天然產(chǎn)物分子結(jié)構(gòu)和原子結(jié)構(gòu)參數(shù)表征及其QSPR-QSAR研究.pdf

1、定量構(gòu)效關(guān)系(QSPR/QSAR)通過借助化合物分子的結(jié)構(gòu)參數(shù)，用數(shù)學(xué)模型描述化學(xué)品結(jié)構(gòu)與生物活性或物化性質(zhì)的定量關(guān)系。通過這些數(shù)學(xué)模型，人們可以預(yù)測化合物的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生一定變化時(shí)，其生物活性或理化性質(zhì)發(fā)生一定的增加或減少量。QSPR/QSAR研究不僅可以預(yù)見性地篩選、合成一些特殊生物活性、特殊物化活性、環(huán)境友好的化學(xué)品，并且能夠?qū)斫饣瘜W(xué)品的作用機(jī)理及物化特性效果等均具有指導(dǎo)作用，從而幫助人們有目的的合成新的生物活性分子和功能分子。定

2、量構(gòu)效關(guān)系研究通常包括物質(zhì)結(jié)構(gòu)參數(shù)的提取；結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取；定量構(gòu)效關(guān)系模型的建立以及具體模型的解釋、驗(yàn)證和應(yīng)用等。如何提取出表達(dá)物質(zhì)結(jié)構(gòu)特征的結(jié)構(gòu)描述符及定量構(gòu)效關(guān)系是本研究的關(guān)鍵。本文主要進(jìn)行了如下幾個方面的研究工作： (1)以直鏈同系物結(jié)構(gòu)重復(fù)單元數(shù)連續(xù)變化為模型，采用線性規(guī)劃和非線性規(guī)劃得到了有機(jī)同系物性質(zhì)或活性同系遞變的兩個基本規(guī)律，一般地，加和型性質(zhì)遵守直線遞變規(guī)律：P=a+bn，而結(jié)構(gòu)型性質(zhì)和凝聚型性質(zhì)則遵守同系對數(shù)

3、遞變規(guī)律：P=c十klnn+a/n+b。加型性質(zhì)隨著同系物結(jié)構(gòu)重復(fù)單元數(shù)的增大而增大，而結(jié)構(gòu)型性質(zhì)和凝聚型性質(zhì)隨著同系物結(jié)構(gòu)重復(fù)單元數(shù)的無限增大趨向一個極限值。 (2)采用模型化合物對天然香豆素衍生物，嘌呤和喹啉類生物堿及黃酮衍生物的13C-NMR化學(xué)位移進(jìn)行研究，提出了天然雜環(huán)化合物13C-NMR化學(xué)位移取代基效應(yīng)因子和取代基常數(shù)及其提取方法。并用這些取代基效應(yīng)因子和取代基常數(shù)來研究天然香豆素衍生物，嘌呤和喹啉類生物堿及黃酮衍

4、生物的13C-NMR化學(xué)位移的定量構(gòu)效關(guān)系，建立了天然香豆素衍生物，嘌呤和喹啉類生物堿及黃酮衍生物的13C-NMR化學(xué)位移加合和降階模型，獲得了滿意的結(jié)果。 (3)在電負(fù)性均衡原理的基礎(chǔ)上，用逐級加合均分法導(dǎo)出了一個新的開鏈基團(tuán)和環(huán)狀基團(tuán)電負(fù)性的計(jì)算公式，由此給出了528個基團(tuán)的電負(fù)性。以單取代苯為模型，單取代苯對位和間位的13C-NMR化學(xué)位移相對于未取代母體的增量來研究基團(tuán)的共軛效應(yīng)，由此提出了一個計(jì)算基團(tuán)共軛效應(yīng)參數(shù)的新公

5、式和一套新的基團(tuán)(559個)共軛效應(yīng)參數(shù)。新基團(tuán)電負(fù)性和共軛效應(yīng)參數(shù)在解釋化合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上具有廣泛的適用性。 (4)在基態(tài)原子價(jià)殼層電子隱核圖的基礎(chǔ)上，基于拓?fù)浠瘜W(xué)原理以及原子價(jià)殼層電子結(jié)構(gòu)特征，構(gòu)建了原子價(jià)殼層電子量子拓?fù)渲笖?shù)(AEI)和基態(tài)原子價(jià)殼層電子能級連接性指數(shù)(VEI)，它們對基態(tài)原子實(shí)現(xiàn)唯一性表征。結(jié)合原子價(jià)殼層電子平均化能，建立了新的元素電負(fù)性和元素硬度標(biāo)度公式，由此給出了元素周期表中氫至镅共95種元素的電負(fù)

6、性和周期表中主族、副族及惰性元素的硬度。進(jìn)一步從原子價(jià)軌道量子拓?fù)渲笖?shù)確定了sp，sp2，sp3雜化軌道的電負(fù)性。新標(biāo)度在元素和物質(zhì)的結(jié)構(gòu)-性質(zhì)研究中具有廣泛的適用性。同時(shí)在原子價(jià)殼層電子隱核圖鄰接矩陣基礎(chǔ)上，結(jié)合價(jià)層電子結(jié)構(gòu)和量子拓?fù)渲笖?shù)的特點(diǎn)，建構(gòu)一種新的量子拓?fù)渲笖?shù)(QTI)，并用它們對鑭系元素性質(zhì)遞變規(guī)律等進(jìn)行研究，獲得了令人滿意的結(jié)果。 (5)用分子中原子平衡電負(fù)性參數(shù)，基團(tuán)極化效應(yīng)指數(shù)來描述脂肪胺、醇、醚氣相堿性的變

7、化規(guī)律；提出用烷烴分子中碳原子的平衡電負(fù)性及0、α、β、γ氫原子數(shù)等結(jié)構(gòu)信息參數(shù)來描述烷烴的13C-NMR化學(xué)位移；同時(shí)定義了烷烴分子中碳原子離子性指數(shù)，用離子性指數(shù)、極化效應(yīng)指數(shù)及α、β、γ結(jié)構(gòu)信息參數(shù)來描述烷烴的13C-NMR化學(xué)位移，均獲得了滿意的結(jié)果。 (6)從整體出發(fā)考慮了不同化學(xué)環(huán)境下原子間的差異，在電負(fù)性均衡原理的基礎(chǔ)上通過利用逐級加合均分法計(jì)算分子圖中頂點(diǎn)原子的平衡電負(fù)性，并用原子的平衡電負(fù)性對分子圖進(jìn)行著色，在

8、距離矩陣的基礎(chǔ)上結(jié)合分子中各原子的支化度構(gòu)建一種能表征雜原子、多重鍵的分子結(jié)構(gòu)特征的拓?fù)渲笖?shù)，用ND指數(shù)對直鏈和支鏈烷烴的加和型性質(zhì)、結(jié)構(gòu)型性質(zhì)及凝聚型性質(zhì)的同系遞變規(guī)律進(jìn)行研究，獲得了滿意的結(jié)果。同時(shí)用硝基取代位置結(jié)構(gòu)參數(shù)Ln來研究硝基苯類化合物對黑呆頭魚的急性毒性；用氯原子在PCDFs類化合物中的取代位置參數(shù)Mi來研究PCDFs類化合物的多氯代二苯并呋喃(PCDFs)化合物的氣相色譜保留指數(shù)；用NP指數(shù)研究單硫醚的氣相色譜保留指數(shù)均