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低毒理效应与功能性增强的二苯甲酮类紫外吸收剂分子修饰与机理研究

低毒理效应与功能性增强的二苯甲酮类紫外吸收剂分子修饰与机理研...

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作者：肖家鹏华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

二苯甲酮类化合物（Benzophenones,BPs）是一类广谱紫外吸收剂,常见于防晒霜、洗发露、沐浴露、化妆品等个人护理产品中和防紫外线织物中,BPs可以有效减轻紫外线对人体的伤害。因其吸收性能良好、安全性高、造价经济低廉而在全世界范围... 详细信息

二苯甲酮类化合物（Benzophenones,BPs）是一类广谱紫外吸收剂,常见于防晒霜、洗发露、沐浴露、化妆品等个人护理产品中和防紫外线织物中,BPs可以有效减轻紫外线对人体的伤害。因其吸收性能良好、安全性高、造价经济低廉而在全世界范围内得到广泛使用。BPs具有环境持久性、生物蓄积性、皮肤刺激性、生殖毒性、遗传毒性和内分泌干扰效应等多种毒理学效应,其对水体环境、水生生物和人体健康都存在潜在的危害。本文以降低BPs的毒理效应并增强其紫外吸收性能为切入点,开发了一种基于QSAR技术的新型BPs类紫外吸收剂设计、评价和筛选方法,耦合综合评价方法和分子修饰手段设计兼具安全低毒、高效吸光与稳定实用等特性的BPs类紫外吸收剂替代产品,旨在从源头降低其对环境产生的危害。首先,利用改进的极差法构建BPs生物富集性、毒性综合效应药效团模型,实验值与模型预测值具有较高的拟合值,且两者误差的绝对值均小于2,模型置信度高,具有稳健的预测能力。基于模型药效特征元素空间关系共设计23种BPs衍生物,经过分子稳定性与紫外吸光性评价以及生物富集性和毒性效应验证,最终筛选出1种兼具低生物富集性与低毒性,且稳定性与紫外吸光性均增强的新型分子BP-609。分子对接发现,范德华能和静电能是BPs分子与受体蛋白的结合的主要驱动力,BP-609分子与皮肤胶原蛋白和人血清白蛋白结合作用减弱,在一定程度上解释了其生物富集性和毒性降低的原因。BPs分子在人体肝脏微粒中的代谢路径模拟推断发现,BP-609与2,2’-二羟基-4,4’-二甲氧基二苯甲酮（BP-6）在人体内的代谢难易程度无明显差异。此外,利用综合指数法构建BPs紫外吸光性、皮肤渗透性和毒性综合效应CoMSIA模型,综合值与模型预测值线性拟合相关系数为0.87（P＜0.05）,模型拟合能力和预测能力较好。基于模型三维等势图信息共设计30种BPs衍生物,经过分子稳定性、挥发性与TOPKAT毒理性质评价以及紫外吸光性、皮肤渗透性和毒性评价,筛选出2种兼具高效吸光、低渗透性与低毒性,且具有良好实用性（安全、稳定、不易挥发）的新型分子Derivative-11和Derivative-22。电子激发分析发现,分子电性分布改变影响基态与激发态间的电子转移,导致衍生物紫外吸光性能增强。分子对接结果发现,皮肤角质蛋白中与BPs衍生物分子形成范德华相互作用的氨基酸数量减少,日本三角涡虫（Dugesiajaponica）的RNA解旋酶与BPs衍生物分子形成的疏水相互作用强度减弱且数量减少,以上结果再次表明筛选出的BPs衍生物具有较低的皮肤渗透性和毒性。本研究设计的3种新型BPs分子在保证功能特性（紫外吸光性能）增强的同时具有较低的毒理效应（生物富集性、毒性）,可以从源头降低因BPs类紫外吸收剂使用而带来的潜在环境健康危害。基于综合评价方法和QSAR技术构建的新型BPs分子设计、评价和筛选方法为高效、低毒、安全、稳定的新型BPs类紫外吸收剂替代产品研发提供了一种新的理论方法和解决策略。

关键词：二苯甲酮类紫外吸收剂药效团模型 CoMSIA模型分子修饰分子对接电子激发分析

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基于密度泛函理论对咔唑有机磷光分子的研究

基于密度泛函理论对咔唑有机磷光分子的研究

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作者：陈望彬辽宁石油化工大学

学位级别：硕士

随着有机磷光化合物领域的发展,咔唑类有机磷光小分子由于其母环低廉的价格与优良的发光能力,使其在有机磷光体系中拥有着良好的发展前景。本文主要设计了一系列N-烷基咔唑衍生物与N-苯甲酸甲酯咔唑衍生物,并基于密度泛函理论对其进行... 详细信息

随着有机磷光化合物领域的发展,咔唑类有机磷光小分子由于其母环低廉的价格与优良的发光能力,使其在有机磷光体系中拥有着良好的发展前景。本文主要设计了一系列N-烷基咔唑衍生物与N-苯甲酸甲酯咔唑衍生物,并基于密度泛函理论对其进行模拟与分析。本文通过密度泛函理论方法（DFT）、含时密度泛函理论方法（TDDFT）与非限制性开壳层的DFT计算（UKS方法）,在b3lyp泛函和6-31+g（d,p）基组下,对上述咔唑类有机物进行了模拟计算与理论分析,获得相应分子基态与激发态的波函数。对计算结果进行分析,我们可以得出N-烷基咔唑衍生物与N-苯甲酸甲酯咔唑衍生物的单点能、偶极矩、前线轨道、紫外吸收光谱、红外光谱、荧光光谱、磷光发射波长与电子跃迁等方面的信息,并根据官能团的改变得出相关方面的规律,为开发N-烷基系列咔唑衍生物与N-苯甲酸甲酯咔唑衍生物起指导性作用。本文详细分析此两类分子从基态到激发态的电子迁移情况,探明电子激发前后的运动轨迹,并采用计算结果绘制空穴-电子示意图、非氢原子对空穴-电子现象的贡献热图以及跃迁密度矩阵（TEM）热图。计算其于第一激发单重态（S）经系间窜越至第一激发三重态（T）的垂直能量差,分别预测两个系列中最有可能发射磷光的分子构型。对N-苯甲酸甲酯系列化合物于T态下的波函数进行自旋密度分析,了解该状态下各分子的单电子分布情况。通过对结果的分析汇总,得出N-烷基系列化合物中具有最优磷光发射能力的化合物为3-碘-9-正辛基-咔唑;N-苯甲酸甲酯系列化合物中具有最优磷光发射能力的化合物为2-（3-碘-9-咔唑基）苯甲酸甲酯。本论文通过分析上述两个系列24种咔唑类衍生物的热力学规律,对于推动以咔唑为母环发光化合物的进一步发展奠定理论基础。

关键词：密度泛函理论咔唑有机磷光电子激发分析

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