含氟取代苯类化合物lgKow和-lg1/EC50的QSPR研究

采用Gaussian98程序,在B3LYP／6-311G＊＊和HF／6-311G＊＊2种水平上全优化计算了24个含氟取代苯化合物的分子结构,基于得到的分子结构描述符,分别建立了用于预测含氟取代苯化合物正辛醇冰分配系数（lgKow）和毒性（-lg1/EC50）的模型,预测lgKow的模型包含3个变量（偶极矩（μ）,总能量（TE）和热能修正值（Eth））,预测-lg1/EC50的模型包含2个变量（分子中原子最负的电荷（q-）和零点振动能（ZPE））。用交叉验证法对模型的稳定性进行了验证（q分别为0.8480和0.9154）,并用t-检验和变异膨胀因子（VIF）对2个模型中各变量的显著性和自相关性进行了检验。预lg1/EC50的模型的预测能力优于溶剂化能参数得出的模型。     

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.     

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—对-二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.     

二噁英结构与正辛醇-水分配系数相关性的密度泛函理论

为精确描述二噁英分子的电子结构及其定量结构/性质相关关系(QSPRs),运用密度泛函理论,在B3LYP/6-311G**水平上,分别对多氯二苯并对二噁英(PCDDs)和多氯二苯并呋喃(PCDFs)进行了优化计算.相应量子化学参数,即平均分子极化率(α),熵(S),极化率和四极矩的张量分量(αxx,αyy,αzz和Qxx,Qyy,Qzz)用于该类化合物辛醇-水分配系数的QSPR研究,构建了2个单变量和1个双变量模型,其决定系数R2分别为0.962、0.950和0.951;其显著性检验因子F分别为509.759、379.498和186.234.PCDD/Fs在辛醇相-水相间的分配性质主要与分子体积因素有关,而电性因素的影响较小;不同模型预测值间的差异与模型中预测变量本身性质和实验值的有限性有关.经比较,本研究中所建立的3个QSPRs模型尽管只有1个或2个变量,但其结果与复杂的偏最小二乘分析(PLS)相近.     

MEDV描述子预测取代芳烃类化合物的藻毒性

以分子电性距离矢量(MEDV)描述子有效表征43个取代芳烃类化合物的分子结构,应用基于预测变量的选择与模型化(VMSP)方法,建立化合物的封闭体系绿藻(Pseudokirchneriella subcapitata)毒性(48 h EC₅₀)与其分子结构之间的定量相关(QSTR)模型. 应用多元线性回归方法建立的QSTR模型具有较高的相关系数(r0.891 1)及LOO(Leave-One-Out)检验相关系数(q0.810 2),表明该模型具有良好的估计能力与稳定性. 应用28个化合物的训练集样本构建QSTR模型预测外部检验集,结果表明,训练集模型也具有良好的预测能力.      

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。     

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.     

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.     

几种酚衍生物对青海弧菌Q67毒性的3D-QSAR研究

测定了16种酚衍生物对青海弧菌(Q67)的半致死浓度EC50(mol·L-1),通过比较分子力场分析方法(CoMFA)和比较分子相似性指数分析方法(CoMSIA),对16种酚衍生物的毒性进行了三维定量结构-活性相关(3D-QSAR)研究,建立了CoMFA和CoMSIA模型.其中CoMFA模型交叉验证相关系数Q2=0.703,非交叉验证相关系数R2=0.983,F检验值F=178.635;CoMSIA模型交叉验证相关系数Q2=0.588,非交叉验证相关系数R2=0.946,F检验值F=52.074,所建立的模型均有较强的稳定性和良好的预测能力.通过分析比较CoMFA和CoMSIA的三维等势图,全面直观地了解了酚衍生物的结构对致毒性的影响.在酚类化合物毒性作用过程中,化合物的氢键供受体特性因素起主要作用,其次是取代基的电负性和疏水性特征.     

质谱/质谱法快速检出国产五氯酚中的痕量剧毒杂质—四氯二苯并呋喃

多氯二苯并二(口恶)(口英)(PCDD)及多氯二苯并呋喃(PCDF)是化学结构相象的二组剧毒化合物.1976年意大利的Seveso发生污染事件后,它们对人体的伤害及生态环境的影响受到了世界上环境学家和生态学家的广泛重视.PCDD和PCDF各有75个和135个异构体,其毒性差别可达1000—10000倍,其中的十个异构体(包括2,3,7,8-四氯二苯并二(口恶)(口英),TCDD)已被列入对动物具有最大毒性的一批天然和人为毒物之内,它们会引起肝损伤、氯痤疮、神经系统损伤及致突变、致畸、致癌.急性皮肤毒性的LD_(50)值为1—100μg/kg,对猴子的LD_(50)值,TCDD是30—70μg/kg,TCDF是1000μg/kg,Kara-sek建议人体(50kg体重)对TCDD和TCDF的允许暴露水平是2 pg/day(致癌性).这类化合物具有脂溶性,易被土壤吸附,在自然环境中代谢降解速度缓慢,从而增加了环境     

环戊烯臭氧化反应瞬变物种产生机制

大气中烯烃臭氧化反应产物是二次有机气溶胶(SOA)形成的重要前体物. 运用自行组建的低温基质隔离系统研究环戊烯臭氧化反应的瞬变物种产生机制. 采用程序升温方法,将温度从6 K升至115 K,用傅里叶红外光谱仪检测不同温度下生成的活性中间体,并将试验值与理论计算值、文献报道值进行对比,以确定中间体构型. 结果表明:环戊烯臭氧化反应生成的中间体——POZ(初级臭氧化物)、SOZ(二次臭氧化物)和CI(一分子羰基氧化物和一分子醛或酮)被成功检测到. 其中,POZ的特征吸收峰在705和946 cm-1处,对应O—O—O反对称伸缩振动和环变形振动;SOZ特征吸收峰在939 cm-1处,对应C—O伸缩振动;CI的特征吸收峰在1 733和853 cm-1处,分别对应CO伸缩振动和O—O伸缩振动. 据此,环戊烯臭氧化反应遵循Criegee机制. 采用4种量子化学计算方法——B3LYP/6-311++G(d,2p)、B3LYP/6-311++G(3df,3pd)、MP2/aug-cc-pvdz和PW91PW91/6-311++G(3df,3pd),计算POZ、SOZ和CI特征吸收峰的振动频率,其中POZ在705 cm-1处吸收峰的振动频率计算值分别为725、698、703、680 cm-1;SOZ在1 030 cm-1处吸收峰的振动频率计算值分别为1 017、1 018、1 025和993 cm-1;CI在1 733 cm-1处吸收峰的振动频率计算值分别为1 796、1 803、1 732和1 745 cm-1.表明MP2/aug-cc-pvdz计算的特征振动频率与试验值最接近.      

二英分子结构-水溶解度相关性密度泛函理论研究

运用密度泛函理论,在B3LYP/6-311G^**水平上,对多氯二苯并对二英(PCDDs)和多氯二苯并呋喃(PCDFs)的电子结构进行了优化,相应量子化学参数,即平均分子极化率(α)、熵(S)、极化率和四极矩的张量分量(α_xx、α_yy、α_zz和Q_xx、Q_yy、Q_zz)等用于该类化合物水溶解度的定量结构-性质相关性（QSPR）研究;基于内部误差一致的实验值,成功建立了3个QSPRs,其决定系数分别为0 .977、0 .968和0 .961;交叉验证相关系数分别为0 .968、0 .959和0 .946.模型分析表明,水溶解度主要与分子体积有关,而分子间相互作用的影响较小;不同QSPRs预测值间的差异可能与模型中预测变量本身性质和可获取实验值的有限性有关.与新近发展的QSPR相比较,本研究模型性能均有提高,这可能与B3LYP/6-311G^**精确计算电子性质和模型中引入四极矩张量分量有关.     

Mechanism and rate constants for complete series reactions of 19 fluorophenols with atomic H

Fluorine-containing halogenated fluorophenol may have efect as intermediate species involved in the formation of polyfluorinated dibenzo-p-dioxin/dibenzofurans(PFDDs/Fs). The mechanism for the atomic H initiated reactions with complete series of nineteen fluorophenol congeners was studies using the density functional theory. At the MPWB1K/6-31+G(d,p) level, the geometries and frequencies of reactants, transition states, and products were obtained, and the accurate energetic values were acquired at the MPWB1K/6-311+G(3df,2p) level. The rate constants were evaluated by the canonical variational transition-state theory with the small curvature tunneling contribution over a wide temperature range of 600–1000 K. The study shows that the intramolecular hydrogen-bond in the ortho-substituted FPs as well as the inductive efect of the electron-withdrawing fluorine and steric repulsion of multiple substitutions may ultimately be responsible for the relative strength of the O–H bonds in FPs. The results can be used for further studies on PFDD/Fs formation mechanism.     

基于GLM模型和神经网络研究芳烃化合物对藻类毒性

工业的快速发展和溢油事故的频繁发生所产生的大量芳烃化合物正威胁海洋生态系统的健康,建立芳烃化合物物化性质与小球藻急性毒性间的非线性模型,是预测未知芳烃化合物对藻类毒性的主要手段之一.本研究以实验获取的25种芳烃化合物对小球藻96h的毒性数据为基础,采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法,在6-311G**基组上全优化计算25种芳烃化合物结构参数和热力学参数,通过逐步广义线性回归(GLM)、小波神经网络(WNN)和T-S模糊神经网络(T-SFNN)等方法,对芳烃化合物物化性质和藻类抑制毒性的非线性关系进行拟合和逼近.F检验表明,逐步GLM方程是显著的(p<0.001).配对t检验表明,GLM、WNN、T-SFNN3种模型都是可信的;决定系数(R2>0.96)表明3个模型具有很高的精确性.上述结果证明本文建立的模型具有良好的拟合度和解释能力,可以预测未知芳烃化合物对小球藻的急性毒性.模型误差计算结果表明,WNN的精度最高(mse=0.0076,mae=0.0533),采用WNN方法进行建模,预测未知芳烃化合物对小球藻的急性毒性是最合适的.     

Mechanism and kinetics study on the ozonolysis reaction of 2,3,7,8-TCDD in the atmosphere

The ozonolysis of 2,3,7,8-tetra-chlorodibenzo-p-dioxin(2,3,7,8-TCDD) is an efcient degradation way in the atmosphere. The ozonolysis process and possible reactions path of Criegee Intermediates with NO and H2 O are introduced in detail at the method of MPWB1K/6-31+G(d,p)//MPWB1K/6-311+G(3df,2p) level. In ozonolysis, H2O is an important source of OH radical formation and initiated the subsequent degradation reaction. The Rice-Ramsperger-Kassel-Marcus(RRKM) theory was applied to calculate rate constants with the temperature ranging from 200 to 600 K. The rate constant of reaction between 2,3,7,8-TCDD and O3 is 4.80 × 10 20cm3/(mole·sec) at 298 K and 760 Torr. The atmospheric lifetime of the reaction species was estimated according to rate constants, which is helpful for the atmospheric model study on the degradation and risk assessment of dioxin.     

Efficiency and degradation products elucidation of the photodegradation of mefenpyrdiethyl in water interface using TiO2 P-25 and Hombikat UV100

The photodegradation of mefenpyrdiethyl (MFD), an herbicide safener, was investigated in aqueous suspensions by using Degussa P-25 and Hombikat UV100 titanium oxide under simulated sunlight irradiation. The effects of initial concentration of the herbicide, pH, catalysts and hydrogen peroxide doses as well as their combinations were studied and optimized. Accordingly, the kinetic parameters were determined and the effectiveness of the processes was assessed by calculating the rate constants. A pseudo first-order kinetics was observed. Under experimental conditions, the degradation rate constants were strongly influenced using P-25 and no noticeable effect was observed for Hombikat UV100. DFT calculations with B3LYP/6-311+G(2d,p)//B3LYP/6-31+G(d,p) level of theory were performed to check whether significant conformational changes occur when the charge state of the MFD substrate changes and whether these changes could play a role in the dependency of photodegradation rate constant on the studied pH. High resolution mass spectrometry (FT-ICR/MS) was implemented to identify the main degradation products.     

北京市医院候诊区空气中VOCs的污染特征

对北京市3家医院9个候诊区室内空气进行采样,样品采用预浓缩仪与GC-MS联用系统进行定量分析,共检测出65种挥发性有机物(VOCs).医院室内外VOCs的平均浓度为123.64~713.22μg/m3,其中烷烃、烯烃、芳香烃约占61%~98%.烷烃以乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、异戊烷为主,占50%以上.烯烃的主要成份为乙烯、丙烯、异戊二烯,约占总烯烃的53%~83%.芳香烃以苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯为主,约占79%~98%.不同的候诊区芳香烃的组成差异大,病理科候诊区F的芳香烃主要来自二甲苯的贡献(58%±24%),而挂号处G和口腔科候诊区H的甲苯所占芳香烃的比例最大(34%±26%).绝大多数采样点的室内和室外VOCs浓度的比值(I/O)大于1.0,一些候诊区中芳香烃、卤代烃和环烷烃的I/O远大于1.0,表明这些污染物存在一定的室内来源.     

取代苯酚臭氧氧化表观速率常数的QSPR研究

在298 K,1.013×105 Pa条件下,对22种取代苯酚在水溶液中的臭氧降解过程的动力学进行了实验研究,采用紫外分光光度法测定了降解过程中取代苯酚的浓度,并求得反应级数和反应表观速率常数。使用Gaussian 98程序中B3LYP6-311G**方法,计算了取代苯酚的结构参数及热力学参数,并采用QSPR方法研究了表观速率常数与其结构及热力学参数之间的关系。研究结果表明:取代苯酚的臭氧氧化反应属0级反应,表观速率常数与其结构和热力学参数之间存在线性关系,相关方程的相关系数R2=0.978,标准误差SD=0.050,分子的极化率是影响表观速率常数的主要因素。     

Mechanism and kinetic properties of NO3-initiated atmospheric degradation of DDT

In this article, the NO3 radical-initiated atmospheric oxidation degradation of DDT was theoretically investigated using molecular orbital theory calculations. All the calculations of intermediates, transition states and products were performed at the MPWB1K/6-311+G(3df,2p)//MPWB1K/6-31+G(d,p) level of theory. Several energetically favorable reaction pathways were revealed. The formation mechanisms of secondary pollutants were presented and discussed. The rate constants were deduced over the temperature range of 273–333 K using canonical variational transition-state(CVT) theory with the small curvature tunneling(SCT) method. Our study shows that H abstraction from the alkyl group and NO3 addition to the C3 atom of the benzene ring are the dominant reaction pathways. The rate-temperature formula of the overall rate constants is k(T)(DDT+NO3) =(7.21 × 10.15)exp(–153.81/T) cm3/(mol·sec) over the possible atmospheric temperature range of 273–333 K. The atmospheric lifetime of DDT determined by NO3 radical is about 52.5 days, which indicates that it can be degraded in the gas phase within several months.