人工神经网络用于对位取代苯酚定量构效关系的研究

本文利用误差反向传播(BP)的人工神经网络(ANN)模型研究了对位取代苯酚衍生物的生物活性与其结构及物理化学性质参数之间的定量构效关系。优化了ANN模型的参数设计,提出了动态调节网络学习速率的经验规则以改善网络的性能。采用f(x)=1/(1+e~(-x))作为网络节点的输入输出转换函数的三层神经网络具有较佳性能,当取隐含节点数为10时,该网络预测26个对位取代苯酚衍生物生物活性的均方误差(mse)为0.036,优于常规构效关系预测结果。     

QSAR结合人工神经网络预测取代氯苯酚生物毒性

取代氯苯酚类化合物是有机化学工业中必不可少的重要原料,现已有邻氯苯酚等4种酚类化合物被美国环保局定为优先控制的有机污染物[1].对此,国内外有关专家对取代氯苯酚的生物毒性进行了广泛研究,但都没有得到有效的构效关系[2-3 ].因此,通过建立取代氯苯酚生物毒性与分子结构间的定量关系,对于预测其生物毒性有着实际的意义.     

头孢类抗生素定量结构-活性关系的密度泛函研究

用量子化学密度泛函方法B3LYP对9种头孢类抗生素的电子结构进行了理论计算, 并对它们进行了定量构效关系研究. 建立了头孢类抗生素分子的结构-活性数学模型: 头孢类抗生素的抑菌活性与QC8, QC7以及偶极距(Dipole)呈正相关关系.     

取代苯酚的定量结构－活性／性质相关性研究

在分子拓扑理论基础上,提出了一个新的价连接性指数~nG=∑(E_i·E_j· E_k...),其中~0G=∑(E_i),~1G=∑(E_i·E_j),并用~0G,~1G研究了取代苯酚（ 含Cl,Br,INH_2,NO_2,COOH,烷基、环烷基、苯基等）的溶解度,辛醇／水分 配系数及对黑曲霉、浮萍、细胞色素P－450、酵母菌等的生物活性,给出了相关方 程。结果表明,新方法计算简单,使用方便,预测值与相应的实验值较好吻合。     

分子三维投影法在苯酚类化合物构效关系研究中的应用

对苯酚类化合物进行三维投影得到了5个形状参数,将其与3个Am指数及8个量子化学参数相结合.由最佳变量子集回归法对变量进行了压缩与选择,运用多元回归分析和人工神经网络法分别构造了预测数学模型,得到了满意的结果.     

13位取代苦参碱衍生物抗癌活性的定量构效关系研究

采用密度泛函理论B3LYP方法计算了13个13位取代苦参碱衍生物的电子结构,研究了化合物结构与抑制人肝癌细胞HepG2抗癌活性的定量构效关系(QSAR).结果表明:(1)13位取代的苦参碱类衍生物的最低空轨道能ELUMO越低,最低空轨道与最高占据轨道的能隙ΔE越小,化合物抗癌活性越高;(2)分子的能量Etotal、面积S以及体积V越大,其极化度P越大,活性越大;(3)分子的油水分配系数logP越大,活性越大,即分子的疏水性增大活性增强.综合得到了显著性较好的QSAR方程:-lgIC50=97.008-11.759ΔE+818.602QC2-2.132×10-4Etotal,可用于预测该类衍生物抑制人肝癌细胞HepG2的活性并进行分子设计.     

吡唑啉酮类衍生物对c-Met抑制活性的特征结构研究

肝细胞生长因子(HGF)/酪氨酸蛋白激酶(c-Met)介导的细胞信号是导致肿瘤细胞产生和转移的主要途径之一。c-Met抑制剂能够阻断HGF/c-Met信号,抑制人类肿瘤的转移发生。本文选用77个结构多样的吡唑啉酮类衍生物作为c-Met抑制剂分子的数据集,随机选取其中16个分子作为检验集,其余作为训练集,采用多元线性回归(MLR)和主成分回归分析(PCA)法对每个分子的648个参数进行回归分析,分别建立定量构效关系的最优预测模型。结果表明,多元线性回归中的逐步筛选法是最佳的建模方法,其所建模型统计结果良好(R2=0.81,SEE=0.37),应用于检验集的结果也较理想(R2=0.83,SEP=0.42),模型可靠性和预测能力较强,能直观反映影响活性的主要因素。此模型的确立有助于指导新型高效c-Met抑制剂药物的筛选和开发。     

7,10-位取代喜树碱衍生物的QSAR研究

利用密度泛函理论(DFT)在杂化泛函B3LYP和基组6-311G(d,p)水平下对7,10-位双取代喜树碱衍生物(CPTs)进行了构型优化,计算出分子的电子结构描述符,利用Chemoffice 8.0软件计算出几个相关的物化描述符;采用逐步多元回归法对该组化合物的抗癌活性与分子描述符之间建立了定量结构-活性关系(QSAR)模型。所建最佳三参数QSAR模型的复相关系数R=0.951;用留一法(leave-one-out,LOO)进行交互检验,得到交互检验系数RCV2=0.778。结果表明,所得QSAR模型具有良好的预测能力,而且影响药物活性的主要因素有化合物分子的结构、最高占据和最低空分子轨道能量差及13-位碳原子的净电荷。     

α－取代乙酰胺类化合物结构与除草活性的构效关系研究

分别研究了Ｎ，Ｎ－二取代－α－氯代乙酰胺类化合物及Ｎ，Ｎ－二取代－α－二硫代磷酰基乙酰胺类化合物结构与除草活性的定量关系。结果表明：氮原子上取代基的大小对两类化合物的除草活性具有相同的影响，只是最适宜的疏水性不同，两类化合物可能具有相同的作用机制。     

取代喹啉类化合物抗菌活性的定量构效关系及分子设计

采用密度泛函理论(DFT)和逐步回归分析法对15种新合成的取代喹啉类化合物进行了定量构效关系(QSAR)研究. 在B3LYP/6-31G(d,p)水平上计算了取代喹啉的量子化学参数, 通过逐步多元回归分析筛选出影响抗菌活性的主要因素, 建立了定量构效关系方程, 并用留一法交叉分析了模型的稳定性及预测能力. 结果表明, C5的亲核电子密度fNC5及C9-N1的键级BC9-N1是影响喹啉类化合物抗金黄色葡萄球菌活性的主要因素, 所得模型对该类化合物抗菌活性有较好的预测效果. 同时基于QSAR研究结果设计了4个活性较高的新喹啉衍生物.     

硝基芳烃对梨形四膜虫急性毒性的定量构效关系研究

硝基芳烃衍生物是炸药、染料、农药和有机合成的重要原料或中间体,应用极为广泛,但它们均为有毒物质,是我国松花江中主要有机污染物之一,其中有些化合物已被美国环保局列为优先监测污染物[1].     

氨基喹啉类生物碱抗疟原虫活性的理论研究

采用密度泛函理论(DFT),Becke三参数混合泛函方法(B3LYP),在6-311+G(d)基组水平,对21种氨基喹啉类化合物分子结构进行几何优化和量化计算.进而将量子化学参数作为基础参数,并结合物理化学参数作为独立变量,以抗疟原虫活性数据pIC50为应变量,运用多元线性回归,建立模型,并通过留一(LOO)交叉验证法对模型进行验证.结果表明C(8)与取代基R1之间的键长R(8,11)、最低空轨道与最高占据轨道之间的能量差εL-H、辛醇-水分配系数LogP、化合物的总能量ET、以及N(1)所带电荷Q(1)是影响氨基喹啉类化合物抗疟原虫活性的重要因素.本文所构建的模型具有良好的稳定性和预测能力,能用于对其抗疟原活性进行理论分析和预测,获得较好的结果.     

本征型聚酰亚胺介电常数的定量构效关系模型构建与研究

综合运用量子化学方法及基团贡献法,采集了78种不同化学结构聚酰亚胺的结构参数.采用通径分析法从16种参数中筛选出了对介电常数具有显著影响的8种结构参数,在此基础上,构建了2种针对聚酰亚胺介电常数的定量构效关系模型,平均相对误差均在10％以内.研究认为影响聚酰亚胺薄膜介电常数的最重要因素为分子体积,从宏观角度来看即体系的...     

一种新的氨基酸描述符及其在肽QSAR中的应用

从20种天然氨基酸的41个randic molecular profiles非零描述符、44个eigenvalue based indices非零描述符和47个walk and path counts非零描述符分别进行主成分分析,得出一种新的氨基酸描述符-SVREW。将其应用于血管紧张素转化酶(ACE)抑制二肽和ACE抑制三肽、苦味二肽和苦味四肽、后叶催产素类似物、HLA-A*0201限制性CTL表位肽的结构表征,应用多元线性回归(MLR)建立定量构效关系模型,同时采用内部与外部双重验证的方法验证模型的稳定性。所建ACE抑制二肽、ACE抑制三肽、苦味二肽、苦味四肽、后叶催产素类似物、HLA-A*0201限制性CTL表位肽的模型复相关系数(R2cum)分别为0.994,0.797,0.948,0.878,0.686,0.720;留一法交互校验复相关系数(R2cv)分别为0.955,0.859,0.879,0.958,0.796,0.843;外部样本校验相关系数(Q2ext)分别为0.990,0.954,0.890,0.950,0.748,0.773。经研究表明SVREW描述符用于肽分子结构表征所建模型的稳定性与预测能力均较好,有望成为多肽定量构效关系研究中一种有效的结构表征方法,可对新药物的发现和研究提供指导。     

基于新型氨基酸描述符SVICE对肽类药物进行QSAR研究

采用20种天然氨基酸的47个information indices描述符、33个connectivity indices描述符和44个eigenvalue-based indices描述符分别进行主成分分析,得出一种新的氨基酸描述符-SVICE.将其分别对三肽血管收缩素转化酶(ACE)、抗菌十八肽(AMP)、苦味活性二肽(BTT)序列表征后,建立结构与活性的SMR-MLR模型,并采用内外部双重验证的方法检验模型的稳定性.所建模型相关统计参量如下:复相关系数(Rcum2)、留一法(LOO)交互校验复相关系数(RCV2)和外部样本校验复相关系数(Qext2)分别为0.988,0.964,0.985;0.990,0.970和0.855;0.949,0.887,0.830.结果表明,运用SVICE描述符建立的MLR模型拟合、预测能力均较好,能较好解释肽类药物的活性与结构间的关系从而为新的强活性肽类药物的分子设计和改造提供了指导.     

基于DFT理论的呋喃环双酰肼类似物的QSAR和3D-QSAR研究

蜕皮激素是一类重要的昆虫生长调节剂,因其结构复杂、极性基团较多,在实际应用上遇到很大困难.自从第一个与天然蜕皮激素结构不同,同样具有蜕皮激素活性的双酰肼类化合物RH5849被报道,大量的二苯基双酰肼类化合物被合成.现有的蜕皮激素类拮抗剂的QSAR和3D-QSAR研究主要集中在二苯基模型和叔丁基团上.因此,借助计算机辅助分子设计技术设计一类结构多样的酰肼类化合物是很有意义的研究.而且,现有二苯基双酰肼的QSAR研究主要采用半径验参数,我们以前的研究表明基于DFT方法选用的量化参数和合理的生物活性构象将得到更好的QSAR和3D-QSAR模型.因此,本研究中我们基于DFT方法选取量化参数,优化分子构象用于含呋喃环双酰肼类化合物(无叔丁基团)的QSAR和3D-QSAR研究.采用密度泛函方法(DFT)在B3LYP/6-31g(d,p)基组下对本课题组合成的27个含呋喃环的双酰肼类化合物进行电子结构特征及QSAR研究,得到如下所示的回归模型(1):2O6.62363.70651.28760.0162(0.0710)(0.6447)(0.3703)(0.0072)EX F aμ=+(1)n=27,q2=0.61,spress=0.43,r2=0.72,s=0.37,F=19.34方程(1)表明,靠近呋喃环的羰基氧原子的静电效应对化合物的杀虫活性有重要影响,氧原子上的加权亲电电子密度越大,化合物的杀虫活性值增大.之前的研究发现,化合物的电子极化率(α)不但与摩尔折射率相关,也与化合物的疏水性有很大的相关性.因此,方程(1)中α的系数表明化合物与受体结合时应具有适当的立体效应和疏水效应.为了验证QSAR模型的质量,基于化合物的活性分布和结构特点,我们把27个化合物随机分成训练集22个化合物和测试集5个化合物.采用和方程(1)中相同的参数,得到新的方程(2):2O6.59163.92171.28370.0187(0.0867)(0.8166)(0.4206)(0.0086)EX F aμ=++(2)n=22,q2=0.53,spress=0.50,r2=0.69,s=0.41,F=13.33采用方程(2)建立的回归模型预测测试集中的5个化合物的活性,它们的预测活性与实验活性接近,表明方程(2)有较好的预测能力,同时也表明采用相同参数的方程(1)模型也有较好的预测能力.基于DFT方法优化得到的分子构象和ESP拟合电荷也用于3D-QSAR研究中.CoMFA结果显示,模型的交叉验证系数q2为0.639,最佳主成分数为2,立体场和静电场的贡献分别为46.8%和53.2%,用于非交叉验证的相关系数r2为0.819.用此模型预测了测试集中5个化合物的预测活性,与它们的实验活性值吻合较好,表明获得的CoMFA模型是可靠的,模型中静电场的贡献为主,与我们前面QSAR研究中的结论是一致的.同样也得到了不同场组合的CoMSIA模型,基于不同场的相对贡献,选定EHA组合为最佳模型,其交叉验证系数q2为0.625,最佳主成分数为3,非交叉验证的相关系数为0.893.此模型同样预测了测试集中5个化合物的预测活性,与它们的实验活性值吻合较好.说明得到的CoMSIA模型也是合理、可靠的.此外,我们选取化合物中高活性化合物10和低活性化合物25,分别分析了CoMFA和CoMSIA场中影响它们活性的主要因素,对比发现:苯环上取代基的电负性越强,对活性越有利;苯甲酰基对位取代基的立体效应和亲水性越强,对提高活性越有利.本研究对优化、改造现有双酰肼类化合物提供理论依据,为进一步设计结构多样化的蜕皮激素类似物提供初步理论指导.     

α—取代乙酰胺类化合物结构与除草活性的构效关系研究

分别研究了Ｎ，Ｎ－二取代－α－氯代乙酰胺类化合物及Ｎ，Ｎ－二取代－α－二硫代磷酰基之酰胺类化合物结构与除草活性的定量关系，结果表明，氮原子上取代基的大小对两类化合物的除草活性具有相同的影响，只是最适宜的疏水性不同，两类化合物可能具有相同的作用机制。     

3-烷氧基-6-取代苯氧基哒嗪的合成及其除草活性的构效关系

用3,6-二取代苯氧基哒嗪与醇钠进行亲核取代反应的新方法合成19个3-烷基-6-取代苯氧基哒嗪.对目标化合物进行了pI₅₀和盆栽除草活性的测试,部分化合物的活性高于对照药品马来酰肼.初步定量构效关系的结果表明:苯环3,4位上带有吸电子取代基以及增加分子的脂溶性对提高除草活性有利     

2-(4-取代-苯基)-3-异噻唑啉酮抗菌活性的定量构效关系研究

用密度泛函理论和逐步回归分析方法对22种新合成的2-(4-取代-苯基)-3-异噻唑啉酮化合物进行了结构与抗菌活性研究. 通过对平衡几何构型、前线轨道组成和Mulliken电荷分布的分析得出: S(1), N(2)原子是该类化合物的主要活性部位, 且5位氯取代的化合物抗菌活性较好. 通过回归分析, 筛选了影响抗菌活性的主要因素, 建立了定量构效关系方程. 结果表明, 硫原子的亲核前线电子密度、3D-Balaban指数、S(1)-N(2) Wiberg键级和Schultz分子价拓扑指数是影响异噻唑啉酮类化合物抗大肠杆菌活性的主要因素, 所得模型对化合物抗菌活性有较好的预报能力.