取代苯类化合物的二维息定量结构-活性相关研究

为了预测非反应性麻醉型化合物对发光菌的发光半抑制浓度,评价该类化合物的毒性效应,采用独特的二维HQSAR分析方法,根据分子碎片的类型,将分子结构转变成具有特征的分子指纹,并用数字进行标记。这些标记出的数字作为QSAR的描述符,经过偏最小二乘法计算,建立起化合物结构与生物毒性之间的相关关系,由此所获得的HQSAR预测值与实测值之间也存在较好的相关性,即-1g_(pre)EC_(50)=0.311 0.929(-1g_(exp)EC_(50))(n=13,r=0.964)。这一模型的预测效果明显优于传统的二维QSAR模型,其结果可以为定量评估同类化合物的生物毒性提供可靠依据。     

用电性拓扑态预测苯砜基乙酸酯对发光菌的毒性效应

应用电性拓扑态(Electrotopological State, E-state)指数模拟分析了a-取代苯砜基乙酸酯类化合物对发光菌的毒性(15min-EC50, mmol/L),构建了一个4变量QSAR模型.模型的相关系数(R²a_dj)和标准偏差(SD)分别为0.944和0.062,模型具有较高的预测能力和可靠性.模型分析表明,砜基和酯基是该类化合物的活性中心;化合物的疏水能力以及化合物与受体分子间的偶极/极化作用和氢键效应对化合物毒性起着重要影响.     

羧酸及其衍生物急性毒性的QSAR研究

基于定量结构-活性相关性(QSAR)原理,研究了27种羧酸及其衍生化合物结构与其急性毒性LC50之间的内在定量关系。应用遗传算法从大量结构参数中优化筛选出与LC50最为密切相关的五个参数作为分子描述符,得出影响羧酸及其衍生物急性毒性的主要结构特征为分子的大小及其空间效应等。分别采用支持向量机(SVM)方法和多元线性回归(MLR)方法建立了相应的QSAR预测模型,并对所建模型分别进行了内部验证和外部验证。结果表明,两种模型均具有较高的稳定性、预测能力及泛化性能。其中,支持向量机模型对训练集和预测集样本的预测平均绝对误差分别为0.149和0.211,优于多元线性回归方法所得结果。     

烷基酚类的生殖干扰毒性与结构相关研究

选用4种烷基酚类化合物,对枝角类生物大型蚤进行24 h急性毒性试验和21 d生殖毒性试验,选取急性试验指标(半数致死浓度)和生殖毒性指标(母蚤存活数、幼蚤生殖量、孵化成活率、幼蚤的雌、雄性个体数等)进行定量构效相关(QSAR)研究.结果表明,所测4种烷基酚化合物均可对大型蚤的生殖特性产生活性影响.其中,4-辛基酚和对壬基酚不但能抑制大型蚤的生殖量,还可改变大型蚤孤雌生殖的幼蚤性别比率.实验化合物的一、二阶分子连接性指数与受试生物体的生殖活性有较好的相关性,且以分子亲核反应为主.      

3,4-二氯苯胺与取代芳烃联合毒性的定量构效关系研究

采用细菌生长抑制实验测定了取代芳烃及其混合物对长江水中混合细菌的急性毒性,得到17种单一化合物的半数抑制浓度(IC50)及22组混合物的半数抑制浓度(IC50mix).采用毒性单位法和混合毒性指数法对联合毒性效应进行了定性评价,3,4-二氯苯胺与胺类化合物的联合效应以简单相加或部分相加作用为主,而3,4-二氯苯胺与酚类化合物的联合效应则多表现为协同作用.以化合物的辛醇/水分配系数(lgP)和分子最低空轨道能(ELUMO)为结构描述符,分别建立了单一毒性和联合毒性的定量构效关系(QSAR)模型.所得模型对极性麻醉型化合物和反应性化合物的毒性都具有较强的预测能力,不仅能预测3,4-二氯苯胺与取代芳烃不同配比的二元混合物的联合毒性,也能预测三元和四元混合物的联合毒性.     

取代苯对人体细胞的定量结构—遗传毒性研究

通过微核实验,测定了 36 种取代苯类化合物对人体外周血淋巴细胞的遗传毒性;并构建了遗传毒性与分子结构参数之间的 QSAR 模型.结果表明,有 34 种化合物显著地导致了微核的产生,具有明显的遗传毒性;遗传毒性的大小与分子结构描述符辛醇-水分配系数(MlogP)、x 轴主惯性矩(Principalx)、γ 极化率[Polar(γ)]等存在良好的结构-活性相关关系,所建模型的相关系数 R² =0.718,具有较高的预测能力,可用来预测取代苯类化合物的遗传毒性.     

生态毒理学研究中分子构效相关的应用

分子定量构效相关(QSAR)理论方法是当前生态毒理学研究领域发展的重要方向和前沿,QSAR法运用多种数学模式和化合物特征表示参数,系统地探究化合物的生态毒理学机制,进行分子水平的综合研究。笔者系统阐述并应用目前生态毒理学研究中采用的分子构效新方法,对取代芳烃类等典型有机物的生态毒理学效应进行了举证性预测研究。      

酚类雌激素酶催化降解性的QSAR分析

以分子电性距离矢量(MEDV-13)和原子类型电拓扑状态指数(ETSI)2种分子结构描述符,分别有效表征了15个酚类雌性激素的分子结构,应用基于预测的变量选择与模型化(VSMP)方法分别建立了该类化合物经辣根过氧化物酶(HRP)催化氧化的速率常数(InkCAT)与分子结构的定量相关模型.以MEDV-13为分子描述符建立的模型显示:影响去除效果的主要结构因素是由5个MEDV描述子表达的5个子结构碎片,即-CH3、-CH2、-O-、-OH和-cCc,以ETSI为分子描述符所建模型表明:影响该反应速率的主要结构因素是由5个ETSI描述子对应的5个子结构碎片,即-CH3、-CH2、-O-、-OH和>C<.所建模型的估计相关系数分别为0.92和0.93,LOO检验相关系数分别为0.84和0.85,表明2种模型均具有良好的估计能力与稳健性,以上结果说明.虽然酚类雌激素的种类、结构多样,但决定其HRP酶催化去除效果的关键结构因素是酚环上所有取代基整体给电子能力的强弱.     

取代芳烃对呆鲦鱼急性毒性的QSAR研究

应用密度泛函方法(DFT)在B3LYP/6-311G**水平上全优化计算25个取代芳烃的量子化学参数,结合疏水性参数与化合物对呆鲦鱼的急性毒性进行定量构效关系研究(QSAR)。经逐步回归筛选变量后,所建多元线性回归方程的相关系数R及去一法交互检验复相关系数R2cv分别为0.967和0.907。用预测集样本进行了外部预测,所得外部预测样本复相关系数R2ext和外部预测集交互检验Q2ext分别为0.881和0.836。模型结果显示:分子疏水性参数logP较大时具有较大的脂溶性,化合物的毒性较大;取代基的吸电子能力越强,苯环的正电性越大,化合物的毒性越大。     

定量构效关系模型在化合物毒性预测领域的应用、发展与展望

定量构效关系（Quantitative Structure Activity Relationship, QSAR）在化合物毒性虚拟计算领域被广为使用,能够高效、准确地用于化合物毒性的预测和风险评估.本文综述了利用QSAR方法开展化合物毒性预测中数据集、数据输入和模型方法3个领域的发展与变化,分析了研究的发展历程,提出了当前研究热点,并针对定量构效关系在化合物毒性预测领域的未来发展提出了展望.     

应用ICE和PCA方法评价硝基芳烃的综合毒性

应用种间相关估算(ICE)方法预测50种硝基芳烃缺失的生物毒性数据,对通过ICE计算获得的各种生物毒性数据进行主成分分析(PCA),计算综合毒性因子(ITI),进行综合毒性评价.结果表明,除了黄瓜种子发芽抑制毒性以外,其他各种生物毒性都在1%的显著水平上呈显著的线性正相关.硝基芳烃的这些生物毒性机制基本相似,因此应用ICE方法预测其毒性数据是可行的.QSAR分析表明,ITI与分子最低未占轨道能E_lumo有显著的相关性,r=0.869,表明亲电反应性是硝基芳烃的各种生物毒性所综合反映的主要致毒机理.基于ICE和PCA方法计算得到的ITI与基于QSAR和PCA方法计算得到的ITI的大小趋势具有一致性,ICE与PCA方法的联合应用可以成功地评价和预测硝基芳烃的综合毒性.     

PCDFs的Ah受体结合能力的定量结构效应关系

应用单苯环氯取代方法取G₁～G₁₀10个分子结构描述符,通过正向逐步线性回归方法构建对于Ah受体结合能力的定量结构-性质相关(QSAR)模型.与有关文献相比,此模型能更好地预测多氯代二苯并呋喃(PCDFs)竞争结合Ah受体logEC₅₀值,各自变量间不存在共线性.模型可以较好地反映PCDFs分子Ah受体结合能力与其分子氯取代位点之间的关系.     

多氯酚QSAR数值模型比较研究

应用多元线性回归分析和新近发展起来的人工神经网络方法进行了一类重要环境污染物多氯酚的定量构效关系研究，并用所建立的模型进行毒性预报，计算值与实验值的比较表明，前的相关系数约为０．９２，后的相关系数约为０．９９．后的百分误差地明显小于前，后的预报能力略好于前，中还讨论了后优于前的的原因。     

取代芳烃对三种生物急性毒性的QSAR研究

根据成键原子的结构特征定义其生物活性点价为δiA,并在分子拓扑理论基础上由δiA 建构新的连接性指数nH =∑ (δiA·δAj·δAk… ) 0 .5,其中 ,0价指数0 H =∑ (δiA) 0 .5,1价指数1 H =∑ (δiA·δAj) 0 .5。以0 H、1 H及指示变量I为结构描述符 ,籍助多元线性回归技术 ,分别建立了取代芳烃 (含Cl、Br、CH3、OH、NH2 、NO2 等 )对发光菌、大型蚤、呆鲦鱼的QSAR模型 :以模型的估算结果均优于文献结果 ,而且计算简单 ,应用方便 ,为定量评估和预测同类型其它化合物的生物毒性提供了参考依据。     

Quantitative structure-activity relationships for studying alkyl (1-phenylsulfonyl) cycloalkane-carboxylates

Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ－ａｃｔｉｖｉｔｙｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｆｏｒｓｔｕｄｙｉｎｇａｌｋｙｌ（１－ｐｈｅｎｙｌｓｕｌｆｏｎｙｌ）ｃｙｃｌｏａｌｋａｎｅ－ｃａｒｂｏｘｙｌａｔｅｓ￥ＨｅＹｉｂｉｎｇ；ＷａｎｇＬｉａｎｓｈｅｎｇ（...     

氯代芳香族化合物结构-电化学还原电位定量关系的贝叶斯规整化BP神经网络模型

将贝叶斯规整化误差反向传播神经网络(BRBPNN)应用于环境领域的 QSPR模型.采用ChemOffice2004内置的MOPAC 2000计算了6种量子化学参数(分子最高占据能EHOMO、分子最低占据能ELUMO、分子生成热HF、分子偶极矩DIP、分子的电子能量EE和分子的核核排斥能CCR)以及氯原子数(Cl)和分子量(MW),建立了87种氯代芳香族化合物结构与电化学还原电位定量关系的BRBPNN模型.最优网络模型结构为6-20-1,其电化学还原电位的拟合及预测能力明显优于逐步线性回归模型,其训练集和预测集的相关系数平方和均方根误差(MSE)分别达到0.999和0.000105,0.965和 0.00159.最优模型输入节点到隐含层权重平方和的分布规律揭示出各种描述符对还原电位的影响大小依次为: E_LUMO>E_HOMO>HF>CCR>EE>DIP.由散点图揭示出影响为正有EE;影响为负有E_LUMO,HF,DIP;影响无明显正负性的有E_LUMO,CCR.结果表明,贝叶斯规整化大大方便了网络规整化参数选择,保证了网络的优良概括能力和稳健性.本研究对氯代芳香族化合物采用电化学处理的适用性以及分析相应电化学降解机理提供了依据.     

密度泛函方法预测二英类化合物(PCDD/Fs)的正辛醇/水分配系数

在B3LYP/6-31G水平上全优化计算了多氯代二苯并一对-二(噁)英和多氯代二苯并呋喃(PCDD/Fs)系列物的分子结构;基于得到的分子结构描述符,依据修正的线性溶解能理论,分别建立了PCDDs和PCDFs的正辛醇/水分配系数的定量结构-性质关系模型(R2分别为0.985和0.966),并用交叉验证法对模型进行了验证(q2分别为0.983和0.936),用t-检验对各变量进行了检验.检验结果表明,模型的预测能力优于AM1法、单苯环氯取代指数法和拓扑量子方法得出的模型.     

定量构效关系(QSAR)在环境化学中的进展与方法

定量构效关系(QSAR)是化学品安全评价中有用的工具之一。本文叙述它的应用背景、基本原理、学科历史进展、概念模型、数学模型和算法,着重介绍作者开发的实用量子化学计算程序包,用以产生分子结构参数,所建立的化学物质毒性数据库可用来获取大量生物活性数据,还可用模式识别程序包构筑构效定量关系。本文对其研究前景也作了叙述。