO,a n d z e r o s h e a r v i s c o s i t y a sk e y f e a t u r e s.T h e p r e s e n tw o r k p r o v i d e s an e w m e t h o d f o r t h e r a p i dd e s i g na n d s c r e e n i n g o f p o l y m e r i cm a t e r i a l sw i t h i n c o m p a t i b l e p e r f o r m a n c e.K e y w o r d s:p o l y i m i d e;m a t e r i a l s g e n o m e a p p r o a c h;h e a t r e s i s t a n c e;p r o c e s s a b i l i t y;s i m u l a t i o n。

分子连接性指数(~mJ)与有机物毒性的相关性

分子连接性指数(~mJ)与有机物毒性的相关性

分子连接性指数(~mJ)与有机物毒性的相关性
堵锡华
【期刊名称】《环境化学》
【年(卷),期】2001(20)2
【摘要】定义原子特征值δi=(ni-1)·mi-hi,δi'=(ni-1)·mi+hi.由δi(δi')建构新的分子连接性指数mJ=∑(δi·δj·δk…)0.5,其中,0阶指数0JA=∑(δi)0.5,0JB=∑(δi')0.5l阶指数1JA=(δi,δj)0.5,1JB=∑(δi'·δj')0.5将这种新的连接性指数(mJ)用于有机化合物的定量结构-活性相关性研究,发现mJ与有机物的毒性有良好的线性关系,相关系数均在0.94以上.
【总页数】5页(P151-155)
【关键词】有机物;毒性;原子结构参数;分子连接性指数;定量结构;活性;相关
性;QSAR
【作者】堵锡华
【作者单位】徐州教育学院化学系
【正文语种】中文
【中图分类】R996
【相关文献】
1.乙酸氯酯类保留指数与分子连接性指数的相关性 [J], 汪玉静
2.烷烃分子蒸发含与分子连接性指数的相关性研究 [J], 任碧野;荀筱辉
3.酯类化合物保留指数与分子连接性指数相关性研究 [J], 汪玉静
4.分子连接性指数用于低沸点烷烃Kovats指数的相关性研究 [J], 郑明明;吴启勋因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

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分子连接性指数的种类ABC1. 陈艳,冯长君.部分有机污染物气相色谱保留指数的QSRR研究[J].计算机与应用化学,200724(10):1404~1408.理论与方法:距离调和指数T c的定义和计算:用隐氢图来表示化学结构,隐氢图中的顶点和边分别对应分子结构中的基团(或非氢原子)和化学键。

用距离矩阵D描述分子中基团的连接性,设隐氢图中有n个顶点,则距离矩阵D=[d ij]n×n,d ij为分子结构中基团i和基团j之间最短路径上的化学键数(也称拓扑距离)。

距离矩阵中每一行的矩阵元d ij之和以S i表示,由此构成S矩阵。

为了区分杂原子和多重键,对拓扑距离进行修正,用相对键长取代拓扑距离。

相对键长定义如下:规定C-C键的键长为1.0,以便和相邻碳原子间的拓扑距离为1一致,其它各类相邻顶点间的拓扑距离则定义为相应的键长与C-C键键长的相对值,例如:C-O键的相对键长为 1.43/l.54=0.9286;C=O键的相对键长为1.22/1.54=0.7922,依次类推。

以乙酸甲醋为例,其隐氢图及D矩阵和S矩阵为:定义S矩阵中矩阵元(S i)的调和平均数的平方根为距离调和指数,用T c表示。

即:5.01⎪⎪⎭⎫⎝⎛=∑-ic S NT式中“Σ”是对分子中每个原子求和,例如乙酸甲醋的T c 值为:5057.29546.6/12924.8/15066.5/15780.4/15780.7/155.0=⎪⎭⎫⎝⎛++++=c TD1. 堵锡华,陈艳,冯长君. 连接性指数与多氯化萘理化性质的相关研究[J]. 科中技人学学报(自然科学版),2006,36(11):124~128.理论与方法:考察文献所列75种多氯化萘(PCNs )分了的结构与其正辛醇/空气分配系数1gk OA 和过冷液体蒸汽压lg (p L / Pa )的变化规律,发现PCNs 的这些性质与氯原了数日及在环上的位置密切相关,为此,本文在文献方法基础上,提出一种新的原子点价值:()()()25.2/25.24---=ΦCi i iXX h式中:Φi 为第i 个非氢原了点价,X i 为该原了的电负性(Pauling 标度);X C 为碳原了的电负性值;h i 为与该原了直接连接的氢原了数。

式中的()()25.2/25.2--C i X X 是对杂原了与碳原了的电负性值首先进行校正,在减去2.25的基础上(通过反复试验基础上得出的最佳值),得到杂原了相对于碳原了的电负性值,这一相对值能反映出连接在碳原了上的杂原了的电了构象,也能蕴涵分了中原了的化学环境,对于萘环上连接的氯原了点价值,考虑到不同位置的氯原了对分了的贡献有所不同,因此对式进行修正:()()()()25.2/05.0125.24-+--=ΦCi i i i XN X h式中N i 表小蔡环上连接的各个氯原子的位置数。

根据式可以计算得到连接在1~ 8位的氯原子的ΦCl 值分别为:ΦCl1 = 12. 740,ΦCl2 = 13. 347,ΦCl3=13. 953,ΦCl4=14. 560,ΦCl5=15. 167,ΦCl6=15. 773,ΦCl7 = 16. 380,ΦCl8 = 16. 987。

EFGH I J KLOP5. 彭国文,肖方竹,聂长明.烷氧基氯硅烷类化合物气相色谱保留指数与结构关系研究[J]. 南华大学学报(自然科学版),2007,21(3):6~9.理论与方法:对于由n 个顶点构成的分子图,其距离矩阵是一个n ×n 对称矩阵,本文提出的一组拓扑指数来源于距离矩阵,定义为:()⎩⎨⎧==其他定点个边的顶点相距与0m i m d D ij其中n 为分子隐氢图中的原子数。

由于化合物的性质因成键原子的支化度不同而不同。

因此本文考虑到在距离矩阵D 中第一列增加各原子支化度参数B i ,B i 按下式定义:B i =Z i -h i +1式中Z i 表示与分子中原子i 的核外价电子数,h i 表示与原子i 相连的氢原子数。

考虑到烷氧基氯硅烷化合物类的中心原子Si 的特殊性,其支化度定义为B si =Z si -h i +3同时我们考虑用分子中原子i 的平衡电负性对分子图的顶点着色,在距离矩阵D 的第二列再增加各原子的平衡电负性的开方的倒数得:其中e i=5.0x,x i表示原子i的平衡电负性。

然后对Q m作如下处理:iM =Q m×/Qm其中/Q为Qm的转置矩阵,则新的拓扑指数NP m定义为:mNP m=ln(λi,m)其中λi,m为矩阵M的特征值之和。

由于随着原子边间距的增加,原子的相互作用越来越小,一般取m =1,2,3的一组拓扑指数NP1、NP2、NP3即能较好的表征分子的结构信息,因此式中m取1,2,3。

例如甲烷氧基三氯硅烷的隐氢图及增广矩阵为:可得到甲烷氧基三氯硅烷的NP1、NP2和NP3值分别为5.724 1,5.864 1,5.858 4。

我们用上述方法对烷氧基氯硅烷类化合物进行了计算。

QRS1. 舒元梯. 氯代苯生物活性的分子拓扑研究[J]. 达县师范高等专科学校学报,2006,16(5):46~49.()()98.31lg 125.0+--σ=δpi xi nhp (3)式(3)中,δi 为第i 原子的点价,x P 为i 原子的pauling 电负性值,h i 为i 原子直接键连的成σ键的氢原子数目,σi 为i 原子成σ键的电子数,n p 为i 原子在形成离域π键时所提供的P z 电子数,3.98为氟元素的Pauling 电负性。

例:对氯甲苯(4-氯甲苯)(P-ClC 6H 4CH 3)-CH3碳原子, =C<, -CH=碳原子, -Cl 原子的原点价分别为:δ(-CH 3)()()98.31lg 125.0+--σ=pi xnhp =2.55[4-30. 125-lgl] /3.98=1.8278δ(=C<)=2.55[3-0-lg2] /3.98=1.7292 δ(-CH=)=2.55[3-1-lg2] /3.98=1.0885 δ(-Cl)=3.16[1-0-lg3] /3.98=0.4151TW1.王克强,杜仲祥. 硅烷摩尔体积与其分子结构定量关系的拓扑化学研究[J]. 洛阳师范学院学报,2001,2:56~58.理论与方法:摩尔体积与分了结构密切相关,其不仅与分了中基团的种类和数目有关,而且还与分了中基团的连接性有关,为揭示摩尔体积与分了结构之间的定量关系,我们用图论方法对分了结构进行表征。

根据基团贡献法对基团划分方式,我们将硅烷基团分为8种:“CH 3-”、“-CH 2-”、“=CH -”、“=C=”、“SiH 3-”、“-SiH 2-”、“=SiH -”、“=Si=”,其中前4种为烷烃基团,后4种为硅烷基团。

分了中基团的连接性主要影响分了的形状,基团间的连接性不同,分了形状也就有差别。

根据文献的研究结果,距离矩阵D 能够反映丰富的分了结构信息,我们用距离矩阵D 表征分了中基团的连接性,用染色矩阵C 表征分了中基团的特性,用形状因了矩阵S 表征基团对分了形状的影响。

设烷烃或烯烃的分了图G 中有n 个顶点,则距离矩阵D=(d ij )n ×n ,则矩阵元d ij 表示分了图G 中顶点(基团)i 和顶点j 之间最短径上的边数;染色矩阵C=(c i )1×n ,矩阵元c i 是区别分了图G 中不同顶点的染色因了,对不同的顶点,我们用不同的染色因子加以区分;形状因子矩阵S=(s i )1×n ,矩阵元s i 是反映基团i 对分子形状的影响程度。

染色因子c 和形状因子用计算机优化得到(具体方法见下文)。

对于硅烷分了中的8种基团,本文采用的染色因了为:“CH 3-”,c = 3.1926、“-CH 2-”,c = 1.8029、“=CH -”,c = 0.4606、“=C=”,c=-0.9457;、“SiH 3-” ,c = 3.2699、“-SiH 2-” ,c = 1.9921、“=SiH -” c= 0. 9240、“=Si=”,c= ",为简化起见,我们根据化合物的类别,确定形状因子,以减少形状因子的数日,对于烷烃,本文取形状因了s= 1.0000;硅烷形状因子1. 8359。

通过对矩阵D 、C 和S 进行数学处理,可得到表征分子结构的拓扑指数ESD P E CD W 330==式中,矩阵E=(1 1 1…1)T ,D k (k=0,1,2,…, n )为D 的k 阶矩阵,可通过算符δk 作用于矩阵D 得到,具体方法见文献。

既然分子结构可用拓扑指数W 和P 3表征,那么摩尔体积V m 必然为W 和P 3的函数,注意到摩尔体积V m 具有加和性,我们将摩尔体积V m 分解为基团的贡献和结构影响两部分,即:V m = f (W ,P 3)= f (W )+ f (P3)式中第一项是在忽略分子结构影响条件下基团对摩尔体积的贡献;第二项是结构对摩尔体积的影响。

在系统分析实验数据的基础上,我们发现摩尔体积随着W 的增大而增大,随着P 3的增大而减小。

X1. 谢爱理,余训民. 关于氯代苯在盐水溶液中的活度系数的研究[J]. 上饶师范学院学报,2000,20(6):44~47 (4)式(4)中*M n 为盐中阳离子的最高有效主量子数,n X 为盐中阴离子的最高主量子数,R MX 为相联结的阴阳离子的有效离子半径之和,单位为纳米,V M 和V X分别是M 和X 的价电子数。

用式(4)计算复杂阴离子盐时,n X 和V X 取阴离子中各原子的平均值,例如计算K 2SO 4的Y M 值时,对于-24SO 离子,方法为: n X =(n s +4n o )/(1+4)=(3+4×2)/5=2.2 V X =(Vs+4V o)/(1+4)=(6+4×6)/5=6所以K 2SO 4的Y M 值为:Y M =(2×3.3227)/(2.2×(0.133+0.149)×6=4.3730Y1. 余训爽,余训民.. 氯代芳烃化合物水溶解性和分配系数的QSAR 研究[J]. 科技通报,2006,22(1):4~9.())1()(2+⨯∑+-=i j i i i i Yi L n L L h Z m iδ (1)式(1)中n i 、m i 、L i 、Z i 分别为分子隐氢结构图中顶点原子i 的最高主量子数、成键的电子数、杂化方式和价电子数,h i 为与i 原子直接连接的氢原子数,L j 为与原子i 成键的相邻原子j 的杂化方式。

L i 或L j 的取值通过逼近法求得,对于sp 3杂化:则L i =h i +1,L j =4(3- h i )/N j ;对于sp 2杂化:L i =Z i + h i ,L j =4(Z i - h i )/ N j ;对于sp 杂化:L i =Z i + h i ,L j =4(Z i -2 h i )/ N j ,N j 为顶点j 原子在元素周期表中所处的族数。

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