分子连接性指数的种类
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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。
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。
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。
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。
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。
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。