基于因子分析法的烯烃气态标准生成焓预测

第25卷第6期德州学院学报Vol, 25,No.62009年12月Journal of Dezhou UniversityDec. ,2009基于因子分析法的烯烃气态标准生成焓预测刘新华(德州学院化学系，山东德州253023)摘要:通过对烯烃分子结构及其气态标准生成烨实测数据的分析,建立了结构信息指数P,(i=1,2,3.4),X.Y。(i=1,2;j=2.3...n-1),并计算了50种烯烃的信息指数.在此基础上利用SPSS软件对信息指标进行因子分析,计算出因子得分,将因子当作自变量给出多元回归方程,并对50种烯烃的气态标准生成焓进行预测,结果令人满意.关键词:因子分析;烯烃;多元线性回归中图分类号: 0641文献标识码: A文章编号: 1004 - 9444(2009)06 - 0026 - 05坐标系下画点描图，从图像可以看出,直链烯烃的气0引言态标准生成焰数据图像基本是直线y=ax+b与曲线y=ael"叠加而成的,再结合对实验数据的分析，结构性能关系的研究,一直是化学中一个十分笔者认为烯烃的气态标准生成焓(一OiH_)是由烯活跃的研究领域.多年来,国内外许多研究者作了大烃的碳原子个数n、结构参数P1=双键位置号,P2量的研究工作,发展了许多根据分子结构预测化合= EXP(-4.57n), Ps=单m基到双键距离加m物性能的方法.这些方法大致可分为原子贡献法.基基到中心距离,P=双甲基mm到双键距加双基到团贡献法和化学键贡献法三大类,单独应用这些方右端距,以及第i号碳上的单甲基(指该碳上只有一法计算的结果,往往使计算精度较差|-4;本文在对个甲基)信息Xn(i = 2,3,..n-1)、第j号碳上的.烯烃气态标准生成焓的预测中，借鉴前人预测方法双甲基(指该碳上联有两个甲基)信息Xx(j = 2,3,的思路,将这些方法综合运用,在引进信息指数时，",n- -1).第i号碳上的单乙基信息Yu(i = 3,4,既考虑到了化合物的原子贡献因素,又考虑到了化.,n一2)以及第j号碳上的双乙基信息Yz(j = 3,学键贡献和基团贡献两个因素,因而具有原子贡献4.n-2))所决定的.其中X,Yg的取值如下定义法、基团贡献法和化学键贡献法的优点,同时将因子(1当第j号碳上接有单(双)甲基时0其他分析这一-先进的数据分析方法用在了烯烃气态标准1当第j号碳上接有单(双)乙基时生成焓的预测上,大大提高了预测精度.例如:233mmm-1-丁烯,其隐氢图为1基本思路与信息指标的采集首先将直链烯烃的碳原子个数看作自变量,烯烃的气态标准生成焓试验数据当作因变量,在直角收稿日期: 2009-09 -22作者简介:刘新华(1956-).女,山东德州人,教授,主要从事结构与物性关系方面的研究.第6期刘新华:基于因子分析法的烯烃气态标准生成焓预测27其指标信息为:n=7,,P1=1,P:=0,P.=0+取 50种烯烃作为样本并计算了它们的指标信息值，0.5=0.5,P.=2, Xz=1,Xx=1其它为0.本文共见表1 (因数据较多,仅列出前10项).表1部分烯烃化合物的僧息指标取值compoundPP2PsP。XIz Xns XI XIis Xzs Xzu YI2_ YI3乙烯.0033555丙烯. 0000611-丁烯.0000010.02一丁烯(反)2m-丙烯. 00000101-戊烯.0000002-戊烯(反). 00000002m-1-丁烯3m-1-丁烯11一己烯.00000002计算因子得分对表1中的数据运用SPSS15. 0软件进行因子分析,选取13个因子,各因子得分情况见下表表2因子得分情况表NO compoundFACI FAC2 FAC3FAC4 FAC5 .FAC6 FAC7 FAC8 FAC9 FACI0 FACIIFAC12 FAC131乙爛-.1985 -.2774 -.1320 -.1076 -.2506 -.2645 -.2976 6. 8556 -.1702 -.1068 -.7744 - .0018. 00462丙烯-.4674 -.5653 -.2695 -.2811 -.6166 -.7446 -. 8923 -.3838 -.5011 -.3321 -1.7576 -.2010 -.355931-丁螈-.4545 -.5525- -.2648 - -.2732 -.5969 -.7161-.8574 -.4774 -.4849 -.3220 -1.5058 - .1952 -.337342-T烯(反)-.2527 -.6235 -.4537 -.1168 -.4546 -.3203 1.9912 -.2516 -.2383 -.1685 -.9845 1.1644 .38885 2m-丙烯-5382 -.6255 -.1506 -.1339 -.6635 2.2020 -.4368 -.2838 -.236861一戊燔-.4364 - .5341 一.2575 一.2619 - .5701 - - .6783 -.8110 -.4403- -.4624 - .3075 . -1.2314 -.1856 -.31177 2-戊爝(反)- .2347 -.6051 -.4464 -.1056 -.4278 -.2824 2.0376 -.2144 -.2158 -.1541 -.7101 1.1740 .413882m-1-T烯9 3m-1-T烯-.2319 -.2513 -.1506 -.1317 2.2359 -.7696 -.6479 -.2611 -.5568 -.1800 -.8520 1.0170 -. 2596101一己烯-.4183 -.5156 -.2501 -.2506 -.5433 -.6403 -.7644 -. 4007 - .4397 -. 2930-.9566 -.1760 -. 285911 2-已燥(晒)-.2165 一.5867 -.4390 -.0943 -.4009 -.2445 2.0843 -.1748 -.1931 -.1395 -.4353 1.1837 . 43912 2m-1一成烯-.4788 -.3205 -.1211 -.0974 -.6243 2.2611 -.3370 -.1872 -.1731 - .1466 -.4686 .5731 .316013 3m-1-戊燔14 3m-2-戊媚(顺) -.0468 -.7060 - .3543 .0150 2.4267 -.3106 2.2372 -.0254- .3151 -.0341 -.1120 -2.7688 .329815 4m-2-戊婦(贖) -.0404 2.3788 -.2940 -.2079 -.5208 -.3293 2.0104 -.0147 -.0149 -.0200 -.1325 -1.0588 .313216 4m-1-戊烯-.2190 2.7180 - .0903 -.3503 -.6776 - .7419-.8315 - .2207 - .2431 -.1587 -.6164 1.0182 -.30441723mm-1-丁烯-.2859 一.1718 -.0216 .0258 2.1890 2.1782 -.1773 -.0179 -.2767 -.0264 -. 1078.0574 .31411833mm-1-丁爝.. 3.7421 -. 2487 -. 39952852 -2.664519 2e-1-丁烯一.2455 - .3013 -.1539 -.1326- .7368- .2402 - .3417 -.1871 3.8935- .1412 - .5233 - . 4074 -. 036120 1-庚嫣-.4001 -.4971 -.2428 -.2393 -.5164 -.6023 -.7177 -.3610 -.4171 -.2785 -.6818 -.1663 -.2602212m-1- 已烯- .4491 - .1680 -.1063 - .0791 - - .6046 2.2907 - . 2870 -.1377 - .1413 -.1247 -.1750 2. 3011 ●395722 3m-1-己烯-.1956-.2143-.1359-.10912.2897-.6936--.5546-.1818-.5114-.1509-.30231.0363--.208228德州学院学报第25卷续表NO compoundFAC1 FAC2 FAC3 FAC1 FAC'5 FAC6 FAC7 FAC8 FAC9 FAC10 FACII FACI2 FAC1323 4m-1-已蛹.-.2124 2.6024 -.0903 - .3460 -.6435 - .6955 -.7882 -.1909 -.2297 -.1515 -.3603 -.6905 - . 3327215m-1-已烯-.142.2491 - .1007 6.9027 -.2826 -.2923 -.2428 -.0813 -.1349 -.0763 -.1503 -.0450 -.0010 .25 23mm-1-戊烯-.2678 -.1533 -.0142 .0371 2.2159 2.2162 -. 1307.0217 -.2540 -.0119 .1670 . 0670. 339826 24mm-1-戊孀-.2614 2.9315 .0462 -.1858 -.7317 2.1974 -.3575 .0324 .0461.0023 .1464 1.7770 .323227 33mm-1- 戊晞4.1799 -.1893 - .2396 - .1063 - .1331- .7271 -.3166 - .1095 -.1667 -.0954- . 1880.3961 4.068428 34mm-1-戊烯-. 0079 2.8852 .0166 - .2158 2.1626 - .7868 - .6251- .0118 - .3240- .0240 .0191.5121 -.280629 44mm-1-戊烯.2281 -.1724 4.9836 -.1381 -.2233 -.3962 -.9964 -.1668 -.2124 -.1309 -.3424 - -.6291 2.876830 44mm-2- 虎烯.0102-.2843 4.6421.0018 -.1271 .0005 1.8214 .02806293 -3. 104831 2e-1-戊孀-. 2273- .2828 -.1466 -.1213 - .7099 - .2022 -.2951 -.1475 3.9161 -.1266 - .2485 - .3978 - .010332 3e-1-戍烯-.1819 -.2561 -.1237 -.0992 -.2265 -.2341 -.2626 -.1101 -.1541 6.9025 -.2003 -. 0054 -. 001633 3m2e-1-丁媚-。022。0000 -. 0397.13203. 8218.009. 131, 8048 . 041734 233mnm-1-T燭3.6881 -. 1692 -. 2705.0234 -.2530 2.1835 .0766 .0630 .0593 . 0208 .2219 -.6744 - 2. 090835 2-庚烯-.1984 -.5682 -.4317 - .0830 - .3741 -.2064 2.1309 - . 1352 - . 1705- . 1250363- 庚烯-.1984 -.5682 -.4317 -.0830- .3741- .2064 2.1309- .1352 -.1705- .1250- .1605 1.1933 .465337 4m-2-已烯-.0338 2.2633 -.2940 - .2036 -.4867 -.2829 2.0536 .0151 - .0015 -.0128 .1236 -2.7675 .2850381-辛烯-.3820 -.4786 -.2354 -.2280 - .4895 -.5643 -.6711 - -.3214 -.3944 -.2639 -.4070 -.1566 - .234439 1-壬烯- .3638 -.4601 -.2280 -.2167 -.4626 -.5263 -.6245 一.2818 -.3718 -.2494 -.1322 -.1470 -.208740 1-葵蟠-.3457 -.4416 -.2207 -.2054 -.4357 -.4883 -.5778 -.2421 -.3491-.2349 . 1427 -.1373 -.183041 1-+-碳垢.3275 一.4232 -.2133 一.1941 -。4088 一。4503- .5312 - .2025 - .3265 - .2204 .4175 -.1277 -. 1:57242 1-+二碳烯-.3093 -.4047 -.2059 -.1828 -.3819 -.4123 -.1846 -.1628 -.3038 - .2058.6923 -.1180 -. 131543 1-+三碳烯-.291441- +四磯烯-.2730 -.3677 -.1912 -.1602 -.3281 一.3363 -.3913 -.0836 -.2585 -.1768 1.2419 -. 0987 -.080045 1-十五碳烯一.2549 -.3492 -. 1838 -.1489 -.3013 一 .2983 - .3447 -.0439 - .2358 - .16221.5167 - .0891 - . 054346 1-+六碱烯-.236- .3307 - -.1764 -.1376 - . .2744 -。2603-.2981-.0043 -.2132 -.14771.7915 -.0794 -.028547 1-+七碳媚-.2186 - .3122 -.1691 -.1263 -.2475 -.2223 -.2514 .0353 -.1905 -.1332 2.0664 -.0697 -.002848 1-+八碱烯. 023049 1-十九碳燔-.1823 -.2753 -.1543 一.1037 -.1937 一.163 -.1582 .1146 -.1452 -.1041 2.6160 -. 0504. 048750 1-= +碳烯.-.1641 -. 2568 -.1470 -.0924 -. 1668一. 1083 -.1115 . 1542 -.1225 -. 08962. 8908 - . 0408. 0745(n= 50,R= 0.9999,F= 5208.920)其中f,(i=3回归结果与讨论1,2.-. ,13)的取值来源于表2.运用上述回归方程对50种烯烃的气态标准生将表2中所列各因子作为自变量,一OlHm作成焓-OHm进行计算,从计算结果和复相关系数为因变量,借助软件SPSS15.0,使用多元线性回归R.F检验值来看气态标准生成焓-O1Hm与主因子方法,运用表2所列各因子数据和表3中的一△，{具有显著 的线性关系.本文预测值最大绝对误差Hm的实验值,进行多元回归分析,得以下回归方程为5. 9562,最大相对误差为2. 28251,绝对误差总和-△rHm=-3.867 f-6.525 f2-1.345 fs一为 63. 329,而文献[1]预测值最大绝对误差为11,最2.767 f,-6.637 fs-5. 547 f。-9.372大相对误差为22,绝对误差总和为126.9. 与文献f,一13.405 fg-2.973f,- 3.092 fo+[1]相比,预测精度有了较大提高. (预测值及对比情81.077 f-0.277 f12+ 1.462 fs +况见表3)91. 572第6期刘新华:基于因子分析法的烯烃气态标准生成焓预测29衰3爛烃的气态标准生成焓的预测结果及误差本文误差文献[1]误差本文相对文献[1]相对序号化合物实测值本文计算值文献[1]计算 值(实测值-计算值) (实测值 -计算值)误差乙-53.3-53. 2966- 46.60-.0034-6. 70.00063. 12570丙烯-20.4- 20. 5089- 18. 20.1089一2.20-.005339.107841-丁烯.32832.30-.2283,-2.20.-2.28251 - 22.00002-T嬌(反)11.28. 70854.002. 4915.20.22458.642862m-丙烯16.915. 167214. 301. 73282. 60.102533.153856 1-戊烯20.920. 946522. 80-.0465-1.90 .-. 02226- .090912-戊烯(反)31.729. 32672. 37337. 10.074866.223972m- -1-丁烯36. 235. 835835. 20. 36421.0. 010060.027623m-1-丁烯28.926. 152625. 902.74743.0.095064.1038110 1-已烯41.741. 560843.20.1392- 1.50.03338-. 03597112- 己烯(顺)52.349. 941045. 102. 3590 .7. 20.045105.1376712 2m-1-戊烯56. 5005- 4.2005-3.30-. 080315-.063103m-1-戊烯45.046. 7166 .46. 40- 1. 7166-1.40-. 038146一.0311114 3m-2-戊烯(顺)57. 754. 996159. 102.7039-1. 40.. 046862-.0242615 4m-2-戊烯(顺)50. 353. 927848. 10- 3.62782. 20-. 072122. 0437416 4m-1-戊烯44.145. 648246. 20-1.5482-2.10-.035108-.0476217 23mm-1-丁烯55.761. 656258. 90- 5.9562-3.20.-. 106934-.0574518 33mm-1-丁婼43.146. 0993- 2.9993-1.00-. 069589- .2552219 2e-1-丁烯51.553. 488555. 90- 1. 9885一4.40- .038612- .08544201-庚烯62. 362. 175063. 70。 1250. 002006-. 0224721 2m-1-已烯77.477. 165071.10.23506..003036.0814022 3m- 1-己烯67. 381166. 90- . 481100-. 007191.0000234m-1-己烯 .66.966. 212166. 80. 687910.010283.00149245m-1-已烯66. 966. 900066. 5040.000000.005982523mm-1- 戊烯81.682. 270479. 50一.67042.1- .008216.0257426 24mm-1-戊烯84. 881. 202178. 903. 59795. 9C.042428●0695827 33mm-1-戊烯76. 177. 997975. 00- 1. 89791. 10-. 024940.014452834mm-1-戊烯73.671. 418270.002. 1818 .3.60..029644 .。048912944mm-1- 戊烯80. 378. 402174. 101. 89796. 20.023635.077213044mm-2- 戊烯73. 675. 497976. 30-1. 8979-2. 70一.025787-.03668312e-1- 戊烯74.974. 102776. 40.7973一1.50. 010645-.02003323e-1-戊烯64. 000067. 00. 0000-3.00-.046883m2e-1-丁烯80. 579. 308879. 201.1912.1. 30.014797.0161534 233mmm-1-丁烯86.581. 602887. 504. 8972 ..056615-.0115635 2-庚烯69.070. 55265. 60- 1. 55523. 40-. 022539.04928363- 庚烯69. 0一1. 5552-.022539374m-2-已烯74. 491668. 70一1.29164. 50- .017645.06148381-辛烯 .82. 982. 789284.20.1108-1. 30. 001337-.015683德州学院学报第25卷续表本文误差文献[1]误差本文相对文献[1]相对号化合物实测值本文计算值 文献[1]计算值(实测值一计算值) (实测值 -计算值)误差39 1-壬媚103. 5103. 4034104. 70.0966-1. 20.00933 - .01159401-癸嬌 .124. I124. 0176125. 10.0824-1.00.00664 - . 0080641 1-+-碳烯144. 8144. 6318145. 60.1682-.80.01162 - . 0055212 1-十二碳烯165.3165. 2460166. 10.0540-.80..003027- . 0048443 1- +-碳烯185. 9185. 8602186. 50.0398-.60.00214 - . 003234 1- +冈碳烯206.5206. 4744207. 00.0256-.50.00124 - .00242451-十五碳烯227. 2227. 0886227. 50. 114-.30.00490 -. 00132461-十六碳烯247. 8247. 7028248. 00.0972-.20.00392 - . 0008147 1-+七碳烯268. 4268. 3170268. 40.0830.0●000.0000048 1-十八碳烯289.0288. 9312288. 90.0688.00238.005049 1-十九碳烯309. 6309. 5453309. 40.0547.2.00177. 00065s0 1-二十碳媚330. 2330. 1595329. 80.0405.000123.001214结语参考文献:[1]秦正龙,冯长君.主量子数拓扑指敏及其逆指敷与烯烃在因子分析的基础上,利用因子得分对50种稀热力学性质的定量关系[J].南京理工大学学报, 2006,烃的气态标准生成焓- O1H_进行多元线性回归,30(5).结果表明这一方法大大提高了预测精度,虽然给出[2]王学民.应用多元分析[M].上海:上海财经大学出版社,2004.的回归方程看似复杂,但在软件SPSS支持下很容[3]周仁郗. SPSS13.0统计软件[M].西安:西安交通大学易得出计算结果.出版社,2005.对于烯烃的标准熵和标准生成自由能可模仿上[4] 姚允斌,解涛,高英敏,等.物理化学手册[M].上海:上文给出较满意的预测结果,由于数据量较大且方法海科学技术出版社,1985.雷同不再赘述.Forecast of Alkenes Standard Enthalpies of FormationBased on Factorial AnalysisLIU Xin一hua(Department of Chemistry, Dezhou University, Dezhou Shandong 253023, China)Abstract: The structure information index of alkenes P,(i= 1,2,3,4),Xj. Y:(i=1,2;j =2,3..*,n-1) wasconstructed based on the analysis of the the molecular structure and standard formation enthalpies, andstructure information indexs of 50 kinds of alkenes was calculated. On the basis of this,the structure infor-mation indexs was studied using factor analysis and SPSS software, factor score was calculated and a multi-ple regression formula was given. finally standard formation enthalpies of 50 kinds of alkenes was forecas-ted with satisfactory results.Key words: factor analysis; alkenes; multiple linear regression