Настоящая работа является продолжением проводимых авторами исследований в области компьютерного прогнозирования экологических свойств химических соединений [2,3] и посвящена в дальнейшем, разработке методологии моделирования зависимости «структура-класс опасности вещества» для разработки методики предварительной экологической экспертизы виртуальных и малоизученных органических соединений. Это тем более важно, что в настоящее время известно более 19 млн. реальных химических соединений, еще больше сосредоточено в банках данных виртуальных структур, из которых 60-80 тыс. производится в промышленном масштабе и из них прошли предусмотренную законодательством экологическую экспертизу не более полутора тысяч. Например, понятием класс опасности охвачено всего 1015 веществ [4]. То есть пространство для экологической экспертизы веществ и структур сегодня практически неисчерпаемо. С точки зрения методологии прогнозирования свойства, рассматриваемый подход представляет собой неформализованную химическую задачу установления зависимости «структура - свойство». При этом в равной степени важны решения как прямой, так и обратной задачи (рис.1).
Рис.1. Задачи и подходы к решению в проблеме установления взаимосвязей
Рис.2. Маршрут прогнозирования экологических свойств соединений
Для численного описания структуры конкретного химического соединения в моделях предложено использовать так называемые дескрипторы химической структуры [5]. В принципе дескриптором может является как число, рассчитываемое из структурной формулы - молекулярная масса, количество определенных атомов, частичные заряды на атомах и т.д., так и фрагмент структуры. К настоящему времени описана теория построения и использования множества дескрипторов. При этом дальнейшее углубление представлений о молекулярной структуре дает возможность создавать новые дескрипторы и модели, отражающие эти представления.
Как подготовительная процедура для моделирования и предметного использования зависимости «структура - свойство» - это в данном случае расчетный класс опасности, осуществлялось формирование описания химических соединений с помощью дескрипторов разного уровня информативности, иерархический комплекс которых представлен в табл. 1.
Таблица 1. Иерархия дескрипторов, используемые для описания химической структуры
|
Класс дескрипторов |
Типы дескрипторов |
|
Дескрипторы элементного уровня |
1.Число атомов одного сорта 2.Атомные веса фрагментов структуры |
|
Дескрипторы структурной формулы |
1.Топологические индексы 2.Структурные фрагменты |
|
Дескрипторы электронного уровня |
1.Частичные заряды на атомах 2.Молекулярные рефракция 3.Энергиивысшей занятой и низшей незанятой орбиталей |
|
Дескрипторы межмолекулярной взаимодействий |
1.Константы Гамета 2.Индукции постоянная 3.Стерические константы |
В качестве дескрипторов структурной формулы использовались следующие топологические индексы: индекс Балабана, индекс Винера, молекулярно - топологический индекс Шульца, топологический диаметр, коэффициент нормы и др.
Таким образом, нами подготовлены теоретические предпосылки для создания конкретной компьютеризированной методики прогнозирования класса опасности органических веществ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
- Экспертные системы в химической технологии. Основы теории, опыт разработки и применения / Мешалкин В.П. - М.: Химия, 1995.-368 с.
- Определение расчетного индекса экологической опасности веществ методами нечеткой математики/Гермашев И.В., Дербишер Е.В., Веденина Н.В., Дербишер В.Е.//Химическая промышленность сегодня.-2003.-№11.-С. 27-34.
- Априорное ранжирование факторов при расчете индекса экологической опасности веществ с использованием нечетких множеств / Е.В. Дербишер, П.И. Погорелов, И.В. Гермашев, В.Е. Дербишер //Химическая промышленность сегодня.-2006.-№8.- C.48-56.
- Новый справочник химика и технолога. //Радиоактивные вещества. Вредные вещества. Гигиенические нормативы. НПО «Профессионал» С.-П. - 2004с. - 1024 с.
- Оценка и использование дескрипторов ВСИТ в исследованиях QSAR и QSPR // Химия: РЖ.-1999. - №20.-№ 20Б1117. - Реф.: Estimation and use of descriptors VSIT in researches QSAR and QSPR / Stanton David T. // Chem. Inf. And Comput. Sci. -1999.-39, №1.-c.11-20.