芳香族化合物是一类具有苯环结构的化合物,广泛应用于多种行业,如燃料、工业溶剂、医药、农药和其它日用品的初始原料。多数芳香族化合物能够在生物体内富集,具有高毒性和致癌作用,且易迁移、难降解,一旦暴露在环境中可造成严重的污染问题。因此,本文结合三维定量构效关系模型(3D-QSAR)和分子全息定量构效关系模型(HQSAR)研究部分芳香族化合物的生物富集性以及设计低生物富集性的衍生物。基于已知lgBCF数据的36种芳香族化合物作为训练集,8种作为测试集,采用Sybyl-x 2.0软件的QSAR模块中比较分子力场分析(CoMFA)法和比较分子相似性指数分析(CoMSIA)法进行三维定量构效关系(3D-QSAR)分析,建立以芳香族化合物生物富集性数据(logBCF)为因变量,分子结构参数为自变量的3D-QSAR模型;同时利用Sybyl-x 2.0软件中的HQSAR模块构建的HQSAR模型,建立HQSAR模型活性位点贡献图与CoMSIA模型静电场三维等势图耦合的影响芳香族化合物生物富集性的分子活性取代位点方法,并以五氯苯(PeCB)为目标分子,进行了低生物富集性PeCB衍生物分子设计。综合CoMSIA模型三维等势图及HQSAR模型的活性贡献图,发现在PeCB分子的5号取代位点引入正电性基团有利于降低其生物富集性,据此设计出7种低生物富集性PeCB衍生物分子,并对设计所得7种PeCB衍生物分子进行POPs特性评价,筛选出4种衍生物分子5-OH-PeCB、5-CH2OH-PeCB、5-NH2-PeCB和5-CH3-PeCB,其在迁移性和毒性变化不大的情况下(小于10%)降解性有一定升高,且富集性有较好的降低(大于10%)。此外,污染物与血清白蛋白结合效果与富集性呈正相关,通过选取5-CH2OH-PeCB和PeCB分子与牛血清白蛋白(BSA)的结合进行衍生物低富集性的机理研究。利用分子对接的方法将5-CH2OH-PeCB和PeCB两种分子与BSA蛋白进行对接。结果发现疏水作用主要影响了分子与BSA蛋白的结合,PeCB与BSA蛋白结合中有9个氨基酸残基参与到结合作用,提供了 22个非键作用力;5-CH2OH-PeCB与BSA蛋白结合过程有8个氨基酸残基提供了 15个非键作用力。通过分子动力学进行了结合自由能计算,结果表明PeCB与BSA蛋白具有更好的结合效果,且范德华能量主要影响了 PeCB和衍生物分子与BSA蛋白的结合自由能。