用拓扑指数和神经网络研究有机污染物的生物富集因子

在修正Randic的分子连接性指数和连接矩阵的基础上,定义新型分子连接性指数(mF),并计算了239种有机污染物的分子连接性指数(mF).用其1F构建了239种有机污染物生物富集因子(lgBCF)的QSAR模型,该模型判定系数(R2)及逐一剔除法(LOO)的交互验证系数(Q2)分别为0.747和0.742.而用1F和4个电性距离矢量(Mk)构建的五元QSAR模型的R2及Q2分别为0.829和0.819.结果表明,从统计学的角度,该模型具有高度的稳定性及良好预测能力.从此模型可知,有机污染物BCF的主要影响因素是—C—,>C—,—O—,—S—,—X等分子结构碎片以及分子的柔韧性、折叠程度等空间因素.将5个结构参数作为人工神经网络的输入层结点,采用5∶26∶1的网络结构,利用BP算法,获得了一个令人满意的QSAR模型,其R2和标准偏差s分别为0.987和0.157,表明lgBCF与这5个参数具有良好的非线性关系.从上可见,新建的连接性指数1F以及电性距离矢量与有机物的生物富集因子具有良好的相关性,可望在物质构效关系研究中获得广泛的应用.

有机污染物的生物富集因子与拓扑指数的数学模型

依据价连接性指数(xi)、电性拓扑态指数(ej)及电性距离矢量(mk)构建239种有机污染物生物富集因子(FBC)的6参数QSFR(定量结构-生物富集因子相关性)模型,不仅相关程度高,而且所用自变量数少.该模型的传统相关系数(R2)为0.821,LOO(levae-one-out)交互验证系数(Q2)为0.809,证明具有良好的稳健性及预测能力.根据进入该模型的6个参数可知,影响有机污染物FBC的主要结构基团是:—C—、、—O—、—X、—NH2以及分子的柔韧性、折叠程度等空间因素.可以认为在生物富集过程中,"诱导契合机理"也发挥一定作用.对自变量集进行正交变换,既不影响模型的相关性,又能降低其自相关性.

用新型连接性指数与神经网络预测取代苯酚和取代苯甲酸生物降解性

基于Kier和Hall的分子连接性指数及邻接矩阵,定义新型分子连接性指数mKvt,并计算了30种取代苯酚和取代苯甲酸的分子连接性指数。经最佳变量子集回归建立了25种有机污染物生化需氧量(BOD)与2Kpv、5Kpv的定量结构-生物降解相关性(QSBR)模型,该模型判定系数R2、逐一剔除法(LOO)的交互验证系数Q2及Kubinyi函数(FIT)分别为0.818、0.776和3.410,该模型具有高度的稳定性及良好预测能力。据此模型可知,影响有机污染物BOD的主要因素是取代基的电子效应以及分子的柔韧性、折叠程度等空间因素。将这2个结构参数作为人工神经网络的输入层结点,采用2∶5∶1的网络结构,利用BP算法获得了一个令人满意的QSBR模型,其R2和标准偏差s分别为0.967和3.688,表明BOD与2Kpv、5Kvp具有良好的非线性关系。由此可见,新建的连接性指数对有机物生化需氧量的表征是合理有效的,可望在物质构效关系研究中获得广泛应用。

苯砜基环烷酸酯类对发光菌急性毒性的构效关系

基于化学拓扑理论,计算了28种苯砜基环烷酸酯类化合物分子的Kier连接性指数(mXvp)、Hall电性拓扑态指数(En).通过最佳变量子集回归,建立了标题化合物对发光菌急性毒性(pEC50,pLC50)与mXvp、En定量构效模型(QSAR).其最佳二元数学模型的判定系数(R2)分别为0.961,0.955.其计算值与实验值基本吻合,并经Jackknife的逐一剔除法检验,具有良好的稳健性与预测能力.

量子化参数和分子价连接性指数对脂肪醇的QSPR/QSAR的相关性研究

根据分子中成键原子i的结构特征和所处的化学环境,新定义了原子i的点价iAδ,以价连接矩阵为基础构建了新的结构信息价连接性指数mA,并与量子化参数Qc结合,利用线性回归技术分别建立59个脂肪醇化合物的mAi和Qc与这些物质的QSPR/QSAR相关关系模型.新模型物理意义明确,计算简便,对脂肪醇化合物不同理化活性具有良好的估算和预测能力,复相关系数R>0.99,计算值与实验值均较好的吻合.

取代苯甲酸对植物生长调节活性的拓扑QSAR研究

应用分子图形学技术计算了13种取代苯甲酸的新型分子连接性指数(mXtv)及电性拓扑指数(En).基于向前逐步回归方法,建立了取代苯甲酸对植物生长的调节活性(pC)与4Xpcv、E16、E40的最佳相关模型,其相关系数为0.947,显示高度拟合性与强的预测能力.该模型经Jackknife法检验,具有可靠性与稳健性.

萃取精馏溶剂的选择(Ⅰ)溶剂分子QSPR的人工神经网络模型

在分子模拟的基础上选择萃取精馏溶剂首先要建立描述溶剂分子结构与其性质之间定量关系(QSPR)的数学模型。本文采用分子连接性指数(MCI)表示溶剂分子的二维拓扑结构,它不仅可以表示构成分子的原子或基团的种类与数目,而且还可以反映原子或基团之间相互连接的特征;而溶剂主要的性质指标,如选择性与溶解性,都是无限稀释活度因子γ∞的函数。由于分子结构与γ∞之间的关系十分复杂,所以利用人工神经网络(ANN)模型描述溶剂的QSPR。组建了具有广泛代表性的数据库,并采用BP算法对ANN模型进行训练,证明训练成熟的ANN模型可以更准确地计算γ∞,优于当前普遍使用的UNIFAC方法。

芳烃类化合物对水生生物急性毒性与其分子结构的定量关系

提出成键原子i的生物活性点价iAδ,并构建蕴含芳烃类化合物生物活性的分子连接性指数nV.应用0V、1V、辛醇/水分配系数lgKow及指示参数I,分别与芳烃类化合物对发光菌、大型蚤、呆鲦鱼等3种水生生物的急性毒性进行关联,所得相关系数依次为0.9661、0.9812、0.9677,估算结果均明显优于文献方法.对未参加回归的4种芳烃类化合物的急性毒性进行了预测,预测值与实验值吻合较好.结果表明,所建立的QSAR模型具有良好的稳定性和预测能力.

储良龙眼挥发性成分的定量-保留指数分析

基于拓扑理论及MATLAB程序计算41种龙眼挥发性成分的分子连接性指数(mXtv)和电性距离矢量(Mt)。采用最佳变量子集回归方法,建立龙眼挥发性成分的保留指数(BZ)与mXtv、Mt的定量结构-保留相关的五元回归方程,传统判定系数、逐一剔除法交叉验证系数依次为0.981、0.976。用Jackknife法检验模型的稳健性,其传统判定系数在0.975～0.986之间。该模型具有高度稳健性与良好的预测能力,并能较好解释有机组分保留指数的递变规律。

用手性连接性指数预测手性有机酸的保留指数

在修正分子连接性指数mXtv的基础上,建立能够揭示分子手性信息的手性连接性指数mcXtv。通过多元回归方法研究18种手性有机酸(8种羟基酸和10种氨基酸)的薄层色谱保留指数-RM与mcXtv的定量构效关系(QSRR),经最佳变量子集回归建立最佳二元QSRR模型,其传统判定系数R2为0.915,逐一剔除法的交互验证系数Q2为0.878。结果证明,该模型具有良好的稳健性及预测能力,优于Kier的连接性指数。根据进入该模型的2个手性连接性指数0cXvp,4cXvpc可知,影响手性有机酸保留指数的主要因素是分子的二维结构特征及其手性特征。新建手性连接性指数对手性有机酸的保留指数表征是合理有效的。

分子连接性指数与烯、炔烃热力学性质的QSPR研究

在分子拓扑理论基础上,针对不饱和键,提出一个计算有机物分子中成键原子δzi 的新方法,以此建构了一个新的分子连接性指数mχz,用其中的0χz 及碳原子数N 与50 个烯烃、21 个炔烃的热力学性质-ΔrH m (g), S m (g),ΔrG m (g)关联,相关系数分别为0 998 8, 0 999 6, 0 993 0和0 999 98, 0 999 93, 0 999 7.取得满意的结果,为预测同类化合物的热力学性质提供了一种有效方法.

分子连接性指数(~mJ)与有机物毒性的相关性

定义原子特征值δｉ＝(ｎｉ－１)·ｍｉ－ｈｉ,δｉ'＝(ｎｉ－１)·ｍｉ＋ｈｉ．由δｉ(δｉ')建构新的分子连接性指数ｍＪ＝∑(δｉ·δｊ·δｋ…)０．５,其中,０阶指数 ０ＪＡ＝∑(δｉ)０．５,０ＪＢ＝∑(δｉ')０．５ｌ阶指数１ＪＡ＝(δｉ,δｊ)０．５,１ＪＢ＝∑(δｉ'·δｊ')０．５将这种新的连接性指数(ｍＪ)用于有机化合物的定量结构－活性相关性研究,发现ｍＪ与有机物的毒性有良好的线性关系,相关系数均在０．９４以上．

神经网络法应用于酚类化合物对青海弧菌毒性的预测

青海弧菌对有毒酚类化合物具有强烈的敏感性,为建立酚类衍生物对青海弧菌毒性的定量结构-活性相关性(QSAR)模型,分析了16种酚类衍生物的分子结构与对青海弧菌毒性之间的相关关系,计算了酚类衍生物的分子连接性指数和分子形状指数,并优化筛选了分子连接性指数的1阶路径指数(~1χ)和分子形状指数的2阶特征指数(K_2)及1阶和2阶指数乘积值(K_4),用这3种指数与对青海弧菌的毒性进行多元回归分析,多元回归方程的决定系数R^2=0.971。为进一步提高预测精度,将这3种分子结构参数作为神经网络的输入变量,毒性值作为输出变量,采用3:2:1的网络结构,通过反向传播(BP)神经网络法获得满意的QSAR预测模型,总的相关系数r为0.996,计算得到的毒性预测值与实验值较为吻合,平均相对误差仅为1.98%,结果表明该模型具有良好的预测酚类衍生物毒性的能力,可以看出神经网络方法对酚类化合物发光菌毒性预测比多元线性回归方法的统计学意义更加明显。

多氯代二苯并呋喃Ah受体结合能力的QSAR研究

基于化学拓扑理论,计算了26种多氯代二苯并呋喃(PCDFs)的分子连接性指数mXtv、电拓扑状态指数En.用多元回归研究了这些化合物的Ah受体结合能力与其中5Xpv、4Xvpc、E9的定量关系.经逐步回归分析,建立了最佳的定量结构-生物活性相关(QSAR)模型,相关系数优于文献.用Jackknife法和LOO交互检验证明模型具有良好的稳健性与预测能力,其计算值与实验值基本吻合.

八角茴香挥发油色谱保留值的构效关系研究

用电性距离矢量和分子连接性指数对29个从八角茴香中分离出的挥发油成分的分子进行结构表征,通过多元线性回归及最佳变量子集方法,建立了挥发油成分的定量结构-保留相关模型。该模型的相关系数(R2)为0.991,计算值与相应实验值较好吻合。经Jackknife的逐一剔除法检验,该模型具有良好的稳健性与预测能力,较好地揭示了八角茴香挥发油保留时间的递变规律,为八角茴香挥发油质量检验及开发利用提供依据。

含氮杂环化合物环境参数及生物活性的QSAR研究

定义了原子的价点价值δi,由δYi 构建了新的分子结构信息价连接性拓扑指数 mχY(m=0 ,1 ,2 ,… ,n) ,并计算了 1 3种含氮杂环化合物的 mχY(m=0 ,1 ,2 ,3)值 ,发现 mχY与含氮杂环化合物的水溶解度、正辛醇 /水分配系数和对发光菌、大型蚤的毒性有良好的相关性。与其他的指数相比较 ,新指数结构选择性和相关性好 ,且新方法还具有计算值简单 ,物理意义明确等优点。并对 - lg EC50 =a2 ′+b2 0 χY+b3 1 χY模型采用 Jackknife法予以检验 ,具有总体稳健性。

苯胺类化合物相对甜度的构效关系研究

基于对Kier的分子连接性指数(mXtv)的修正,建立新型连接性指数(mLtv)。通过多元回归方法研究20种硝基苯胺、氰基苯胺衍生物的相对甜度(RS/B)与mLtv的定量构效关系(QSAR),经最佳变量子集回归建立最佳二元数学模型,其相关系数(R)为0.943,逐一剔除法(LOO)的交互验证系数(Q2)为0.844。结果证明,该模型具有良好的稳健性及预测能力,优于Kier的连接性指数。该模型符合Shallenberger和Kier的AH-B-W甜味理论。

用相关指数估算氯代羟基苯甲醛的色谱保留指数

基于化学拓扑理论,计算了25种氯代羟基苯甲醛衍生物的电拓扑状态指数(En)、连接性指数(mXpv)。用多元回归研究了这些化合物的色谱保留指数(R.I.)与En、mXpv的定量关系。经逐步回归分析,建立了最佳的定量结构—色谱保留指数相关(QSRR)模型:R.I.值=-649.379+824.837E6+461.0301Xvp,n′=22,R=0.988,F=398.22,S=28.78。用Jackknife法检验具有良好的稳健性与预测能力,其计算值与试验值基本吻合,优于文献结果。

分子连接性指数计算机算法

针对目前定量构效关系研究中应用较多的分子连接性指数(MCI)进行了研究。为提高MCI计算的效果及实用性,对MCI的计算方法进行了详尽的分析,并完成MCI计算软件的编写、调试工作,实现了不同结构分子的计算机识别及MCI计算通用化。此外,通过建立点价距离矩阵,简化了传统MCI的计算方法,使MCI的计算具有效率高、不易出错等优点,便于MCI计算程序化。

用连接性指数研究苯砜基环烷酸酯的容量因子

运用Matlab程序计算了28种苯砜基环烷酸酯类化合物的8种价分子连接性指数,并对这些化合物进行定量结构-色谱保留相关性(QSRR)分析。通过多元统计的逐步回归建立了QSRR模型,其计算误差应接近实验误差。该模型经逐一剔除法检验具有良好的稳定性、可靠性及预测能力。