Хемоинформатика: приложения информатики в анализе химических структур (на примере сульфида кадмия)

  • Анатолий Григорьевич Максимов 1Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации Российской академии наук, 14 линия, 39, 199178, Санкт-Петербург, Россия
  • Арсений Дмитриевич Завалишин Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации Российской академии наук, 14 линия, 39, 199178, Санкт-Петербург, Россия
  • Максим Викторович Абрамов Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации Российской академии наук, 14 линия, 39, 199178, Санкт-Петербург, Россия
  • Александр Львович Тулупьев Санкт-Петербургский государственный университет, Университетская наб., 7–9, 199034, Санкт-Петербург, Россия
Ключевые слова: топологический индекс, сульфид кадмия, хемоинформатика, теория графов, молекулярный дескриптор, индекс рандича, загребский индекс.

Аннотация

Статья направлена на демонстрацию практического приложения теории графов как подраздела теоретических основ информатики в решении одной из междисциплинарных задач — описании структуры молекулы сульфида кадмия с применением методов и индексов хемиоинформатики. В статье представлены результаты вычислений atom-bond connectivity индекса (ABC), геометрического и арифметического индекса GA, обобщенного индекса Рандича, GA5 и ABC4, загребских индесов для химического графа сульфида кадмия (CdS). Топологические индексы для сульфида кадмия рассматриваются впервые, хотя сама по себе задача расчета данных индексов не нова. Актуальность результатов подчеркивается тем, что сульфид кадмия широко используют в различных областях, таких как оптоэлектроника, фотоприемники, фоторезисторы и т.д.

Биографии авторов

Анатолий Григорьевич Максимов, 1Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации Российской академии наук, 14 линия, 39, 199178, Санкт-Петербург, Россия

младший научный сотрудник лаборатории теоретических и междисциплинарных проблем информатики СПИИРАН; студент кафедры информатики СПбГУ, agm@dscs.pro

Арсений Дмитриевич Завалишин, Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации Российской академии наук, 14 линия, 39, 199178, Санкт-Петербург, Россия

младший научный сотрудник лаборатории теоретических и междисциплинарных проблем информатики СПИИРАН; студент кафедры информатики СПбГУ, adz@dscs.pro

Максим Викторович Абрамов, Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации Российской академии наук, 14 линия, 39, 199178, Санкт-Петербург, Россия

кандидат технических наук, заведующий лабораторией теоретических и междисциплинарных проблем информатики СПИИРАН; доцент кафедры информатики СПбГУ, mva@dscs.pr

Александр Львович Тулупьев, Санкт-Петербургский государственный университет, Университетская наб., 7–9, 199034, Санкт-Петербург, Россия

доктор физико-математических наук, профессор кафедры информатики, СПбГУ; главный научный сотрудник лаборатории теоретических и междисциплинарных проблем информатики СПИИРАН, alt@dscs.pro

Литература

W. Gao, A. Q. Baig , W. Khalid, and M. R. Farahani, “Molecular description of copper (II) oxide,” Macedonian

Journal of Chemistry and Chemical Engineering, vol. 36, no. 1, pp. 93–99, 2017; doi: 10.20450/mjcce.2017.1138

A. Mohajeri, M. Alipour, and M. B. Ahmadi, “A graph theory study on (Z nS)n (n = 3-10) nanoclusters,” Chemical

Physics Letters, vol. 503, no. 1–3, pp. 162–166, 2011; doi: 10.1016/j.cplett.2010.12.067

A. A. Taherpour, “Quantitative structural relationship and theoretical study of electrochemical properties of

C60@[SW C N(5, 5) − Ar mchai r −CnH20] complexes,” Chemical Physics Letters, vol. 469, no. 1–3, pp. 135–139,

; doi: 10.1016/j.cplett.2008.12.039

W. Gao, M. Imran, M. K. Siddiqui, M. Naeem, and F. Jamil, “Molecular description of copper (I) oxide and copper (II) oxide,” Quimica Nova, vol. 41, no. 8, pp. 874–879, 2018; doi: 10.21577/0100-4042.20170257

F. Deng, X. Zhang, M. Alaeiyan, A. Mehboob, and M. R. Farahani, “Topological Indices of the Pent-Heptagonal

Nanosheets V C5C7 and HC5C7,” Advances in Materials Science and Engineering, 2019; doi: 10.1155/2019/9594549

International Agency for Research on Cancer, "Cadmium and cadmium compounds,"Monographs on evaluation of carcinogenic risks to humans, vol. 58, pp. 119-237, 1993.

K. L. Chopra and S. R. Das, Thin film solar cells, M. M. Koltun ed., Moscow.: Mir, 1986 (in Russian).

I. A. Petukhov, D. A. Zuev, A. V. Shorokhova, L. S. Parshina, O. A. Novodvorskii, O. D. Khramova, A. A. Lotin, F.

N. Putilin, V. F. Kozlovskii, V. K. Ivanov, M. N. Rumyantseva, and A. M. Gaskov, “Cadmium sulphide thin films for

photovoltaic applications,” Comp. nanotechnol., no. 1, pp. 68–73, 2014 (in Russian).

K. Paul, Handbook of Infrared Optical Materials, Boca Raton, FL, USA: CRC Press, 1991.

B. K. Mohammed, “Insight into the origin of magnetism in Iron-doped cadmium sulfide thin films from first

principles calculations,” Solid State Communications, vol. 253, no. 10–13, 2017; doi: 10.1016/j.ssc.2017.01.021

M. Randi´c, “On characterization of molecular branching,” J. Amer. Chem. Soc., vol. 97, no. 23, pp. 6609–6615,

; doi: 10.1021/ja00856a001

D. Amic, D. Beslo, B. Luci´c, S. Nikoli´c, and N. Trinajsti´c “The vertex-connectivity index revisited,” J. Chem. Inf.

Comput. Sci., vol. 38, no. 5, pp. 819-–822, 1998; doi: 10.1021/ci980039b

B. Bollobas and P. Erdos, “Graphs of extremal weights,” Ars Combinatoria, vol. 50, pp. 225-–233, 1998.

I. Gutman and K. C. Das, “The first Zagreb index 30 years after,” MATCH Commun. Math. Comput. Chem, vol. 50, pp. 83-–92, 2004.

I. Gutman and N. Trinajsti´c, “Graph theory and molecular orbitals. Total φ-electron energy of alternant

hydrocarbons,” Chemical Physics Letters, vol. 17, no. 4, pp. 535-–538, 1972; 10.1016/0009-2614(72)85099-1

E. Estrada, L. Torres, L. Rodriguez, and I. Gutman, “An at-om-bond connectivity index: Modeling the enthalpy of formation of alkanes,” Indian J. Chem., vol. 37A, no. 10, pp. 849-–855, 1998.

A. Ghorbani and M. A. Hosseinzadeh, “Computing ABC4 index of nanostar Dendrimers,” Optoelectronics and

Ad-vanced Materials–Rapid Communications, vol. 4, pp. 1419-–1422, 2010.

D. Vukiˇcevi´c and B. Furtula, “Topological index based on the ratios of geometrical and arithmetical means of

end-vertex degrees of edges,” J. Math. Chem., vol. 46, pp. 1369-–1376, 2009; doi: 10.1007/s10910-009-9520-x

A. Graovac, M. Ghorbani, and M. A. Hosseinzadeh, “Computing fifth geometric-arithmetic index for nanostar

Dendrimers,” Journal of Mathematical Nanoscience, vol. 1, no. 1-2, pp. 33-–42, 2011.

M. V. Abramov, T. V. Tulupyeva, and A. L. Tulupyev, “Sotsioinzhenernye ataki: sotsial’nye seti i otsenki

zashchishchennosti pol’zovatelei”[Socioengineering attacks: social networks and user security ratings], Saint

Petersburg, Russia: GUAP, 2018.

A. A. Azarov, T. V. Tulupyeva, A. V. Suvorova, A. L. Tulupyev, M. V. Abramov, and R. M. Yusupov, “Sotsioinzhenernye ataki. Problemy analiza”[Socioengineering attacks. Analysis of the problem], Saint Petersburg, Russia: Nauka, 2016.

A. O. Khlobystova, M. V. Abramov, A. L. Tulupyev, and A. A. Zolotin, “Search for the shortest trajectory of a social

engineering attack between a pair of users in a graph with transition probabilities,” Information and Control

Systems, no. 6, pp. 74—81, 2018 (in Russian).

A. V. Suvorova, K. R. Smirnova, E. A. Budin, T. V. Tulupyeva, A. L. Tulupyev, and M. V. Abramov, “Research Project

as a Tool for Teaching Text Analysis Methods: Predicting the Post Class in the Social Network,” Computer tools

in education, no. 3, pp. 49–64, 2018 (in Russian).

N. A. Kharitonov, A. G. Maximov, and A. L. Tulupyev, “Algebraic Bayesian Networks: Na¨ıve Frequentist Approach to Local Machine Learning Based on Imperfect Information from Social Media and Expert Estimates,” S. Kuznetsov, A. Panov, eds, in Proc. RCAI 2019: Artificial Intelligence. Communications in Computer and Information Science, vol. 1093, 2019, pp. 234–244; doi: 10.1007/978-3-030-30763-9_20

Опубликован
2019-12-28
Как цитировать
Максимов, А. Г., Завалишин, А. Д., Абрамов, М. В., & Тулупьев, А. Л. (2019). Хемоинформатика: приложения информатики в анализе химических структур (на примере сульфида кадмия). Компьютерные инструменты в образовании, (4), 44-54. https://doi.org/10.32603/2071-2340-2019-4-44-54
Выпуск
Раздел
Информатика