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定量结构-性质关系在化合物溶解度预测中的研究进展

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化工进展 2015年第5期34卷 1215-1219页

作者：孙飞飞雷乐成朱京科浙江大学化学工程与生物工程学院、生物质化工教育部重点试验室浙江杭州310027

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... 详细信息

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。

关键词：溶解度定量结构-性质关系建模预测

有机污染物在碳纳米管吸附的定量结构-性质关系

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物理化学学报 2014年第9期30卷 1616-1624页

作者：刘芬邹建卫胡桂香蒋勇军浙江大学宁波理工学院生物与化学工程学院浙江宁波315100 浙江大学化学工程与生物工程学系杭州310027

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(Vmi... 详细信息

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.

关键词：碳纳米管有机污染物分子表面静电势定量结构-性质关系高斯过程

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

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化工学报 2006年第8期57卷 1835-1840页

作者：朱吉钦于燕梅陈健费维扬化学工程联合国家重点实验室(清华大学)

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... 详细信息

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.

关键词：离子液体 PM3 无限稀释活度因子界面张力定量结构-性质关系

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

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环境科学 2008年第2期29卷 398-408页

作者：许惠英张建英王艳花李立浙江树人大学生物与环境工程学院杭州310015 浙江大学环境与资源学院杭州310028

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... 详细信息

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.

关键词：多溴联苯醚分子表面静电势从头算定量结构-性质关系

定量结构-性质关系模型预测超临界CO2中植物油溶解度研究

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定量结构-性质关系模型预测超临界CO2中植物油溶解度研究

作者：于海贵州大学

学位级别：硕士

超临界流体萃取技术作为一种高效、绿色的工艺技术已经广泛地应用于天然产物的提取分离。超临界CO具有无毒无害,不易燃和廉价易获得,以及使用后不会存在于目标物质中,免除了除杂过程等优点,对于食用植物油类脂溶性天然产物提取分离更具... 详细信息

超临界流体萃取技术作为一种高效、绿色的工艺技术已经广泛地应用于天然产物的提取分离。超临界CO具有无毒无害,不易燃和廉价易获得,以及使用后不会存在于目标物质中,免除了除杂过程等优点,对于食用植物油类脂溶性天然产物提取分离更具优势。以甘油三酯为最主要组成的植物油在超临界CO中的溶解度无论对于其相平衡的基础研究亦或是对于萃取分离过程的工艺研究及产业生产设备制造及设计都是一个非常关键的物理化学参数,但由于在超临界CO状态下,通过实验测定溶解度有一定难度、耗时及误差较大,所以进行状态方程(Equation of State,EOS)、半经验方程以及基于量子化学、计量化学结合计算机科学的理论模型对甘油三酯和植物油在超临界CO中溶解度进行计算预测的研究一直是相关研究的难点和热点。本研究通过选取已有文献报道中的超临界CO中甘油三酯溶解度数据,结合了计算机科学中的定量结构-性质关系(Quantitative Structure-Property Relationship,QSPR)建立了一种新的超临界CO中甘油三酯溶解度的计算预测模型。然后,通过简化植物油中甘油三酯组成结合建立的QSPR模型对超临界CO中大豆油、葵花籽油、菜籽油和绿咖啡豆油四种植物油的溶解度进行了计算预测。除此之外,对大豆油在超临界CO中的溶解度进行静-动态萃取实验测定,并与模型预测值及文献实验值进行了比较,主要研究内容及得到结论如下:1.综述了前人理论、半经验模型以及目前较新的神经网络模型预测溶质在超临界CO中溶解度的文献,介绍了它们的优点以及存在的一些不足,并且指出支持向量机模型是一种更好的预测溶质在超临界CO中溶解度的模型。2.通过收集文献中纯甘油三酯(纯度大于99%)的溶解度数据,建立了一个基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)优化的支持向量机(Support Vector Machine,SVM)模型预测纯甘油三酯在超临界CO中溶解度的新模型,结果表明:训练集和测试集拟合的相关系数(R)分别为0.986和0.982,并且相应的均方根差(Root Mean Standard Error,RMSE)是14.10%和19.30%;并且删掉异常点后,训练集和测试集的R值分别提高为0.992和0.984,对应的RMSE分别降低为10.70%和11.70%。另外,内部验证和外部验证以及敏感性分析分别从模型的稳定性和变量对溶解度的影响两方面来说明该模型用于预测甘油三酯在超临界CO中的溶解度是适合的。3.应用近似二元体系法和甘油三酯组成细化法两种方法分别将植物油简化为可以用GA-SVM模型预测的纯甘油三酯结构和具体的甘油三酯结构,从而将预测复杂植物油溶解度问题转化为预测纯甘油三酯溶解度的问题上来。用上述新建立的模型结合植物油组成简化方法对大豆油、葵花籽油、菜籽油、和绿咖啡豆油四种植物油的溶解度进行计算预测,并与文献中植物油溶解度数据进行比较。结果表明:在所有预测的植物油中,甘油三酯组成细化法预测溶解度的(Average Absolute Relative Deviations,AARD)始终低于近似二元体系法。而且在温度低于60℃,压力低于60MPa时,甘油三酯组成细化法对植物油在超临界CO中的溶解度预测较为为准确,预测的AARD在30%左右,小于文献中提出的40%的预测偏差。4.用静-动态超临界CO萃取实验法测定了40℃-80℃,20-60MPa的大豆油在超临界CO中的溶解度,并和文献实验值及本研究模型预测值进行了比较。结果表明:实验测得的溶解度普遍高于文献实验值,而且模型法预测文献实验值和模型法预测本文实验测定的溶解度值的AARD分别为33.41%和40.15%,基本满足文献中合理误差范围40%。进一步说明本文的方法用来预测植物油的溶解度是可行的。

关键词：超临界CO2 植物油甘油三酯溶解度定量结构-性质关系遗传算法支持向量机

定量结构—性质关系及其在毛细管电泳中的应用

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定量结构—性质关系及其在毛细管电泳中的应用

作者：温莹莹烟台大学

学位级别：硕士

定量结构—性质关系(QSPR)研究的是在化合物的结构与生物活性及各种物理化学性质等性质之间建立起数量上的依赖关系(数学模型),借以指导新化合物的合成及预测未知物的生物活性和物理化学性质,是计算机在化学中应用的一个特别活跃的领域... 详细信息

定量结构—性质关系(QSPR)研究的是在化合物的结构与生物活性及各种物理化学性质等性质之间建立起数量上的依赖关系(数学模型),借以指导新化合物的合成及预测未知物的生物活性和物理化学性质,是计算机在化学中应用的一个特别活跃的领域。近年来,毛细管电泳(CE)由于其高效、快速、耗样量少等优点被广泛用于生命科学、环境科学、食品科学、药物化学、法医学及临床诊断等多种领域。但是与其他方法也比较,毛细管电泳需要优化的因素更多,这通常就大大影响到了分离效果。在许多情况下,对于一个分离任务来讲,寻找一个合适的分离条件往往很难,预测分离条件也很困难。所以本文将QSPR及实验设计应用于毛细管电泳中来优化分离条件,结果表明实验设计和QSPR方法与毛细管电泳相结合在预测毛细管电泳分离条件方面是一个非常有力的工具。本文共分七个部分,主要综述了QSPR的背景、原理、方法以及QSPR和实验设计在分析化学中的应用;实验设计及QSPR用于毛细管电泳分离测定中药及制剂中的活性组分;毛细管电泳测定奶粉、液态奶和鱼饲料中的三聚氰胺的分离体系;并将启发式方法(HM)和径向基函数神经网络(RBFNN)用于预测有机化合物的电化学和光学性质。第一章综述了QSPR的背景、方法研究及实验设计在分析化学中的应用。在第二章中,利用正交设计实验对电泳分离条件进行优化,建立了一种分离测定中草药川乌和草乌中乌头碱及次乌头碱含量的简单、快速的毛细管区带电泳(CZE)方法。在最佳分离条件下对中草药中乌头碱及次乌头碱含量进行了测定。同时建立了一个优化结构为“4-18-1”的径向基函数神经网络,用于预测最佳分离条件下的分离度,预测值与实验值相吻合。第三章,建立了一种快速简单的测定苦参制剂中苦参碱和氧化苦参碱含量的毛细管电泳—紫外检测方法(CE-UV)。利用正交设计优化分离和测定两个活性组分的条件,并测定了两个中药制剂中的活性物质的含量。同时用定量结构—性质关系建立了一个多元线性回归和一个非线性模型—径向基函数神经网络方法用于预测氧化苦参碱的保留时间,预测值与实验值相吻合,表明定量结构性质关系对于CE分离时间的预测是一个很好的方法。第四章中,建立了一种简单、快速和低消耗的CZE方法来分析奶粉、液态奶和鱼饲料中的三聚氰胺并将电泳方法和国标方法—高效液相色谱法(HPLC)进行了比较。用电泳的方法测定奶粉、液态奶和鱼饲料中的三聚氰胺和国标方法(GB/T 22388-2008和NY/T1372-2007)相比有很明显的改进。所建立方法的精密度、检测限、准确度和定量结果和HPLC一致。但CE的分析时间短、成本低,所以从长远看这种方法和高效液相色谱法比较是一种省时省力的方法。第五章中,用QSPR来预测和解释荧光猝灭中的结合常数。此方法仅仅是基于化合物的结构来预测其与人血清白蛋白的结合常数。分别用多元线性回归(MLR)和非线性的RBFNN来建立模型。MLR和RBFNN所得到的统计参数都表明模型具有很好的稳定性和预测能力,而且RBFNN的结果要稍好于MLR。用所建立的模型预测了中药制剂中的两个活性组分异欧前胡素和大黄酚与人血清白蛋白的结合常数,并与我们实验室用荧光法所得到的结果比较,预测值和实验值一致。说明QSPR方法能够使我们更好地从分子结构方面理解药物—蛋白质的结合,而且可以用于对其他有机化合物结合常数的预测。在第六、七章中,分别建立了线性相关模型(MLR)和非线性模型(RBFNN)来预测有机化合物的半波电位和紫外最大吸收波长。所得到的模型统计参数表明,两个模型都具有很好的稳定性和预测能力。说明QSPR方法能够使我们更好地理解影响有机化合物的半波电位和紫外最大吸收波长的结构因素。

关键词：定量结构-性质关系实验设计毛细管电泳中草药分离条件优化

芳香族硝基化合物自加速分解温度的定量结构-性质关系

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中国石油大学学报（自然科学版） 2023年第6期47卷 171-177页

作者：赵东风秦传睿党梦涛中国石油大学(华东)化学化工学院山东青岛266580 中国石油大学(华东)机电工程学院山东青岛266580

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... 详细信息

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。

关键词：芳香族硝基化合物自加速分解温度定量结构-性质关系

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基于定量结构-性质关系方法预测氨基酸的比旋光度

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分析化学 2006年第12期34卷 1759-1762页

作者：王杰刘焕香司宏宗姚小军刘满仓胡之德兰州大学化学化工学院兰州大学化学化工学院兰州730000

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... 详细信息

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。

关键词：氨基酸定量结构-性质关系比旋光度启发式算法多元线性回归

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

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农药学学报 2011年第1期13卷 7-12页

作者：仝建波李云飞徐夏梦张宁宋洁陕西科技大学化学与化工学院/教育部轻化工助剂化学与技术重点实验室西安710021 临汾市第十三中学山西临汾041005

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... 详细信息

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。

关键词：广义相关指数有机物水溶性定量结构-性质关系