Математическая модель структурной химии Дугунджи-Уги

.

В рамках этой модели каждая химическая реакция рассматривается как изомеризация ансамблей атомов – ансамбля реагентов в ансамбль продуктов. Например, реакция (1)

(1)

катализируется катализатором М. Тогда исходный ансамбль (ЕМисх) есть {M, HCl, C2H2}, а конечный ансамбль (ЕМкон) – {M, CH2=CHCl}. Число атомов каждого сорта в процессе изомеризации ансамбля не меняется (SN = const). Атомы, входящие в ансамбль А = <M,H,Cl,C,C,H,H>. Отыскание механизма суть отыскание последовательности изомеризации ансамблей.

ЕМисх ® ЕМ1 ® ЕМ2 ® ЕМкон

Каждый ансамбль атомов представляется специальной be-матрицой (bond-electron), а переход исходного ансамбля В

в конечный ансамбль Е

в каждой реакции осуществляется с помощью реакционной R

-матрицы

B

+ R

= E

(2)

Например, для реакции

(3)

матрицы В, Е и R являются квадратными матрицами, недиагональные элементы которых bij равны числу связей атома i и атома j, а диагональные элементы bij (i = j) равны числу валентных электронов на атоме i в соответствующем соединении. R= E

– B

.

Для генерации гипотез этим методом используют набор стандартных R

матриц, и каждую матрицу применяют к каждому последующему ансамблю или находят все возможные R

-матрицы, удовлетворяющие заданным ограничениям и с ними генерируют все изомерные матрицы.

Компьютерные программы MeChem и ChemNet

Программа MeChem генерирует из исходных веществ интермедиаты при большом объеме заданных ограничений и правил до тех пор, пока не получатся продукты и итоговые уравнения каталитической реакции. Программа генерирует простейшие механизмы реакций. Программа ChemNet использует банк обобщенных трансформаций, т.е. ЭС, записанных в общем виде. В зависимости от поставленной задачи трансформации могут быть записаны с различной степенью обобщения. Например, ЭС (4)

(4)

можно записать в виде трансформации

(5)

и тогда этой трансформации будут подвергаться все интермедиаты со связью M-O. Программа узнает в каждом интермедиате фрагмент, который может участвовать в той или иной трансформации:

Трансформации отбираются исследователем для генерации механизмов (РС) изучаемой реакции. Размерность РС зависит от числа выбранных трансформаций и от степени обобщения, заложенной при выборе трансформации (Приложение к разделу 4).

Программа ChemComb

.