分子电性距离矢量用于多氯代二苯并呋喃光解半衰期的QSPR研究（Molecular Electronegativity Distance Vector（MEDV）Applied to Quantitative Structure-Property Relationship Study on Photolysis Half-Lives of PCDFs）

多氯代二苯并呋喃(PCDFs)是一种典型的持久性有机污染物(POPs),光解是其在环境中转化的主要途径.以分子电性距离矢量(Molecular Electronegativity Distance Vector,MEDV)为参数,应用多元线性回归(Multiple Linear Regression,MLR)和偏最小二乘回归(PLSR)对48种PCDFs在云杉针叶和飞灰表面的光解半衰期(t1/2)进行模拟分析,均获得由2个变量所建的定量结构-性质相关(QSPR)模型.多元线性回归结果:建模相关系数(R)分别为0.860和0.836,标准偏差(SD)分别为0.052和0.053,交互检验复相关系数(Rcv)分别为0.839和0.807,外部检验相关系数(Qex)t分别为0.939和0.853;偏最小二乘回归结果:建模相关系数(R)分别为0.857和0.829,交互检验复相关系数(Rcv)分别为0.849和0.807.结果表明,MEDV能较好地表征该类分子的结构信息,所建QSPR模型具有良好的稳定性和预测能力.     

有机磷农药化学结构与色谱保留值定量关系研究（Research on the Relation between Chemical Structures of Organophosphorus Pesticide Residues and Their Chromatography Retention）

利用开放源代码软件CDK(Chemistry Development Kit)描述符和GC-MS以及GC-FPD测定值,对人参根部101种残留有机磷农药进行结构表征,分别以多元线性回归和偏最小二乘回归法建立定量结构色谱保留值关系模型.逐步线性回归模型的相关系数为R=0.942(R2=0.893),交互检验的复相关系数为R=0.912(R2cv=0.832).偏最小二乘模型的相关系数为R2=0.720,交互检验的复相关系数Q2=0.552.结果表明,原子极化率和电荷偏面积等分子属性具有表征能力强等优点,所建模型具有良好的稳定性和估计能力.     

酚类化合物结构与醇/水分配系数(logK_(ow))关系研究

将不同非氢原子自身及非氢原子之间的关系参数化并构建出新的结构描述符,对部分酚类化合物分子结构进行了参数化表达。采用逐步回归(SMR)与多元线性回归(MLR)相结合的方法建立了化合物结构与醇/水分配系数(log Kow)之间的关系模型,模型的建模相关系数(r)为0.988,标准偏差(SD)为0.121;"留一法"交互检验的相关系数(Q2)为0.966,标准偏差(SDCV)为0.148。结果表明结构描述符能较好地表征化合物分子结构特征,所建模型稳定性好,预测能力强,对于酚类化合物QSPR研究具有一定的参考价值。     

部分含氯芳烃结构与孔雀鱼半数致死浓度(-logLC_(50))定量活性相关研究

构建了不同类型的分子顶点之间的电性关系作为结构描述符,对部分含氯芳烃化合物结构进行了参数化表征,共得到7个与化合物结构密切相关的结构描述符。逐步回归(SMR)筛选变量后,分别运用多元线性回归(MLR)和偏最小二乘回归(PLS)建立了化合物结构与孔雀鱼半数致死浓度(-log LC50)之间的关系模型,两模型建模相关系数(r2)分别为0.871、0.862;"留一法"交互检验的相关系数(Q2)分别为0.808、0.589。结果表明分子结构描述符能恰当地表征化合物结构特征,所建模型具有良好的稳定性和预测能力。     

饮用水中挥发性有机物结构与色谱保留时间的关系

将有机化合物分子中的非氢原子分为4类,将不同非氢原子自身及非氢原子之间的关系作为结构描述符,对部分饮用水中挥发性有机物分子结构进行了参数化表达.采用逐步回归(SMR)与偏最小二乘回归(PLS)相结合的方法构建了化合物结构与色谱保留时间(t_R)之间的关系模型,模型的建模相关系数(R~2)为0.955,"留一法"交互检验的相关系数(Q~2)为0.894,标准偏差(SD)为0.803.结果表明结构描述符能较好地表征化合物分子结构特征,所建模型稳定性好、预测能力强,对于挥发性有机污染物QSRR研究具有一定的参考价值.     

一种新型拓扑分子表征方法的应用研究

采用本实验室新近提出的新型广义相关指数表征41个烃基酚类环境毒物结构并与其活性建立定量构效相关模型.采用逐步回归对变量进行筛选后,运用多元线性回归建模的复相关系数(Rcum)、交互校验的复相关系数(Qcum)和外部样本检验复相关系数(Qext)分别为Rcum=0.967、Qcum=0.931与Qext=0.944,优于文献中的报道值.模型具有良好的稳定性和预测能力,表明此类新型广义相关指数能较好地表征该类分子结构信息,值得进一步推广应用。     

含氯苯酚类化合物结构表征与毒性预测

将有机化合物中的不同非氢原子及非氢原子之间的关系参数化得到新的结构描述符,运用该描述符对部分含氯苯酚类化合物分子结构进行了参数化表征。采用偏最小二乘回归(PLS)方法构建了化合物结构与毒性(-lg IC50)之间的关系模型,模型的建模相关系数(R2)为0.948,"留一法"交互检验的相关系数(Q2)为0.922,标准偏差(SD)为0.184。结果表明结构描述符能较好地表征化合物分子结构特征,所建模型稳定性好、预测能力强,对于酚类化合物QSAR研究具有一定的参考价值。     

蒽醌化合物的光解动力学及定量结构-性质关系

以高压汞灯为光源, 测定了15 种蒽醌化合物(ATQs)的光解速率常数(k), 讨论了取代基位置、数目及种类对ATQs 光解速率的影响.另外,选取9 种氨基蒽醌, 应用偏最小二乘(PLS)算法, 建立了关于k的定量结构-性质关系(QSPR)模型. 根据该模型, 决定k值大小的主要因素包括:分子生成热、H 原子所带最大正电荷、C 原子所带最大负电荷,以及分子最低未占据轨道与最高占据轨道能量差.     

土壤中邻苯二甲酸酯气相色谱保留分异及其构效关系

本文选择典型HP-5MS色谱柱和选择离子扫描模式(SIM),通过不同土壤加标回收验证和分析参数调节,优化建立了适用于土壤中邻苯二甲酸酯(PAEs)的气相色谱-质谱联用(GC-MS)检测分析方法,揭示了PAEs色谱保留分异特征;结合PAEs主要电子结构和热力学性质的量子化学Hartree-Fock计算,由偏最小二乘(PLS)分析方法成功发展了PAEs色谱保留分异的定量结构-性质相关关系(QSPR).研究结果显示,GC-MS分析方法对土壤中酞酸酯的平均回收率在70.64%—119.80%之间,相对标准偏差为0.23%—16.45%,表明其对不同土壤中PAEs的分析测定具有较好适宜性.QSPR对色谱保留分异的调整累积解释方差R2y,cum(adj)达0.968,累积交叉验证相关系数Q2cum和外部预测相关系数Q2EXT分别为0.941与0.854,表明模型具有较好的稳定性和预测性能,可满足PAEs未知色谱保留行为准确预测和定性识别的要求.QSPR分析表明,PAEs分子的极化率及其与弱极性固定相分子间的色散作用是主导其色谱保留分异与变化的重要结构因子,而PAEs的热力学稳定性越强,热运动越慢,越可能极大促进PAEs在色谱固定相表面通过色散而非化学作用介导的吸附过程,延长色谱保留时间.这对环境中PAEs的分析与鉴定具有重要的科学意义.     

含氯苯酚类化合物结构表征与毒性预测

将有机化合物中的不同非氢原子及非氢原子之间的关系参数化得到新的结构描述符,运用该描述符对部分含氯苯酚类化合物分子结构进行了参数化表征。采用偏最小二乘回归(PLS)方法构建了化合物结构与毒性(-lgIC₅₀)之间的关系模型,模型的建模相关系数(R²)为0.948,“留一法”交互检验的相关系数(Q²)为0.922,标准偏差(SD)为0.184。结果表明结构描述符能较好地表征化合物分子结构特征,所建模型稳定性好、预测能力强,对于酚类化合物QSAR研究具有一定的参考价值。     

零价铁降解氯代有机污染物的QSPR研究

利用密度泛函理论B3IYP/6-31G(d)水平计算氯代有机污染物绝热电子亲合能(EAad)、垂直电子亲合能(EAvert)及C-Cl键键离解能(BDE),据此研究零价铁对该类化合物脱氯降解的定量结构-性质关系(QSPR).结果表明,描述符EAad和BDE所建QSPR模型效果均较好,同时EAad可以很好地体现还原过程,BDE则对于降解途径预测具有较大价值.     

气相有机化学品与羟基自由基反应速率常数的QSAR模型

气相中有机化学品与羟基自由基(!OH)反应速率常数(k_(OH))是评价化学品大气持久性的重要参数.而化学品种类繁多,现有的k_(OH)实验数据不能满足其生态风险评估的需求.因此,需要建立一种能够快速预测有机化学品k_(OH)的方法,填补现有数据的缺失.本研究搜集整理了917种有机化合物的k_(OH)实验值,采用逐步多元线性回归法(MLR)和支持向量机法(SVM)分别构建了用于预测多种类化合物lgk_(OH)的线性和非线性定量结构-活性关系(QSAR)模型.基于MLR的预测模型具有良好的拟合度(经校正的相关系数的平方R_(adj.tr)~2=0.862、均方根误差RMSE_(tr)=0.455)、稳健性(交叉验证系数Q_(LOO)~2=0.856)和预测能力(外部验证系数Q_(ext)~2=0.850).基于SVM的预测模型也具有良好的拟合度(R_(adj.tr)~2=0.915,RMSE_(tr)=0.358)和预测能力(Q_(ext)~2=0.860).机理分析表明,最高占据分子轨道能(E_(HOMO))、卤素原子在分子中所占的百分比(X%)和分子中具有=CH—结构的数目(NdsCH)是最重要的3个描述符,解释了数据集78.3%的方差.采用Williams法表征模型的应用域.所建立的模型可用于预测烷烃、烯烃、炔烃、芳香族化合物、醇类、酮类、醚类、醛类、酸类、酯类、卤代化合物、含氮化合物、含硫化合物等室温下的k_(OH).     

酚类化合物臭氧氧化速率的神经网络研究

酚类化合物(BP)是重要的工业原料或中间体,但工业废水含有的酚类化合物会对环境造成污染。为建立酚类化合物臭氧氧化速率的QSPR(quantitative structure-property relationship)预测模型,分析了23种酚的分子结构与臭氧氧化速率之间的相关关系,计算了这些酚的分子连接性指数和分子形状指数,优化筛选了连接性指数的1χ和2χ、分子形状指数的K1和K2共4种参数,将其作为BP神经网络的输入层变量,臭氧氧化速率作为输出层变量,采用4:2:1的网络结构,获得了令人满意的QSPR神经网络预测模型,模型总相关系数r为0.976,计算得到的臭氧氧化速率的预测值与实验值较为吻合,平均残差仅为0.05;为检验结构参数建立模型的普适性,同样方法建立对酚类化合物的辛醇-水分配系数的预测模型,模型总相关系数r达到0.993,辛醇-水分配系数的预测值与实验值吻合度较为理想,结果表明,本法建构的神经网络模型具有良好的稳健性和预测能力。     

双酚A类似物雌激素干扰效应的定量结构-活性关系模型

由于双酚A(BPA)具有内分泌干扰等毒性效应,有些国家已经开始限制其在部分工业品生产中使用。一些双酚A类似物因用于替代BPA而被大量使用。因其与双酚A具有相似的分子结构,双酚A类似物是否也具有内分泌干扰等毒性效应受到越来越多的关注。采用逐步多元线性回归(MLR)方法,构建了可预测双酚A类似物雌激素效应的定量结构-活性关系模型。模型的决定系数R~2=0.899,去一法交叉验证系数Q_(LOO)~2=0.868,Bootstrapping验证系数Q_(BOOT)~2=0.755,均方根误差RMSE=0.339,表明模型具有较好的拟合优度、稳健性;验证集决定系数Q_(EXT)~2=0.921,外部验证系数Q_(EXT)~2=0.810,均方根误差RMSE=0.638,表明模型具有较好的预测能力。采用欧几里德距离方法和Wil iams图表征了模型应用域,依据分子描述符对模型进行了机理解释,并用所建模型,填补了22种其他双酚A类似物缺失的雌激素干扰效应数据。     

VSMP预测两种不同电子受体对酚类化合物厌氧降解的影响

以原子类型电拓扑状态指数(ETSI)表征19个酚类化合物的分子结构,应用基于预测的变量选择与模型化(VSMP)方法,建立了酚类化合物在产甲烷和脱氮两种厌氧环境下的降解效果与分子结构的定量相关模型.结果表明:在产甲烷环境中,影响酚类化合物厌氧降解的主要结构因素是由4个ETSI描述子对应的子结构碎片,即aCHa,aaC-,-NH2和-OH,其中子结构aCHa和aaC-与酚环母体骨架密切相关,而-NH2和-OH反映取代基的变化.通过多元线性回归法建立的产甲烷条件下酚类化合物的结构-厌氧降解性相关模型(QSBR)发现,其模型估计相关系数,r=0.9173,LOO检验相关系数q=0.8461;反硝化条件下,影响酚类化合物厌氧降解的主要结构因素是=(C),aaC-,=O和-Cl,其中子结构aaC-与酚环母体骨架相关,而=(C),=O和-Cl反映支链或取代基的变化.其模型估计相关系数r=0.8953,LOO检验相关系数q=0.8488.以上结果均表明模型具有良好的估计能力与稳定性,进而从建模的角度证明了厌氧环境中,电子受体的选择影响酚类化合物的降解效果和机理.     

多氯代苯并噻吩分子空间坐标指数与气相色谱保留时间的QSPR研究

运用Chem Office软件绘制37个多氯代苯并噻吩三维图,并得到对应的分子空间坐标Pi(xi,yi,zi)。以多氯代苯并噻吩分子的原子距离指数、分子空间特征指数、分子电性距离矢量、氯原子数为分子描述变量,采用多元线性回归和BP人工神经网络建立描述变量与多氯代苯并噻吩的气相色谱保留时间的QSPR模型。结果表明:多元线性回归建模相关系数R=0.9970,SD=2.1830,基于BP人工神经网络建立的模型R=0.9996,SD=0.3123。为多氯代苯并噻吩分子结构与物性的QSPR研究提供了新思路。     

1-取代-2-氨基苯并咪唑化合物毒性和热力学性质的密度泛函理论研究

用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法,在6-31G(d)基组水平上,对8个1-取代-2-氨基苯并咪唑化合物分子进行了全优化计算,得到其轨道能(ENHOMO、ENLUMO以及二者轨道能隙ΔE2)、原子电荷(Q)等量子化学参数,以及热能校正值Eth、恒容热容Cv、熵S等热力学性质,并计算了8种1-取代-2-氨基苯并咪唑化合物分子的电性拓扑状态指数Em。通过最佳变量子集回归建立这些化合物毒性的QSAR模型,以及热力学性质的QSPR模型。模型的相关系数R2和采用逐一剔除法得到的交叉验证相关系数R2cv均大于0.84和0.72,利用2个模型得到毒性的预测值与实验值的误差分别为0.11和0.20,3个热力学性质预测模型的误差分别为3.89%、4.03%和2.64%,吻合度较好,经检验证明所建模型具有良好的鲁棒性和预测能力。研究工作揭示了基团对毒性大小影响的变化规律、有利于对苯并咪唑类化合物在生态环境中的危害性进行评价,可为研发高效、低毒的苯并咪唑类新型药物提供理论依据。     

多环芳烃光解活性的量子化学研究

应用量子化学从头算HF／6-311 G(d)和B3LYP／6-311 G(d)方法计算了16种PAHs的多种量子化学参数,选取六种参数为分子结构的描述符,采用最小二乘法对16种PAHs的光解半衰期进行逐步多元线性回归分析,得到两个PAHs光解半衰期的QSAR模型,模型具有较高的相关系数,可有效地用于预测PAHs的光解半衰期,结果表明,HF方法所得模型优于B3LYP方法所得的模型,所得模型与基于半经验PM3算法的QSAR模型相比较,HF从头算方法所建立的QSAR模型比半经验PM3算法的结果要好,在所考查的诸多参数中,分子最高占有轨道特征值EHOMO对PAHs光解半衰期起着决定作用,最后,运用所得模型预测了3种PAHs的光解半衰期。     

碳纳米管吸附能力的神经网络理论模型

为了研究碳纳米管吸附环境有机污染物的平衡常数与分子结构之间的定量结构-性质相关关系,基于分子结构及邻接矩阵,计算了59种芳香化合物的分子连接性指数、分子形状指数和电性拓扑状态指数,建立了这59种有机污染物分子在碳纳米管上的吸附能力与~0χ、~3χ、~4χ、~4χ_(pc)、K_2、K_4、I_7、I_9、I_(16)共9种指数的定量结构-性质相关性(QSPR)模型.将上述9种结构参数作为BP神经网络方法的输入神经元,采用9∶3∶1的神经网络结构,获得了令人较为满意的QSPR预测模型,模型的总相关系数R分别为0.976和0.979,利用模型计算得到的吸附能力预测值与实验值(lg K∞、lg KSA,∞)的平均误差分别为0.15和0.14,两者吻合度较好.结果表明芳烃化合物在碳纳米管上的吸附能力与9种结构参数之间有良好的非线性关系,研究对评价芳烃化合物在生态环境中的危险性具有现实意义.     

苯砜基乙酸酯类化合物发光菌毒性效应的CoMFA研究

应用比较分子场分析方法(CoMFA)对56种苯砜基乙酸酯类化合物的发光菌急性毒性进行了研究,获得了6组分三维定量结构-活性相关模型(3D-QSAR)．模型的交叉验证相关系数(q^2)和常规相关系数(r^2)分别为0．823和0．958,说明该模型具有较高的稳定性和较好的预测能力．模型分析表明：该类化合物发光菌急性毒性效应与化合物分子的空间场和静电场具有显著相关关系．