发光细菌对苯胺类化合物的毒性测定和QSAR研究

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苯胺类化合物系指苯胺分子中的氢原子被其它功能团取代后形成的一类化合物。此类化合物通常是高沸点液体或低熔点固体,具有难溶于水、生物累积和环境持久性等特点;多数对人血液和神经的毒性非常强烈,重度中毒可引起溶血性黄疸、中毒性肝炎及肾损害;甚至可对人体产生致癌、致畸、致突变作用,严重危害着人体健康。一旦进入水体,不仅对水生生物产生很强的毒性,而且通过自然水体中的微生物降解作用很难消除其影响,严重威胁饮水安全。因此研究此类化合物的毒性与定量结构-活性关系具有很大的环境意义和社会意义。  定量结构-活性相关(QSAR)是一个交叉学科点,它包含了多门学科内容,其中有数学、物理、化学、生物、计算机等等。它揭示了分子结构描述符与物理化学活性之间的定量函数关系。当前QSAR研究方法已经被广泛的应用于环境科学领域,其已成为对环境中有机污染物的迁移、转化和分布行为进行生态风险评价的一个重要手段。QSAR研究方法的综合性、理论性和程序化将随着计算机的发展变得更加强大。  本文首先通过实验测定了苯胺类化合物对青海弧菌(Q67)的毒性;在此基础上对此类化合物进行 QSAR研究。本研究第一步:进行了苯胺类化合物对青海弧菌(Q67)的毒性(–lgEC50)的测定;第二步:采用密度泛函理论(DFT)方法对苯胺类化合物的分子结构进行了全优化计算,得到其量子化学参数;第三步:采用GQSARF2.0和SPSS12.0 for Windows统计程序以得到的量子化学参数作为理论描述符,进行正向多元逐步回归分析,建立了相应的QSAR模型(I、II)。  研究结果:  (1)采用DFT方法在B3LYP/6-31G*水平上对17种苯胺类化合物分子进行了全优化计算,在此类化合物的–lgEC50实验数据基础上,拟合–lgEC50与结构参数和热力学参数的相关模型。建立了模型(Ⅰ):-lgEC50=10.104–1.728 TE/1000–29.675 ELUMO+40.687 EHOMO其相关系数(R2)为0.981,交叉验证系数(q2)为0.971,标准误差(SE)为0.113。  (2)采用取代位置关系,在8种氯代苯胺类化合物的–lgEC50实验数据基础上,拟合–lgEC50与氯原子的取代数目与位置关系的相关模型。建立了模型(Ⅱ):-lgEC50=2.32+0.81N2+0.71N3+0.94N4其相关系数(R2)为0.981,标准误差(SE)为0.099。  本文分别运用了 t-检验、F-检验、留一法交互检验和变异膨胀因子(VIF)等方法对所建立的QSAR模型进行检验和评价。评价结果显示该模型具有较高的预测能力、可靠性和稳健性。所建立的模型可用于此类污染物活性预测和机理推导,并给出了11种氯代苯胺化合物的预测值。
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