Xây Dựng Phần Mềm Tính Toán Chính Xác Nhiệt Tạo Thành Hợp Chất Hóa Học Sử Dụng Phản Ứng Isodesmic

Chuyên khảo kỹ thuật phân tích Xây dựng phần mềm tính toán chính xác nhiệt tạo thành của các hợp chất hóa học sử dụng các phản ứng, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất

• Tác giả: Nguyễn Thanh Hiếu
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Thanh Hiếu
• Trường học: Viện Khoa học và Công nghệ Tính toán
• Chuyên ngành: Khoa học Phân tử và Vật liệu nano
• Đề tài: Xây dựng phần mềm tính toán chính xác nhiệt tạo thành của các hợp chất hóa học sử dụng các phản ứng loại Isodesmic
• Loại tài liệu: báo cáo
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Phần Mềm Tính Toán Nhiệt Tạo Thành Isodesmic Tổng Quan

Bài viết này tập trung vào việc xây dựng phần mềm tính toán nhiệt tạo thành chính xác cho các hợp chất hóa học, sử dụng phản ứng isodesmic. Phương pháp này, được Pople và cộng sự đề xuất, dựa trên việc bảo toàn số lượng liên kết để triệt tiêu sai số trong tính toán cấu trúc điện tử. Phần mềm này hứa hẹn sẽ cung cấp một công cụ hiệu quả cho các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực hóa học tính toán và nhiệt động lực học, giúp dự đoán tính chất nhiệt của hợp chất một cách chính xác và nhanh chóng. Chương trình mHDFS - HoF được xây dựng bằng ngôn ngữ C/C++ để tính toán nhiệt hình thành cho một phân tử đang xét một cách nhanh chóng. Sử dụng dữ liệu cấu trúc điện tử được tính toán ở cấp độ lý thuyết CBS-QBS cho các thành tố mHD, các ứng dụng và khả năng của chương trình được thảo luận với một hệ các hydrocacbon mạch hở bao gồm các phân tử trung tính và radical.

1.1. Giới Thiệu Phản Ứng Isodesmic trong Hóa Học Tính Toán

Phản ứng isodesmic là phản ứng mà số lượng liên kết mỗi loại trước và sau phản ứng phải bảo toàn. Nhờ sự bảo toàn này, các sai số và độ không đảm bảo, gây bởi các gần đúng trong việc tính toán cấu trúc điện tử, có thể được triệt tiêu khi tính nhiệt tạo thành phản ứng (HoR). Và thông qua việc tính HoR, nó cho phép tính nhiệt tạo thành (HoF) của các phân tử lớn bằng các phương pháp tính toán cấu trúc điện tử cấp độ thấp nhưng đạt được giá trị có độ chính xác tương đương với các phương pháp cao. Để tăng độ chính xác của việc tính HoF, nhiều khái niệm mới được đưa ra bằng cách tăng tính phức tạp của cấu trúc bảo toàn thay vì chỉ là liên kết đơn thuần.

1.2. Ứng Dụng Phần Mềm trong Nghiên Cứu Hợp Chất Hóa Học

Nhiệt tạo thành của một số hợp chất hydrocarbon . Extension to radicals and other elements .

II. Thách Thức Tính Toán Nhiệt Tạo Thành Sai Số Độ Chính Xác

Việc tính toán nhiệt tạo thành chính xác gặp nhiều thách thức, bao gồm sai số do các phương pháp gần đúng trong tính toán cấu trúc điện tử, ảnh hưởng của môi trường và độ lớn của phân tử. Các phương pháp DFT và các hàm năng lượng trao đổi tương quan cần được lựa chọn cẩn thận để giảm thiểu sai số. Đồng thời, việc hiệu chỉnh các yếu tố như năng lượng điểm không (Zero-Point Energy) và hiệu chỉnh nhiệt độ đóng vai trò quan trọng để đạt được kết quả tin cậy. Độ chính xác của kết quả phụ thuộc lớn vào chất lượng của bộ cơ sở dữ liệu nhiệt động được sử dụng.

2.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Độ Chính Xác Tính Toán Nhiệt

Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của tính toán nhiệt. Trong đó, việc lựa chọn phương pháp tính toán cấu trúc điện tử, hàm năng lượng, bộ cơ sở và các hiệu chỉnh (như hiệu chỉnh rung động và hiệu ứng dung môi) đóng vai trò quan trọng. Việc không kiểm soát tốt các yếu tố này có thể dẫn đến sai số lớn trong kết quả tính toán năng lượng tạo thành.

2.2. Sai Số Hệ Thống và Giải Pháp Khắc Phục trong Tính Toán

Sai số hệ thống là một vấn đề lớn trong tính toán nhiệt. Các phương pháp như phản ứng isodesmic được sử dụng để giảm thiểu sai số này bằng cách tận dụng sự tương đồng về cấu trúc và liên kết giữa các phân tử tham gia phản ứng. Ngoài ra, việc sử dụng các phương pháp tính toán cao cấp hơn và bộ cơ sở lớn hơn cũng có thể cải thiện độ chính xác, nhưng đổi lại đòi hỏi chi phí tính toán lớn hơn.

III. Phương Pháp Tính Nhiệt Isodesmic Giải Pháp Hiệu Quả

Phản ứng isodesmic là một công cụ mạnh mẽ để tính toán nhiệt tạo thành với độ chính xác cao. Bằng cách xây dựng các phản ứng cân bằng về số lượng và loại liên kết, phương pháp này giúp triệt tiêu các sai số hệ thống trong tính toán. Ưu điểm của phương pháp là cho phép sử dụng các phương pháp tính toán cấu trúc điện tử ở cấp độ thấp hơn mà vẫn đạt được độ chính xác tương đương với các phương pháp cao cấp hơn. Điều này giúp tiết kiệm đáng kể thời gian và chi phí tính toán, đồng thời mở ra khả năng nghiên cứu các hệ lớn và phức tạp.

3.1. Ưu Điểm của Phương Pháp Phản Ứng Isodesmic

Phương pháp phản ứng isodesmic có nhiều ưu điểm so với các phương pháp tính toán trực tiếp. Đầu tiên, nó giúp giảm thiểu sai số hệ thống bằng cách cân bằng số lượng và loại liên kết giữa chất phản ứng và sản phẩm. Thứ hai, nó cho phép sử dụng các phương pháp tính toán cấu trúc điện tử ở cấp độ thấp hơn mà vẫn đạt được độ chính xác cao. Cuối cùng, nó có thể được áp dụng cho các hệ lớn và phức tạp, mở ra khả năng nghiên cứu các phân tử sinh học và vật liệu mới.

3.2. Quy Trình Xây Dựng Phản Ứng Isodesmic Tối Ưu

Việc xây dựng phản ứng isodesmic tối ưu đòi hỏi sự hiểu biết về cấu trúc và liên kết của phân tử. Quy trình bao gồm việc xác định các liên kết quan trọng, lựa chọn các phân tử tham khảo phù hợp và cân bằng phản ứng để đảm bảo sự bảo toàn số lượng và loại liên kết. Các phần mềm tính toán hóa học như Gaussian, ORCA, và Q-Chem có thể hỗ trợ quá trình này bằng cách cung cấp thông tin về cấu trúc điện tử và năng lượng của các phân tử.

3.3. Tổng quan cấu trúc của chương trình mHDFS HoF

Tổng quan cấu trúc của chương trình mHDFS - HoF được trình bày trong Hình 2. Đầu tiên , ma trận kết nối của phân tử được xây dựng từ ký hiệu SMILES do người dùng cung cấp. Các m-phân mảnh hay các FID của nó sau đó được trích xuất từ ma trận. Sau đó , chúng được so sánh với FID của các thành tố mHD trong cơ sở dữ liệu để tạo ra các phản ứng mHDFS ở mức yêu cầu m. Số FID của các thành tố mHD được xác định trước và được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu. Cuối cùng, dữ liệu thực nghiệm ∆ 𝐻 và lý thuyết 𝐻 được tính toán của các thành tố mHD liên quan được sử dụng để thu được ∆ 𝐻 cho phân tử quan tâm. Các khái niệm về m-phân mảnh, FID, các thành tố mHD và các phản ứng mHDFS được trình bày chi tiết trong phần tiếp theo. Phương pháp tạo phản ứng mHDFS

IV. Ứng Dụng Phần Mềm Nghiên Cứu Hydrocarbon Gốc Tự Do

Phần mềm được phát triển có thể được ứng dụng để nghiên cứu tính chất nhiệt của nhiều loại hợp chất, đặc biệt là hydrocarbon và gốc tự do. Việc tính toán nhiệt tạo thành cho các phân tử này có ý nghĩa quan trọng trong nhiều lĩnh vực, từ công nghiệp hóa dầu đến nghiên cứu khí quyển. Kết quả tính toán có thể được so sánh với dữ liệu thực nghiệm để đánh giá độ chính xác của phần mềm và cải thiện các phương pháp tính toán.

4.1. Tính Toán Nhiệt Tạo Thành cho Hydrocarbon Mạch Hở

Hydrocarbon mạch hở là thành phần quan trọng của nhiều loại nhiên liệu và hóa chất. Việc tính toán nhiệt tạo thành chính xác cho các phân tử này giúp dự đoán hiệu suất đốt cháy, độ ổn định và các tính chất quan trọng khác. Phần mềm được phát triển có thể được sử dụng để nghiên cứu các hydrocarbon mạch hở có kích thước và cấu trúc khác nhau.

4.2. Nghiên Cứu Gốc Tự Do Vai Trò trong Phản Ứng Hóa Học

Gốc tự do đóng vai trò quan trọng trong nhiều phản ứng hóa học, đặc biệt là các phản ứng trong khí quyển và quá trình cháy. Việc tính toán nhiệt tạo thành cho các gốc tự do là một thách thức lớn do tính chất không ổn định và độ phản ứng cao của chúng. Phần mềm được phát triển có thể được sử dụng để nghiên cứu các gốc tự do khác nhau, từ đó hiểu rõ hơn về cơ chế phản ứng và các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng.

4.3. Phương pháp tự động tạo các phản ứng mHDFS

Một khi các thành tố mHD cùng với các giá trị FID của chúng được xác định, các phản ứng mHDFS có thể được tạo tự động cho một phân tử đã cho. Sơ đồ của một thế hệ như vậy được trình bày hình 5. Thứ nhất, cả số p i và kiểu A i của các m-phân mảnh hoặc FID của chúng được trích xuất từ phân tử . m-phân mảnh A i hoặc FID của nó sẽ được so sánh với các phân tử trong cơ sở dữ liệu thành tố mHD để xác định sản phẩm thành tố mHD, và số p i là hệ số cân bằng phản ứng . Thứ hai, x i và y i (n - 1)-phân mảnh B i được trích xuất từ mục tiêu và sản phẩm, tương ứng. Số r i của (n - 1)-phân mảnh B i trong chất phản ứng có thể thu được bằng cách trừ x i khỏi y i . Cuối cùng, r i thành tố mHD chất phản ứng R i được tìm kiếm trong nhóm sản phẩm thành tố (m - 1)HD bằng cách so sánh các FID của chúng với các FID của nhóm các thành tố (m - 1) HD.

V. Đánh Giá Độ Chính Xác So Sánh Kết Quả Tính Toán Thực Nghiệm

Để đánh giá độ chính xác của phần mềm, kết quả tính toán nhiệt tạo thành cần được so sánh với dữ liệu thực nghiệm đã được công bố. Sự khác biệt giữa kết quả tính toán và thực nghiệm cho thấy mức độ sai số của phương pháp tính toán và phần mềm. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác, như lựa chọn phương pháp tính toán và bộ cơ sở, cần được xem xét và tối ưu hóa để giảm thiểu sai số.

5.1. Phân Tích Sai Số và Đề Xuất Cải Tiến Phương Pháp

Phân tích sai số là bước quan trọng để cải thiện độ chính xác của phương pháp tính toán. Các sai số có thể đến từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm sai số hệ thống, sai số do phương pháp gần đúng và sai số do thiếu thông tin. Việc xác định nguồn gốc của sai số giúp đề xuất các giải pháp cải tiến, như sử dụng phương pháp tính toán cao cấp hơn, bộ cơ sở lớn hơn hoặc hiệu chỉnh các yếu tố ảnh hưởng đến năng lượng.

5.2. Tối Ưu Hóa Phần Mềm và Cơ Sở Dữ Liệu Nhiệt Động

Việc tối ưu hóa phần mềm và cơ sở dữ liệu nhiệt động là cần thiết để đạt được độ chính xác cao trong tính toán nhiệt. Tối ưu hóa phần mềm giúp tăng tốc độ tính toán và giảm thiểu sai số do lỗi lập trình. Cơ sở dữ liệu nhiệt động cần được cập nhật thường xuyên với dữ liệu thực nghiệm mới nhất và được kiểm tra kỹ lưỡng để đảm bảo tính chính xác và tin cậy.

VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Phần Mềm Tính Toán Nhiệt Tương Lai

Phần mềm tính toán nhiệt tạo thành dựa trên phản ứng isodesmic là một công cụ hữu ích cho các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực hóa học tính toán và nhiệt động lực học. Hướng phát triển trong tương lai bao gồm việc mở rộng phạm vi ứng dụng của phần mềm cho nhiều loại hợp chất khác nhau, cải thiện độ chính xác của phương pháp tính toán và tích hợp các tính năng mới để hỗ trợ người dùng.

6.1. Mở Rộng Cơ Sở Dữ Liệu Hỗ Trợ Tính Toán Nâng Cao

Việc mở rộng cơ sở dữ liệu nhiệt động và tích hợp các phương pháp tính toán nâng cao là hai hướng phát triển quan trọng. Cơ sở dữ liệu lớn hơn và đa dạng hơn cho phép tính toán chính xác hơn cho nhiều loại hợp chất khác nhau. Các phương pháp tính toán nâng cao, như các phương pháp tương quan điện tử và các phương pháp xử lý hiệu ứng dung môi, giúp cải thiện độ chính xác của kết quả tính toán.

6.2. Phát Triển Giao Diện Thân Thiện Tính Năng Tự Động Hóa

Việc phát triển giao diện thân thiện và tích hợp các tính năng tự động hóa giúp người dùng dễ dàng sử dụng phần mềm và tiết kiệm thời gian. Giao diện thân thiện giúp người dùng nhập dữ liệu, lựa chọn phương pháp tính toán và xem kết quả một cách dễ dàng. Các tính năng tự động hóa, như tự động xây dựng phản ứng isodesmic và tự động hiệu chỉnh các yếu tố ảnh hưởng đến năng lượng, giúp giảm thiểu công sức của người dùng và tăng độ chính xác của kết quả.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Phản ứng Isodesmic (ID) được đề xuất lần đầu bởi Pople và cộng sự[1] vào những năm 1970 dưới dạng các phản ứng chia tách liên kết (bond separation - BS) cho hydrocarbons. Trong một phản ứng BS, số lượng các liên kết (ngoại trừ các liên kết với nguyên tử hydro) của một phân tử đang xét bằng số liên kết của sản phẩn sau phản ứng. Trong đó, các sản phẩm này là các phân tử chỉ chứa hai nguyên tử không phải hydro. Sau đó, phản ứng BS được tổng quát hóa thành khái niệm phản ứng ID.

Phản ứng ID là phản ứng mà số lượng liên kết mỗi loại trước và sau phản ứng phải bảo toàn[1]. Nhờ sự bảo toàn này, các sai số và độ không đảm bảo, gây bởi các gần đúng trong việc tính toán cấu trúc điện tử, có thể được triệt tiêu khi tính nhiệt tạo thành phản ứng (heat of reaction – HoR). Và thông qua việc tính HoR, nó cho phép tính nhiệt tạo thành (HoF) của các phân tử lớn bằng các phương pháp tính toán cấu trúc điện tử cấp độ thấp nhưng đạt được giá trị có độ chính xác tương đương với các phương pháp cao[1, 2]. Để tăng độ chính xác của việc tính HoF, nhiều khái niệm mới được đưa ra bằng cách tăng tính phức tạp của cấu trúc bảo toàn thay vì chỉ là liên kết đơn thuần[3-16].

Tuy nhiên, các khái niệm mới này lại không nhất quán và rối[17]. Do đó, Wheeler và các cộng sự[18] đã đưa ra một hệ thống nhất quán các phản ứng homodesmotic (HD) bao gồm 5 loại cho các phân tử hydrocarbon (HCs): isogyric, isodesmic, hypohomodesmotic, homodesmotic and hyperhomodesmotic. Khái niệm phản ứng BS có thể được mở rộng cho hệ thống các phản ứng của Wheeler. Chúng được định nghĩa như là các phản ứng mà trong đó sản phẩm và chất phản ứng (ngoại trừ phân tử đang xét) là nhỏ nhất có thể nhưng vẫn bảo đảm tính bảo toàn của từng loại phản ứng tương ứng[17, 18].

Những phân tử như vậy được gọi là phân tử nguyên tố. Một số phân tử như vậy của từng loại phản ứng được cho trên bảng 1. Dựa trên khuynh hướng tự nhiên trong cấu trúc của các phân tử nguyên tố đó, các phản ứng được Wheeler tái phân loại thành các các phản ứng mHomodesmotic (mHD). Trong đó, m là chiều dài mạch chính của phân mảnh được bảo toàn trong từng loại phản ứng.

Theo đó, các loại phản ứng bây giờ trở thành 1HD, 2HD, 3HD và 4HD tương ứng với phản ứng IG, ID, HoHD, and HHD[18] trong định nghĩa của Wheeler. Để phản ánh đúng bản chất của phản ứng, các phản ứng BS trong hệ thống mHD bây giờ sẽ được gọi là phản ứng phân mảnh mHD (mHD fragment-separation - mHDFS) (Hình 1), và các phân tử nguyên tố được gọi là thành tố Viện Khoa học và Công nghệ Tính toán TP. Hồ Chí Minh Trang 5 Xây dựng phần mềm tính toán chính xác nhiệt tạo thành của các hợp chất hóa học sử dụng các phản ứng loại Isodesmic mHD (Bảng 1). Các phân mảnh được bảo toàn trong phản ứng mHD và mHDFS bây giờ được gọi là m-phân mảnh.

Hệ thống các phản ứng mHD (khung viền chấm), mHDFS (khung viền liền). “mHD” là các phản ứng mà m-phân mảnh được bảo toàn. Các phản ứng “mHDFS” còn được gọi là các phản ứng tách liên kết (BS)[1] trong hệ thống mHD. Các thành tố của phản ứng mHDFS được gọi là thành tố mHD.

Các thành tố mHD (chất phản ứng và sản phẩm) của phản ứng mHDFS, với m = 1, 2, 3, and 4. m Reactants Products 1 H2 CH4 2 CH4 3 Viện Khoa học và Công nghệ Tính toán TP. Hồ Chí Minh Trang 6 Xây dựng phần mềm tính toán chính xác nhiệt tạo thành của các hợp chất hóa học sử dụng các phản ứng loại Isodesmic 4 Khi m-phân mảnh được xác định, các phản ứng mHD có thể được tạo ra một cách tự động bằng cách giải các phương trình hệ số phản ứng. Thật vậy, đã có một vài chương trình[19-21] đã sủ dụng cách này để tạo ra các phản ứng mHD với m-phân mảnh giới hạn tới mức bốn (hay m = 4).

Lý do cho sự giới hạn này là chưa có một hệ thống tổng quát để xác định m-phân mảnh ở mức độ bất kỳ. Do đó, trong nghiên cứu này chúng tôi đưa ra một phương thức để thực hiện điều này. Và dựa trên đó, một chương trình máy tính được xây dựng. Ngoài ra, phương thức này cũng có khả này để phân loại các thành tố mHD.

Mặc dù các phản ứng mHDFS là tập con của các phản ứng mHD (Hình 1), chúng có thể được tạo ra một cách trực tiếp nhờ vào việc xác định m-phân mảnh và so sánh chúng với các thành tố mHD. Do đó, một phương thức tự động tạo ra các phản ứng mHDFS được đưa ra và dung để xây dựng một chương trình tính toán chính xác nhiệt tạo thành HoF. Đối với việc tạo phản ứng, m-phân mảnh đòi hỏi phải được mã hóa thành một số duy nhất được gọi là định danh của phân mảnh (fragment identification - FID number). Khi chương trình cùng với cơ sở dữ liệu của các thành tố mHD được xây dựng, nó được sử dụng để tính HoF cho một số hợp chất hydrocarbon.

Các kết quả tính toán cùng với độ không đảm bảo sau đó được so sánh với các dữ liệu thực nghiệm để đánh giá mức độ hiệu quả cũng như khả năng tính toán của chương trình cũng như phương thức. Lời cảm ơn đến ICST: Cảm ơn Viện Khoa học và Công nghệ Tính toán Tp. Hồ Chí Minh đã hỗ trợ nhiệm vụ. Viện Khoa học và Công nghệ Tính toán TP.

Hồ Chí Minh Trang 7 Xây dựng phần mềm tính toán chính xác nhiệt tạo thành của các hợp chất hóa học sử dụng các phản ứng loại Isodesmic ĐƠN VỊ THỰC HIỆN Phòng thí nghiệm: Khoa học Phân tử và Vật liệu nano Chủ nhiệm nhiệm vụ: Ths. Nguyễn Thanh Hiếu Thành viên tham gia: PGS. Huỳnh Kim Lâm GS. Artur Ratkiewicz Ths.

Mai Văn Thanh Tâm Ths. Lê Thanh Xuân Cn. Dương Văn Minh Cơ quan phối hợp: Viện Khoa học và Công nghệ Tính toán TP. Hồ Chí Minh Trang 8 Xây dựng phần mềm tính toán chính xác nhiệt tạo thành của các hợp chất hóa học sử dụng các phản ứng loại Isodesmic KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU I.

Cấu trúc chương trình và phương pháp 1.1 Cấu trúc chương trình mHDFS-HoF Tổng quan cấu trúc của chương trình mHDFS-HoF được trình bày trong Hình 2. Đầu tiên, ma trận kết nối của phân tử được xây dựng từ ký hiệu SMILES do người dùng cung cấp. Các m-phân mảnh hay các FID của nó sau đó được trích xuất từ ma trận. Sau đó, chúng được so sánh với FID của các thành tố mHD trong cơ sở dữ liệu để tạo ra các phản ứng mHDFS ở mức yêu cầu m.

Số FID của các thành tố mHD được xác định trước và được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu. Cuối cùng, dữ liệu thực nghiệm ∆𝑓 𝐻298 𝐾 và lý thuyết 𝐻298 𝐾 được tính toán của các thành tố mHD liên quan được sử dụng để thu được ∆𝑓 𝐻298 𝐾 cho phân tử quan tâm. Các khái niệm về m-phân mảnh, FID, các thành tố mHD và các phản ứng mHDFS được trình bày chi tiết trong phần tiếp theo. Tổng quan chương trình mHDFS-HoF để tính nhiệt tạo thành bằng cách tạo phản ứng mHDFS.

Phương pháp tạo phản ứng mHDFS Chương trình mHDFS-HoF được chia làm ba nội dung chính: xác định m-phân mảnh hay mã hóa FID của chúng, tìm phản ứng mHDFS và tính HoF. Xác định m-phân mảnh và thành tố mHD bằng hình thức đệ quy Viện Khoa học và Công nghệ Tính toán TP. Hồ Chí Minh Trang 9 Xây dựng phần mềm tính toán chính xác nhiệt tạo thành của các hợp chất hóa học sử dụng các phản ứng loại Isodesmic Các thành tố mHD được xác định thông qua khái niệm phân m-phân mảnh. Một m- phân mảnh của một phân tử được định nghĩa là một nhóm các nguyên tử kết nối, có chiều dài mạch chính là m; đặc biệt, chúng được định nghĩa đệ quy như sau: • Một-phân mảnh: chứa một nguyên tử.

• Hai-phân mảnh: hai nguyên tử liên kết với nhau. • Ba-phân mảnh: chứa M hai-phân mảnh có cùng một một-phân mảnh chung. • Four-membered fragment: chứa hai ba-phân mảnh có cùng một hai-phân mảnh chung • … • m(lẻ)-phân mảnh: chứa M (m-1)-phân mảnh có cùng (m-2)-phân mảnh chung. • m(chẵn)-phân mảnh: chứa hai (m-1)-phân mảnh có cùng một (m-2)-phân mảnh chung.

Hình 3 minh họa định nghĩa của các m-phân mảnh. Một thành tố mHD được định nghĩa là một phân tử mạch thẳng chỉ chứa một m-phân mảnh. Ví dụ, buta-1,3-diene có bốn một-phân mảnh, ba 2-phân mảnh, hai ba-phân mảnh và chỉ có một bốn-phân mảnh (xem bảng 2). Do đó, theo định nghĩa, buta-1,3-diene được coi là một thành tố 4HD.

Điều đáng chú ý là các chất phản ứng thành tố mHD thực ra là các sản phẩm thành tố (m-1)HD (xem bảng 1); do đó, các sản phẩm thành tố mHD là thành tố mHD và các chất phản ứng thành tố mHD là phân tử thành tố (m-1)HD. Nói cách khác, một thành tố mHD có thể xem là một sản phẩm thành tố mHD và cũng là chất phản ứng thành tố (m+1)HD. Ví dụ, buta-1,3- diene là một sản phẩm thành tố 4HD cũng như chất phản ứng thành tố 5HD. Viện Khoa học và Công nghệ Tính toán TP.

Hồ Chí Minh Trang 10 Xây dựng phần mềm tính toán chính xác nhiệt tạo thành của các hợp chất hóa học sử dụng các phản ứng loại Isodesmic Hình 3. Định nghĩa truy hồi của m-phân mảnh từ phân mảnh (m-1) và (m-2). Tạo FID cho các m-phân mảnh Dựa trên cách xác định các m-phân mảnh, chúng được mã hóa thành các FID như sau: • Một-phân mảnh: Bởi vì chúng là các nguyên tử, số nguyên tử của chúng (AN) được sử dụng để biểu diễn cho chúng: FID1(atom) = AN • Hai-phân mảnh: FID của một liên kết được xác định bởi các số hiệu nguyên tử (i, j) của hai nguyên tử tạo nên liên kết đó và số lượng liên kết  (k): FID2(bond) (i, j, k) = i + j × N + k × N 2 , ∀i < j , k = 0, 1, 2, … Điều kiện i < j đảm bảo rằng chỉ có duy nhất một FID biểu diễn cho liên kết i − j hay j−i. N là một số bất ký đủ lớn để bao hết các loại nguyên tử (ví dụ, N = 2 × (số lượng nguyên tố)).

• … • m(lẻ)-phân mảnh: bởi vì có M (m-1)-phân mảnh chia sẻ cùng một (m-2)-phân mảnh chung, nên FID của nó cho bởi: 1 𝑖 𝑀 𝐹𝐼𝐷𝑚(𝑜𝑑𝑑) = 𝐹𝐼𝐷𝑚−2 , 𝐹𝐼𝐷𝑚−1 , … , 𝐹𝐼𝐷𝑚−1 , … , 𝐹𝐼𝐷𝑚−1 Viện Khoa học và Công nghệ Tính toán TP.