多环芳烃交叉反应率QSAR模型构建及半抗原设计

多环芳烃(PAHs)作为主要环境污染物和致癌物受到广泛关注。免疫分析技术应用于多环芳烃检测时,由于其潜在交叉反应物太多,很难通过实验来确定所有的交叉反应率(CR)。本研究采用定量构效关系(QSAR)中的比较分子力场分析法(CoMFA),对芘多克隆抗体的CR进行了预测。结果表明,化合物的CR与其三维结构相关,立体场贡献率95%,静电场贡献率5%,相关性结果与随机选取的测试化合物的实际CR进行了比较,证明模型具有良好的预测能力。该模型被用于预测其他17种多环芳烃的CR,同时运用分子模拟和量子化学计算,从空间结构、疏水性、原子电荷、前线分子轨道和静电势比较了引入连接臂的三种半抗原,最终确定1-芘丁酸为最佳半抗原。     

硝基芳烃对梨形四膜虫毒性的QSAR研究

用30种硝基芳烃化合物DFT-B3LYP/6-311G**全优化计算结构参数: 最高占有和最低未占分子轨道能级(E_HOMO和E_LUMO)、次最高占有和次最低未占分子轨道能级(E_NHOMO和E_NLUMO)、前线轨道能级差(ΔE＝E_LUMO－E_HOMO)、分子的总能量(E_T)、硝基和硝基碳上净电荷(Q_NO2和Q_C-NO2)、与卤素相连碳原子上的净电荷(Q_C-X)、分子偶极矩(μ)和分子体积(V), 结合文献中的疏水性参数(log K_ow), 按取代基类型和数目分类进行其对梨形四膜虫急性毒性(－log IC₅₀)的定量构效关系(QSARs)研究. 结果表明, 前线轨道能级对硝基芳烃毒性作用有重要贡献, 硝基芳烃对梨形四膜虫的毒性作用主要以与生物分子发生电子转移等化学反应为主, 单硝基芳烃的毒性作用还与疏水性有关. 卤素的存在增加了硝基芳烃化合物的毒性, 卤素易被亲核取代. 对30种标题物作多元线性回归, 所得模型(－log IC₅₀＝18.037＋10.446Q_NO2－41.323ΔE－20.471E_NLUMO＋24.989E_NHOMO, n＝30, R＝0.962, SE＝0.185, F＝78.640, Sig.＝0.000)具有较高毒性预测作用.     

对硝基杯[8]芳烃的合成及其与奥克托今的配合

以对叔丁基苯酚与多聚甲醛为原料合成了对硝基杯[8]芳烃.利用紫外光谱研究了对硝基杯[8]芳烃与奥克托今(HMX)在氯仿中的配合性能.用量子化学半经验AM1和ab initio HF/3-21G方法,分别得到主、客体及其超分子体系几何全优化结构.结果表明,主客体分子形成了1: 1的配合物,标准状况下对硝基杯[8]芳烃与HMX形成超分子体系后较单体能量之和减少60.76 kJ/mol,主客体间可形成氢键.对硝基杯[8]芳烃与HMX超分子体系的稳定常数Kw从288 K的1.138×1012降至408 K时的1.121×105.     

化合物色谱保留参数与其三维结构关系的研究

利用比较分子场分析(CoMFA)方法,建立了烷基取代苯、氯代苯、多环芳烃和二硝基取代芳烃等4类结构相近的化合物在甲醇／水体系中反相C18柱上的保留参数a,c值与其三维结构之间关系的定量模型。前3类化合物所得到的3个模型的交叉验证相关系数q2均大于0.5,其中针对烷基取代苯、氯代苯所建立的两个模型的非交叉验证相关系数r2大于0.995,表明模型具有较好的预测能力。该研究结果对进一步开展化合物液相色谱保留参数与其三维结构关系的研究提供了思路和方法。     

鲤鱼组织ATPase活性抑制和构效分析

在离体实验条件下测定了20种硝基芳烃化合物对鲤鱼鳃和肾的ATPase活性的半抑制浓度c_I50值.以辛醇-水分配系数1gp、一阶价分子连接性指数¹x^v、指示变量I、分子分支指数¹K_a、取代基常数总和∑_σ-和分子最低空轨道能E_lumo为参数,依据20种硝基芳烃化合物对鲤鱼鳃和肾的ATPase活性的半抑制浓度-lgc_I50值,进行构效分析,建立了20种硝基芳烃化合物的QSAR方程.结果表明,∑_σ-、I、E_lumo3个参数与硝基芳烃对鲤鱼组织ATPase毒性密切相关,并预测和探讨了毒性作用机制.     

硝基芳烃类含能材料撞击钝度的比较分子力场分析

基于比较分子力场分析(CoMFA)方法建立34种硝基芳烃类炸药分子的结构与撞击钝度(DH)的三维定量构效关系(3D-QSAR)。训练集中28个化合物用于建立预测模型,测试集6个化合物作为模型验证。已建立的CoMFA模型的交叉验证系数(Q~2)、非交叉验证系数(R~2)分别为0.432、0.923,说明所建模型具有较强的稳定性和良好的预测能力。该模型中立体场、静电场贡献率依次为37.9%、62.1%,表明影响撞击钝度DH的主要因素是取代基的电荷分布,其次是取代基的空间位阻。所建模型可用于指导该类化合物的设计。     

硝基芳烃对圆腹雅罗鱼毒性的DFT研究

对30种硝基芳烃化合物进行DFT-B3LYP/6-311G**水平全优化计算, 据所得量子化学参数分类建立了硝基苯类和硝基苯胺类化合物对圆腹雅罗鱼急性毒性(－lgEC₅₀)的定量构效关系(QSARs)模型. 结果表明, 硝基苯类化合物的毒性主要由硝基基团的电荷(Q_-NO2)和前线轨道能级差(ΔE)决定; 硝基苯胺类化合物的毒性则由分子最低未占轨道能级(E_LUMO)和ΔE决定. 苯环上取代基的类型、数目和取代位置直接影响到标题化合物的毒性大小, 强吸电子基如硝基会降低Q_-NO2和E_LUMO大小, 使化合物毒性增强, 且邻对位硝基取代的毒性高于间位取代; 相反, 给电子基团氨基的存在则会使化合物的毒性降低. 总之, 硝基是这两类化合物致毒的主要基团, 将硝基包覆或还原为氨基应为此类化合物解毒的重要途径. 最后以1,4-二硝基苯为例, 模拟了其活性亚硝基中间产物与蛋白质中还原性巯基间的反应, 并将其与硝基苯和1,3-硝基苯的反应活化能进行了比较, 讨论了不同取代基数目和位置对分子活性的影响, 结果与QSAR模型分析一致, 进一步验证了硝基芳烃化合物的致毒历程, 研究结果对品优高能炸药的分子设计也有助益.     

马来酰胺类糖原合成酶激酶-3β抑制剂的分子对接和三维定量构效关系

通过分子对接和三维定量构效关系(3D-QSAR)两种方法来确定两类马来酰胺类的糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)抑制剂的结合方式. 首先, 用分子对接确定抑制剂与GSK-3β结合模式及其相互作用; 然后用比较分子力场分析法(CoMFA)与比较分子相似性指数分析法(CoMSIA)对48个化合物做三维定量构效关系的分析. 两种方法得出的交互验证回归系数分别为0.669(CoMFA)和0.683(CoMSIA), 证明该模型具有很好的统计相关性, 同时也说明该模型具有较高的预测能力.根据该模型提供的信息, 设计出9个预测活性较好的分子.     

预测氯代芳烃对戈卑鱼毒性的理论研究

为建立氯代芳烃对戈卑鱼毒性相关的QSAR模型,分析了22种氯代芳烃的结构特征,计算了各个分子的分子连接性指数.通过多元线性逐步回归分析研究,筛选了其中4种分子连接性指数~0X,~2X,~3X和~4X_(PC),建立了这4种指数与氯代芳烃对戈卑鱼毒性的定量结构-活性相关的QSAR模型,方程的相关系数R=0.979,判定系数R_(adj)~2=0.959,标准误差S=0.134,经检验该模型具有良好的稳定性和预测能力.     

马来酰胺类糖原合成酶激酶-3β抑制剂的分子对接和三维定量构效关系

通过分子对接和三维定量构效关系(3D-QSAR)两种方法来确定两类马来酰胺类的糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)抑制剂的结合方式.首先,用分子对接确定抑制剂与GSK-3β的结合模式及其相互作用;然后用比较分子力场分析法(CoMFA)与比较分子相似性指数分析法(CoMSIA)对48个化合物做三维定量构效关系的分析.两种方法得出的交互验证回归系数分别为0.669(CoMFA)和0.683(CoMSIA),证明该模型具有很好的统计相关性,同时也说明该模型具有较高的预测能力.根据该模型提供的信息,设计出9个预测性较好的分子.     

磺化杯芳烃的超分子组装体构筑及其功能

磺化杯芳烃具有非常强的分子键合能力, 被广泛用于水相超分子自组装研究. 介绍了磺化杯芳烃与客体阳离子形成超分子组装体的主要驱动力和形貌调控因素; 总结了包括主体诱导客体聚集、客体诱导主体聚集及主客体共组装在内的三种主要聚集模式; 并展望了其在刺激响应材料、药物传递载体、多功能超分子平台和超分子催化等领域的重要应用前景.     

DATA类逆转录酶抑制剂的三维定量构效关系

采用对接方法得到HIV-1抑制剂DATA(二芳基三嗪类)分子的活性构象, 进一步用比较分子场分析(CoMFA)和比较分子相似性分析(CoMSIA)法对DATA类逆转录酶抑制剂(RTIs)的三维定量构效关系(3D-QSAR)进行了研究, 建立3D-QSAR模型, 以指导进一步结构修饰. 用此模型预测了5个DATA类似物, 预测偏差较小, 表明了所建立的模型具有较强的预测能力.     

有机污染物在碳纳米管吸附的定量结构-性质关系

对一系列共59个芳香性分子进行了HF/6-31G*水平上的结构优化,并在优化结构上进行了分子静电势及其导出参数的计算,应用多元线性回归方法建立了碳纳米管吸附有机污染物的平衡常数与分子结构间的定量关系.结果表明,分子表面静电势参数(Vmin、σ2+和ΣV+ind)结合分子表面积(S)和最低空轨道能级(εLUMO)可以很好地用于构建碳纳米管吸附的定量结构-性质关系(QSPR)模型.模型中引入的参数均具有明确的物理意义,其合理性可以从污染物与碳纳米管或水分子间相互作用的角度进行解释.模型的稳定性和预测能力经"留一法"和Monte Carlo交叉验证法进行了确证.本文亦采用支持向量机(SVM)、最小二乘支持向量机(LSSVM)和高斯过程(GP)等三种方法建立了上述参数与碳纳米管吸附性质的非线性模型.SVM和LSSVM模型表现出强的拟合能力,但预测能力明显不如其他模型.GP模型无论是拟合能力还是预测能力都是最佳,但并没有明显地优于线性模型,说明对本文研究体系而言,其分子结构与性质间的关系主要以线性形式存在.     

分子电性距离矢量用于稠环芳烃液相色谱保留值的QSPR研究

采用分子电性距离矢量(Molecular Electronegativity Distance Vector,MEDV)表征稠环芳烃类化合物的分子结构.分别运用多元线性回归(Multiple Linear Regres-sion,MLR)和偏最小二乘回归(PLS)建立了稠环芳烃类化合物结构与其液相色谱(LC)保留值的定量结构一性质关系(QSPR)模型,同时采用内部及外部双重验证的办法对所建模型稳定性能进行分析和验证,建模计算值、留一法交互检验预测值和外部样本预测值的复相关系数Rcum、RLOO、Qext分别为0.9970,0.9950,0.9925(MLR);0.9930,0.9790,0.9917(PLS).结果表明,MEDV能较好地表征该类分子结构信息,所建QSPR模型具有良好的稳定性和预测能力.为稠环芳烃类化合物分离、纯化、检测等方法的建立,提供有效的理论依据.     

分子相似性方法用于药物反相色谱定量结构色谱保留关系的研究

 应用分子相似性方法研究药物的反相色谱定量结构 色谱保留关系 (QSRR)。在全面考察药物的分子结构参数的基础上 ,采用分子相似性计算方法 ,将化合物结构信息变量转换为相似系数变量 ,并结合人工神经网络技术 ,对 16 2种药物进行反相色谱定量结构与色谱保留关系的研究。成功地应用分子相似性方法实现了对容量因子这一色谱保留参数的预测 ,建立了物理意义明确、预测能力较强的分子结构参数与反相色谱流动相溶剂强度和容量因子之间的定量关系模型 ,实验验证的结果也比较理想。     

氮杂杯[2]-间/对-芳烃[2]三嗪与RDX氢键作用理论研究

利用MP2和mPWPW91方法,在6-311G**和6-311++G**基组水平上研究了RDX分别与硝基、氨基和迭氮基取代的氮杂杯[2]-间-芳烃[2]三嗪和氮杂杯[2]-对-芳烃[2]三嗪形成的分子间氢键相互作用,并借助自然键轨道(NBO)和分子中的原子(AIM)理论揭示了氢键的本质.结果表明,氮杂杯[2]-间-芳烃[2]三嗪复合物中氢键主要发生在RDX与三嗪环及其取代基之间;氮杂杯[2]-对-芳烃[2]三嗪复合物中氢键主要发生在RDX与杯芳烃环及其取代基之间.分子间相互作用能在-18.82~-40.62kJ/mol之间;经基组叠加误差(BSSE)校正后,相互作用能顺序为e>f≈b>a>c>d和e′>b′>f′>a′>d′>c′.两类复合物中,氨基取代的复合物分子间氢键强于硝基或叠氮基复合物分子间氢键,氨基氮杂杯[2]-对-芳烃[2]三嗪与RDX形成的氢键最强,有望作为降低火炸药感度、进行火炸药废水处理的候选物.为获得稳定性较强的RDX-氨基氮杂杯芳烃超分子炸药,应该选取介电常数较大的溶剂.     

过渡金属催化硝基芳烃的脱硝基偶联反应研究进展

硝基芳烃是一类极为常见的有机合成原料,合成方便、廉价易得.近年来,在过渡金属催化下,硝基芳烃参与的脱硝基偶联反应已经引起化学家们的广泛关注.基于硝基芳烃的脱硝基偶联,就构建不同碳–杂(碳)键研究进展进行简要综述.     

硝基芳烃对梨形四膜虫毒性的定量构效关系解析

应用半经验方法AM1计算了42种硝基芳烃的19个量子化学和理化参数, 结合部分取自文献的分子结构符和梨形四膜虫的急性毒性数据, 采用偏最小二乘法回归分析建立了硝基芳烃对梨形四膜虫的毒性定量预测模型, 对该类化合物的急性毒性机理进行了讨论并对所建立模型与文献中相关报道的模型的评价指标进行了比较. 模型的内部交叉检验和外部测试检验结果均显示所获得模型具有较高的拟合精度和较好的预测效果(R²＝0.946, ＝0.921, P＝5.5×10^－18, F＝453.53, SD＝0.171), 其评价指标优于文献中报道的其它模型结果. 模型变量重要性分析表明, E_LUMO, a, , E_T, MW, CSV及MR对硝基芳烃的毒性大小有较大的制约作用, 硝基芳烃对梨形四膜虫所表现出来的毒性随着E_LUMO, E_T, △E的增大而减少, 随a, , , △H_f,, MW, CSV及MR的增大而增大. 导致E_T和△H_f对梨形四膜虫的毒性大小贡献的不同步, 被认为是由于硝基芳烃对梨形四膜虫多种致毒机制共存所造成.     

壳层悬挂β-环糊精单元的两亲性超支化聚合物的分子包合与识别行为

采用紫外分光光度法研究了两种壳层悬挂β-环糊精单元的两亲性超支化聚合物在缓冲溶液(25 ℃, pH=11)中的分子包合与识别行为. 结果表明, 两种聚合物具有来自环糊精单元和两亲性超支化聚合物的双重包合能力, 可分别与水溶性染料分子酚酞(PP)、甲基橙(MO)、有机小分子对硝基苯酚(p-NP)等3种客体分子发生单客体包合效应, 而且其包合能力强于单一的环糊精或两亲性超支化聚合物; 通过客体分子PP和MO证实了这两种聚合物还具有双重识别能力, 可以与PP和MO发生双客体包合效应.     

基于杯[4]芳烃的手性识别*

手性杯芳烃是一类重要的主体化合物,在手性识别、对映体分离和不对称催化等方面有着广泛的用途。[4]芳烃引其稳定的构象和易于修饰的特点,成为研究最为广泛的杯芳烃分子,其中大量的文献报道了能够用于对映体识别和检测的手性[4]芳烃。在手性识别的研究中,荧光、紫外和核磁是3中最常见的研究方法,本文根据这3种方法进行分类,综述了近年来以杯[4]芳烃为分子骨架的手性受体的合成及其在手性识别中的应用。最后对手性[4]芳烃的发展前景作了展望。