天然產(chǎn)物分子結構和原子結構參數(shù)表征及其QSPR-QSAR研究.pdf

1、定量構效關系(QSPR/QSAR)通過借助化合物分子的結構參數(shù)，用數(shù)學模型描述化學品結構與生物活性或物化性質(zhì)的定量關系。通過這些數(shù)學模型，人們可以預測化合物的分子結構發(fā)生一定變化時，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)境友好的化學品，并且能夠?qū)斫饣瘜W品的作用機理及物化特性效果等均具有指導作用，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、量構效關系研究通常包括物質(zhì)結構參數(shù)的提取；結構參數(shù)的選??；定量構效關系模型的建立以及具體模型的解釋、驗證和應用等。如何提取出表達物質(zhì)結構特征的結構描述符及定量構效關系是本研究的關鍵。本文主要進行了如下幾個方面的研究工作： (1)以直鏈同系物結構重復單元數(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，而結構型性質(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)隨著同系物結構重復單元數(shù)的增大而增大，而結構型性質(zhì)和凝聚型性質(zhì)隨著同系物結構重復單元數(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化學位移進行研究，提出了天然雜環(huán)化合物13C-NMR化學位移取代基效應因子和取代基常數(shù)及其提取方法。并用這些取代基效應因子和取代基常數(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化學位移的定量構效關系，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化學位移加合和降階模型，獲得了滿意的結果。 (3)在電負性均衡原理的基礎上，用逐級加合均分法導出了一個新的開鏈基團和環(huán)狀基團電負性的計算公式，由此給出了528個基團的電負性。以單取代苯為模型，單取代苯對位和間位的13C-NMR化學位移相對于未取代母體的增量來研究基團的共軛效應，由此提出了一個計算基團共軛效應參數(shù)的新公

5、式和一套新的基團(559個)共軛效應參數(shù)。新基團電負性和共軛效應參數(shù)在解釋化合物的結構和性質(zhì)上具有廣泛的適用性。 (4)在基態(tài)原子價殼層電子隱核圖的基礎上，基于拓撲化學原理以及原子價殼層電子結構特征，構建了原子價殼層電子量子拓撲指數(shù)(AEI)和基態(tài)原子價殼層電子能級連接性指數(shù)(VEI)，它們對基態(tài)原子實現(xiàn)唯一性表征。結合原子價殼層電子平均化能，建立了新的元素電負性和元素硬度標度公式，由此給出了元素周期表中氫至镅共95種元素的電負

6、性和周期表中主族、副族及惰性元素的硬度。進一步從原子價軌道量子拓撲指數(shù)確定了sp，sp2，sp3雜化軌道的電負性。新標度在元素和物質(zhì)的結構-性質(zhì)研究中具有廣泛的適用性。同時在原子價殼層電子隱核圖鄰接矩陣基礎上，結合價層電子結構和量子拓撲指數(shù)的特點，建構一種新的量子拓撲指數(shù)(QTI)，并用它們對鑭系元素性質(zhì)遞變規(guī)律等進行研究，獲得了令人滿意的結果。 (5)用分子中原子平衡電負性參數(shù)，基團極化效應指數(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性及0、α、β、γ氫原子數(shù)等結構信息參數(shù)來描述烷烴的13C-NMR化學位移；同時定義了烷烴分子中碳原子離子性指數(shù)，用離子性指數(shù)、極化效應指數(shù)及α、β、γ結構信息參數(shù)來描述烷烴的13C-NMR化學位移，均獲得了滿意的結果。 (6)從整體出發(fā)考慮了不同化學環(huán)境下原子間的差異，在電負性均衡原理的基礎上通過利用逐級加合均分法計算分子圖中頂點原子的平衡電負性，并用原子的平衡電負性對分子圖進行著色，在

8、距離矩陣的基礎上結合分子中各原子的支化度構建一種能表征雜原子、多重鍵的分子結構特征的拓撲指數(shù)，用ND指數(shù)對直鏈和支鏈烷烴的加和型性質(zhì)、結構型性質(zhì)及凝聚型性質(zhì)的同系遞變規(guī)律進行研究，獲得了滿意的結果。同時用硝基取代位置結構參數(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