芳香族硝基化合物自加速分解温度的定量结构-性质关系

针对芳香族硝基化合物生产、运输以及储存过程中引发的重特大燃爆事故,采用试验及模型计算等方式对其自加速分解温度(SADT)进行获取,并提出一种基于定量结构-性质关系(QSPR)的理论预测方法。通过绝热加速量热试验获取18种芳香族硝基化合物的热力学和动力学参数,以此计算得到25 kg标准包装下物质的自加速分解温度。应用多元线性回归(MLR)和人工神经网络(ANN)等机器学习方法分别构建相应的预测模型,最终验证并比较两种模型的拟合能力、鲁棒性和预测能力。结果表明:芳香族硝基化合物对应MLR模型和ANN模型的相关系数分别为0.893和0.975,ANN模型在匹配度方面明显优于MLR模型。

多氯联苯的定量结构-性质(活性)关系

多氯联苯(PCBs)是一类重要的持久性环境污染物.首先对所有209个PCB分子进行了HF/6-31G水平上的结构优化,在优化结构上获得了分子的表面静电势分布,并在此基础上对其统计导出的参数进行了计算.其后,运用多元线性回归方法对PCBs的水溶性、正辛醇/水分配系数、正辛醇/空气分配系数、土壤吸附性、水溶液活度系数、298K超冷流体蒸汽压、总分子表面积、色谱保留指数、升华焓、蒸发焓、熔融焓、PCB结合芳烃受体活性数据、生物降解度以及生物降解速率参数等理化性质和生物活性与分子的结构参数进行了关联.结果表明:分子静电势参数结合分子表面积和常规的量子化学参数可以很好地用于表达多氯联苯分子理化性质和生物活性与其分子结构间的定量关系.

多溴联苯醚定量结构-性质关系的分子表面静电势应用研究

对持久性有机污染物多溴联苯醚(PBDEs)209个分子进行HF/6-31G*水平上的结构优化,并在优化结构基础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对PBDEs的色谱保留时间(RRT)、正辛醇/空气分配系数(lgKOA)和298K超冷流体蒸气压(lgpL)3种理化性质与分子结构参数进行了关联.结果表明,分子表面静电势参数结合苯环上溴原子取代个数比结合分子体积,可以更好地表达PBDEs的理化性质与其分子结构间的定量关系,所建立的3个QSPR模型的交叉验证相关系数(Rcv)分别为0.9819、0.9911和0.9963,标准偏差(SD)分别为0.0424、0.1384和0.1020,说明3个模型均具有较强的稳健性和预测能力,同时也证明了分子静电势参数在PBDE类化合物的QSPR研究中的适用性.

部分PCDDF水溶解度的定量结构-性质关系

以量子化学PM3算法计算得到的 12个量子化学参数作为分子结构描述符 ,运用偏最小二乘分析 ,首次建立 2 3种PC DD F水溶解度 (logSW)的定量结构 性质关系模型 .PCDD F的SW 随着其分子量的增大而减小 ;随着其分子最低未占据轨道能 (Elumo)的增大而增大 ,推测PCDD

基于定量结构-性质关系方法预测氨基酸的比旋光度

运用定量结构-性质关系(quantitative structure-property relationsh ip,QSPR)方法对人体必需的氨基酸比旋光度进行了预测,同时运用交互检验(LOO)方法对所建立的模型进行了检验。应用启发式算法对描述符进行筛选并建立线性回归模型,所建立的模型的相关系数(R2)为0.918,但分别用+1、-1代表左旋和右旋的分子手性后,重新建立多元线性回归模型,其相关系数(R2)变为0.970。本研究所建立的QSPR模型为预测手性化合物比旋光度提供了一种有效的新方法。

定量结构-性质/活性关系在分析和环境化学中的进展及应用

定量结构-性质/活性关系(QSPR/QSAR)是目前国际上一个比较活跃的研究领域。该方法将理论计算方法和各种统计分析工具相结合,研究系列化合物的结构与其生物活性和各种物理化学性质之间的定量函数关系。QSPR/QSAR不仅可以建立预测化合物的各种理化性质以及生物活性的理论模型,而且可以发现和确定对化合物的各种性质起决定作用的结构因素,从而在分子水平上了解物质的微观结构对各种宏观性质的影响,该研究方法已在很多领域得到了广泛应用。本文简要介绍了定量构效关系的发展历史及其在分析化学和环境化学中的应用研究。

有机物在离子液体中无限稀释活度因子及液液界面张力的定量结构-性质关系

用PM3半经验量子化学方法计算了烷烃、烯烃和芳烃等的疏水性参数lgP、偶极矩、前线分子轨道能隙和水合能等结构描述符,与实验测定的烃类在1丁基3甲基咪唑六氟磷酸盐([C4MIM][PF6])、1烯丙基3甲基咪唑四氟硼酸盐([AMIM][BF4])、1异丁烯基3甲基咪唑四氟硼酸盐([MPMIM][BF4])和[MPMIM][BF4]AgBF44种离子液体中的无限稀释活度因子进行定量结构性质关系(QSPR)研究,建立的QSPR模型具有良好的关联和预测能力.同时测定了烃类等溶质与离子液体[C4MIM][PF6]的液液界面张力,发现其与无限稀释活度因子有相似的变化趋势,据此采用同样的结构描述符,建立了溶质与[C4MIM][PF6]界面张力的QSPR模型,模型的关联能力良好.

定量结构-性质关系在化合物溶解度预测中的研究进展

溶解度是物质十分重要的一种理化性质,其在化工过程、药物和环境等领域的重要性不可忽视。定量结构-性质关系(quantitative structure-property relationship,QSPR)在化合物溶解度预测中得到广泛的应用。本文介绍了QSPR方法建立溶解度预测模型的研究进展,在总结各类分子描述符和构建溶解度预测模型方法的基础上,分别归纳出三类分子描述符(组成描述符、试验参数及理论计算描述符)和建模方法(线性、非线性及两者联合法),并从不同角度分析它们各自所拥有的特点,比较三类建模的优缺点。最后论述了当前溶解度QSPR研究中存在的不足及未来溶解度预测模型的发展趋势,指出溶解度的预测模型精度有待进一步提高,今后应更关注对化合物在不同p H值、温度、溶剂等更复杂情况下的溶解度预测。

多氯联苯类化合物水溶性和烃类化合物正辛醇/水分配系数的定量结构-性质关系研究

基于定量结构-性质关系(QSPR)研究有机物的性质具有重要意义。采用作者实验室新近提出的新型广义相关指数(generalized correlative index,GCI)表征了两类有机物的结构,并与其水溶性(pS)和正辛醇/水分配系数(logKsw)之间建立了QSPR模型。采用逐步回归对变量进行筛选后,运用多元线性回归(SMR)建模得到了具有良好稳定性和预测能力的数学模型。表明此类新型广义相关指数能较好地表征该类分子结构信息,值得进一步推广应用。

结构-性质定量关系方法用于驱油用表面活性剂分子设计中亲水亲油平衡值的研究

利用结构-性质定量关系方法研究了多种结构表面活性剂的亲水亲油平衡(HLB)值,得到了相关性显著(R2=0.986 5,F=991.37,S2=2.499 1)的五参数线性模型。在构建的HLB值模型中,既有反映疏水烷烃链碳原子数目的局部结构描述符(l-NC)以及形状与尺寸的局部拓扑描述符(l-KSI3),还有反映亲水基团离子性质的静电描述符(MPCO)和分子极性本质的极化参数(PP),此外还引入了量子化学描述符(MVC),从本质上揭示了影响表面活性剂亲水亲油平衡的众多结构因素,提高了表面活性剂HLB值预测能力的准确性。结合三次采油用表面活性剂的要求,从表面活性剂分子结构因素的调控出发,提出了驱油用表面活性剂分子设计的依据。

部分有机锡化合物定量结构-性质关系研究

应用偏最小二乘 ( PLS)算法 ,采用量子化学 PM3算法计算得到的量子化学参数 ,得到了部分有机锡化合物的正辛醇 -水分配系数 ( log Kow)的定量结构 -性质关系 ( QSPR)模型 .应用该模型 ,可以对其他有机锡分子的 log Kow进行初步预测 .影响有机锡分子 log Kow大小的主要因素是分子的大小 ;相对分子质量较大的分子 ,其 log Kow值较大 .此外 ,分子最高占据轨道能 ( Ehomo)对有机锡化合物 log Kow 的大小也有一定的影响 ;Ehomo 较大的分子 ,其log

定量结构-性质关系在分析化学中的应用研究进展

定量结构-性质关系研究应用理论计算方法和各种统计分析工具相结合,研究系列化合物的结构与其生物学性质和各种物理化学性质之间的定量函数关系.它不仅可以建立预测化合物的各种物理化学性质以及生物活性的理论,而且还可以发现和确定对化合物的各种性质起决定作用的结构因素,从而在分子水平上了解物质的微观结构对各种宏观性质的影响,在很多领域得到了广泛的应用.主要介绍定量结构-性质关系在分析化学中的应用研究,主要包括在色谱分析、毛细管电泳分析中的应用两大部分.

线性溶剂化能量关系方程在定量结构-保留与定量结构-性质关系研究中的应用

线性溶剂化能量关系方程是定量结构-保留与定量结构-性质关系研究的重要工具,是将分子间各种作用力对溶质分配的贡献进行线性回归,建立分子描述符和化合物的保留因子及性质参数间的多元线性方程,用于解释溶质在两相中的分配机制。该模型已在多种分配系统中得到应用,包括各种色谱体系和体内生物分配系统,可以解释色谱体系中影响溶质保留的因素,预测化合物性质等。本文对近5年以来线性溶剂化能量关系方程在定量结构-保留与定量结构-性质关系中的应用进行总结、归纳,为更好地应用该模型进行药物保留与性质参数的预测和药物筛选提供新思路。

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.

定量结构-性质关系模型在SF_6替代气体研究中的应用

在理论上有针对性地筛选、设计可替代SF_6的环保型绝缘气体,可推动SF_6替代气体研究进程,并从微观层面理解SF_6分子结构参数与其绝缘性能之间的关系。为此,介绍了具备定量预测能力的定量构效关系模型中的定量结构-性质关系(quantitative structure-property relationship,QSPR)模型,关注QSPR模型对SF_6潜在替代气体的绝缘强度、沸点等电气性质或物化性质的预测。研究了模型的基本参数、构建准则、主要方法和步骤,提出QSPR模型现存的试验数据不健全、分子结构参数指向性差和缺乏有效定义域方法等问题,并讨论其在SF_6替代气体研究领域的应用前景与发展方向。

基于定量结构-性质关系预测含水二元共沸物的共沸温度与组成

以125种含水二元共沸物为研究对象,基于定量结构-性质关系,对该类共沸物在常压下的共沸温度及组成进行了预测研究,分别建立了多个预测模型。首先,利用HyperChem 8.0软件绘制了纯组分的三维分子结构,并利用分子力学方法和量子力学半经验方法对分子结构进行优化;然后,利用Materials Studio 8.0软件计算纯物质的分子描述符;其次,利用遗传算法分别筛选出与共沸温度及组成最为密切的特征描述符;再运用多元线性回归方法建立了6个共沸温度预测模型及5个共沸组成预测模型,并对模型的稳定性、拟合能力和预测能力进行对比分析;最后,对最适宜模型分别进行内部验证、外部验证、应用域分析、与文献中同类模型及UNIFAC基团贡献法进行对比。结果表明:最适宜共沸温度/组成预测模型分别是利用8/5个特征描述符所建立的模型;其复相关系数,调整复相关系数,均方根误差,平均绝对误差,留一法交叉验证系数和外部验证系数分别为0.9606/0.9970、0.9572/0.9969、2.9400/0.0161、1.8900/0.0104、0.9475/0.9957和0.9439/0.9976,且模型的稳定性、预测能力和泛化能力均优同类模型。

基于电性拓扑状态指数的烷烃密度定量结构-性质关系研究

研究了烷烃密度的定量结构-性质关系。以电性拓扑状态指数为结构描述符,分别用多元线性回归(MLR)和人工神经网络(ANN)建立了结构描述符和密度之间的校正模型。用留一交叉验证和外部测试集验证评价所建立MLR和ANN模型的预测能力。对于MLR模型,这两种验证的均方根相对误差分别为3.37和1.92。对于ANN模型,这两种验证的均方根相对误差为1.06和1.34。这说明建立的MLR和ANN模型都可用于预测烷烃的密度,但ANN模型优于MLR模型。

重质油黏度的定量结构-性质关系研究

研究了重质油黏度的定量结构-性质关系。将量子化学参数和拓扑指数相结合作为结构描述符,分别用多元线性回归(MLR)和人工神经网络(ANN)建立了结构描述符和黏度之间的校正模型。用留一交叉验证法,验证、评价所建立的MLR和ANN模型的预测能力。对于MLR模型,验证的均方根相对误差为7.77,对于ANN模型,验证的均方根相对误差为7.21,说明建立的MLR和ANN模型都可用于预测重质油的黏度,但ANN模型优于MLR模型。

结合三维静电势参数研究二取代苯的定量结构-疏水性关系

对含有常见取代基的92个二取代苯化合物进行了结构优化和静电势及其导出参数的计算,运用多元线性回归方法对化合物的疏水常数与分子的结构参数进行了关联.结果表明,分子表面负静电势的加和ΣV-S、分子空间内最负的静电势Vmin、表面最大静电势Vs,max以及分子体积V、极性表面积APS和分子的偶极密度μ/V这六个参数,可以很好地用于表达这些化合物疏水性与分子结构间的定量关系,而不用具体考虑分子中极性基团间的相互作用.用建立起来的QSPR(quantitativestructure-propertyrelationship)关系式对111个类似化合物的疏水性进行了预测,获得了满意的结果.

食品香味物质结构与性质的定量关系

在邻接矩阵的基础上,构建一种新的分子连接性指数nK:nK=Σ(t·it·jtk…)-0.5,并用nK研究了食品香味物质酯、酮的色谱保留值、香气阈值。结果表明,它们之间存在很好的线性关系,预测值与实验值较好吻合。