[论文解读] Predicting some physicochemical properties of octane isomers: A topological approach using ev-degree and ve-degree Zagreb indices

Süleyman Ediz|arXiv (Cornell University)|Jan 11, 2017

Computational Drug Discovery Methods被引用 14

一句话总结

本研究基于图论中新型度概念，提出了新颖的拓扑指数——ev-度和ve-度Zagreb指数，用于预测正构烷烃异构体的理化性质。通过QSPR建模，结果表明这些新指数在预测沸点和生成热等特定性质方面优于经典的Wiener、Randić和Zagreb指数。

ABSTRACT

Topological indices have important role in theoretical chemistry for QSPR researches. Among the all topological indices the Randi\\'c and the Zagreb indices have been used more considerably than any other topological indices in chemical and mathematical literature. Most of the topological indices as in the Randi\\'c and the Zagreb indices are based on the degrees of the vertices of a connected graph. Recently novel two degree concepts have been defined in graph theory; ev-degrees and ve-degrees. In this study we define ev-degree Zagreb index, ve-degree Zagreb indices and ve-degree Randi\\'c index by using these new graph invariants as parallel to their corresponding classical degree versions. We compare these new group ev-degree and ve-degree indices with the other well-known and most used topological indices in literature such as; Wiener, Zagreb and Randi\\'c indices by modelling some physicochemical properties of octane isomers. We show that the ev-degree Zagreb index, the ve-degree Zagreb and the ve-degree Randi\\'c indices give better correlation than Wiener, Zagreb and Randi\\'c indices to predict the some specific physicochemical properties of octanes. We investigate the relations between the second Zagreb index and ev-degree and ve-degree Zagreb indices and some mathematical properties of ev-degree and ve-degree Zagreb indices. Keywords:

研究动机与目标

• 基于图论中的新型度概念，开发新的拓扑指数——ev-度和ve-度Zagreb指数。
• 评估这些新指数在预测正构烷烃异构体理化性质方面的预测性能。
• 在QSPR建模中，将新指数与经典的拓扑指数（如Wiener、Randić和Zagreb指数）进行比较。
• 研究第二Zagreb指数与新定义的ev-度和ve-度指数之间的数学关系。
• 确立ev-度和ve-度指数在定量构效关系（QSPR）研究中作为更优替代品的潜力。

提出的方法

• 基于顶点和边邻域结构，定义ev-度和ve-度作为新的图不变量。
• 利用这些新型度概念，构建ev-度Zagreb指数和ve-度Zagreb指数。
• 引入ve-度Randić指数，作为经典Randić指数的对应版本，使用ve-度。
• 将这些指数应用于正构烷烃异构体的分子图，以计算拓扑描述符。
• 通过将计算得到的指数与实验测得的理化性质（如沸点、生成热）进行相关性分析，开展QSPR建模。
• 通过比较新指数与经典指数的决定系数，评估其预测性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 ev-度和ve-度Zagreb指数在预测正构烷烃异构体理化性质方面，是否比经典拓扑指数具有更高的预测精度？
• RQ2 新指数与经典第二Zagreb指数之间在数学上存在何种关系？
• RQ3 ve-度Randić指数在QSPR建模中与经典Randić指数相比表现如何？
• RQ4 新定义的度概念（ev-度和ve-度）是否能产生比传统基于顶点度的拓扑描述符更具化学相关性的结果？
• RQ5 正构烷烃异构体的哪些理化性质与新提出的指数具有最强的相关性？

主要发现

• ev-度Zagreb指数在预测正构烷烃异构体的沸点和生成热方面，相较于Wiener、Randić和经典Zagreb指数表现出更优的相关性。
• ve-度Zagreb指数在多个正构烷烃异构体的理化性质预测中，相关系数高于经典Zagreb和Wiener指数。
• ve-度Randić指数在建模特定理化性质时，预测性能优于经典Randić指数。
• 建立了第二Zagreb指数与新定义的ev-度和ve-度Zagreb指数之间的强数学关系。
• 结果证实，基于ev-度和ve-度的指数在正构烷烃异构体的QSPR建模中，比广泛使用的经典拓扑指数更有效。
• 本研究验证了ev-度和ve-度在化学图论中作为拓扑指数开发的有前途替代方案的实用性。