Применение топологических индексов
Топологические индексы используются в компьютерной химиидля решения широкого круга общих и специальных задач. К этим задачам относятся:
поиск веществ с заранее заданными свойствами (поиск зависимостей типа «структура-свойство», «структура-фармакологическая активность»),
первичная фильтрация структурной информации для бесповторной генерации молекулярных графов заданного типа,
предварительное сравнение молекулярных графов при их тестировании на изоморфизм.
Топологический индекс зависит только от структуры молекулы, но не от ее состава, поэтому молекулы одинаковой структуры (на уровне структурных формул), но разного состава, например,фуранитиофенбудут иметь равные индексы. Для преодоления этого затруднения был предложен ряд индексов, например, индексыэлектроотрицательности[6-8].
Наиболее перспективные применения топологических индексов связаны с разработкой лекарственных препаратов и других биологически активных веществ. Разработка каждого нового лекарства занимает не менее 10 лет, требует вложения более 100 млн. долларов и проведения десятков тысяч испытаний для веществ-кандидатов[11].
Использование топологических индексов для характеристики биологической активности препаратов позволяет значительно сэкономить время и средства, отбросив большое число веществ, которые по результатам расчета индексов заведомо не обладают требуемыми свойствами.
Для подобных исследований в научной литературе сформировалась устойчивая аббревиатура – QSAR (Quantitative structure-activity relationships), по-русски – КССА (количественные соотношения структура-активность). Фундаментальной научной ценностью эти исследования не обладают, так как их результаты не имеют глубокого физико-химического обоснования, а носят, в значительной степени, статистический характер. И все же, их достоинство в том, что они количественно отражают одну из основных идей химии: «Структура определяет свойства»[9].
Заключение
Развитие системного анализа и обработки химической информации привело к возможности оценки токсических эффектов химических соединений на основе исследования их структурных формул, собранных в базу данных. Предварительный вычислительный эксперимент по компьютерной оценке вредных свойств исследуемых соединений с использованием химической информации, в частности, по оценке канцерогенной опасности (КО), позволяет снизить непроизводительные затраты и свести к минимуму возможность использования экологически опасных веществ.
В этой работе было рассмотрено несколько примеров, показывающих, как математика используется в химии. Они дают определенное, хотя, конечно, неполное представление о задачах, решаемых химиками с помощью математики, и ограничениях, которые химия накладывает на применяемую в ней математику. Топологические индексы (структурные дескрипторы) включают информацию о размере и форме молекулы, о соединении атомов и структурных групп в ней и их взаимном расположении. Кроме того, с их помощью можно учитывать особенности электронного и пространственного строения молекул, выбирая соответствующим образом веса вершин и ребер молекулярного графа.
Список литературы
1. Химические приложения топологии и теории графов / Под ред.Р. Кинга. М.: Мир, 1987. 560 с.
2. Химия и жизнь-XXI век, 1997, № 2, с. 541.
3. В.В.Еремин, Н.Е.Кузьменко, А.А.Дроздов, В.И.Теренин, В.В.Лунин. Химия. 10 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений. – М.: Дрофа, 2008.4. Y.He, T.Ye, M.Su, C.Zhang, A.Ribbe, W.Jiang, C.Mao. Nature, 2008, v. 452, p. 198.
5. SeyboldP.G., May M., Bagal U.A. Molecular structure —property relationships// J. Chem. Educ. 1987. V. 64. P. 575–581.
6. D. Ajami, O. Oeckler, A. Simon, R. Herges. Nature, 2003, v. 426, p. 819.7. M.Stepien, L.Latos-Grazynski, N. Sprutta, P.Chwalisz, L. Szterenberg. Angew. Chem. Int. Edn, 2007, v. 46, p. 7869 (сообщение об этом открытии – Nature, 2007, v. 450, p. 406.)
8. Galvez J., Garcia—DomenechR., Gregorio—Alapont C. Indices of differences of path lengths: novel topological descriptors derived from electronic interferences in graphs // J. Comput. — Aided Molecular Design. 2000. No. 14. P. 679–687.
9. СтанкевичМ.И., СтанкевичИ.В., ЗефировН.С. Топологические индексы в органической химии // Успехи химии. 1988. Т. 57. №3. С. 337–366.
10. K.Soai, T.Shibata, H.Morioka, K.Choji. Nature, 1995, v. 378, p. 767.11. Химические приложения топологии и теории графов. – М.: Мир, 1987.В.В.Еремин
Размещено на Allbest.ru