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1、应用化学专业优秀论文应用化学专业优秀论文 部分持久性有机污染物的定量结构部分持久性有机污染物的定量结构- -性质关性质关系研究系研究关键词：有机关键词：有机 X13X13 定量结构定量结构 性质关系性质关系 密度泛函理论密度泛函理论 氯原子取代位置法氯原子取代位置法 风险风险 评价评价摘要：持久性有机污染物(POPs)是一类能持久存在于环境中、通过食物链积累、 对人类健康及环境造成有害影响的化学物质。POPs 大多数是具有低水溶解度和 高脂溶性的卤化物，同时也是半挥发性的物质，能够蒸发或被吸附到大气颗粒 物中，因此，它们能够在空气和水中经历长距离的迁移。定量结构性质相关 (QSPR)是一个涵盖
2、了化学、生物、数学、计算机等多门科学的交叉学科点，是 国际上十分活跃的前沿领域，已经成为对有机污染物进行生态风险评价的一个 重要手段，它可以用于预测有机污染物在环境中的迁移、转化和分布等行为。 在有机污染物的 QSPR 研究中，量子化学计算是获得分子结构参数的重要方法。 本论文选择一些典型的持久性有机污染物，如多氯代联苯醚(PCDEs)分子、多溴 代联苯醚(PBDEs)分子、多氯二苯并对二嗯英(PCDDs)和取代萘系列化合物等作 为研究对象，进行 OSPR 研究。采用密度泛函理论(DFT)方法在 B3LYP/6- 31Glt;#39;*gt;水平上对 PCDEs、PBDEs 和 PCDDs 的
3、分子结构 进行了全优化计算，以计算得到的量子化学参数作为理论描述符，采用 GQSARF 2.0 和 SPSSl2.0 for windows 统计程序进行正向逐步回归分析，建立了这些 POPs 的环境分配性质的 QSPR 模型：(1)PCDEs 的过冷液体蒸汽压 (lgPlt;,Lgt;)、正辛醇/水分配系数(lgKlt;,owgt;)和 水溶解度(-lgSlt;,w,lgt;)的 QSPR模型，这 3 个 QSPR 模型的相 关系数(Rlt;#39;2gt;)分别为 0.988、0.958 和 0.959，估计 的均方根误差(RSMEE)分别为 0.134、0.116 和 0.327；(2)
4、PBDEs 的 lgPlt;,Lgt;和正辛醇/空气分配系数(lgKlt;,oagt;)的 QSPR 模型，这两个模型都包含三个分子结构参数(q-， 和 )，其 Rlt;#39;2gt;都为 0.997，RSMEE 分别为 0.073 和 0.062；(3) PCDDs 类化合物的 lgKlt;,ow 和-lgSlt;,wgt;的 QSPR 模型， 两个模型都只含一个变量()，其 Rlt;#39;2gt;分别为 0.978 和 0.866，RSMEE 分别为 0.300 和 0.270；(4)采用 Hartree-Fock 和 DFT 方法， 在 4 种不同水平上优化计算了 24 个取代萘系列
5、化合物的分子结构，采用上述同 样的方法分别建立了四种水平上的三变量 (Elt;,HOMOgt;，qlt;#39;+gt;和 ) lgKlt;,owgt;模型，通过比较得到，在 HF/6- 311Glt;#39;*gt;水平计算得到的模型最好，R 为 0.9662，RSMEE 为 0.38；(5)同时，采用氯原子取代位置(PCS)方法对 PCDEs 的 环境分配性质进行 QSPR 研究，建立了 PCDEs 的 lgPlt;,Lgt;、lgKlt;,owgt;和- lgSlt;,w,lgt;的 QSPR 模型，其 Rlt;#39;2gt;分 别为 0.991、0.983 和 0.965，RSMEE
6、 分别为 0.110、0.100 和 0.300。这些模型 都有较高的 Rlt;#39;2gt;值和较低的 RSMEE 值，说明模型具 有好的模型估计能力。 采用留一的交叉验证和外部检验、t-检验或 F-检验和变异膨胀因子(VIF)等方法对所建立的 QSPR 模型进行了统计检验和评价，检 验结果证明所建立的模型具有高的预测能力和稳健性。所建立的模型可用于这 些 POPs 性质的预测和机理的推导。 研究结果表明：与 DFT 方法相比，氯原 子取代方法更加简单，但 DFT 方法所得参数的物理意义更加明确。同时，把所 建立的模型结果分别与文献结果进行了比较，本研究所建立的 QSPR 模型优于文 献中
7、用 PM3、连接性指数、AM1 法和单苯环氯取代指数等方法所得到的模型。正文内容正文内容持久性有机污染物(POPs)是一类能持久存在于环境中、通过食物链积累、 对人类健康及环境造成有害影响的化学物质。POPs 大多数是具有低水溶解度和 高脂溶性的卤化物，同时也是半挥发性的物质，能够蒸发或被吸附到大气颗粒 物中，因此，它们能够在空气和水中经历长距离的迁移。定量结构性质相关 (QSPR)是一个涵盖了化学、生物、数学、计算机等多门科学的交叉学科点，是 国际上十分活跃的前沿领域，已经成为对有机污染物进行生态风险评价的一个 重要手段，它可以用于预测有机污染物在环境中的迁移、转化和分布等行为。 在有机污染
8、物的 QSPR 研究中，量子化学计算是获得分子结构参数的重要方法。 本论文选择一些典型的持久性有机污染物，如多氯代联苯醚(PCDEs)分子、多溴 代联苯醚(PBDEs)分子、多氯二苯并对二嗯英(PCDDs)和取代萘系列化合物等作 为研究对象，进行 OSPR 研究。采用密度泛函理论(DFT)方法在 B3LYP/6- 31Glt;#39;*gt;水平上对 PCDEs、PBDEs 和 PCDDs 的分子结构 进行了全优化计算，以计算得到的量子化学参数作为理论描述符，采用 GQSARF 2.0 和 SPSSl2.0 for windows 统计程序进行正向逐步回归分析，建立了这些 POPs 的环境分配
9、性质的 QSPR 模型：(1)PCDEs 的过冷液体蒸汽压 (lgPlt;,Lgt;)、正辛醇/水分配系数(lgKlt;,owgt;)和 水溶解度(-lgSlt;,w,lgt;)的 QSPR模型，这 3 个 QSPR 模型的相 关系数(Rlt;#39;2gt;)分别为 0.988、0.958 和 0.959，估计 的均方根误差(RSMEE)分别为 0.134、0.116 和 0.327；(2)PBDEs 的 lgPlt;,Lgt;和正辛醇/空气分配系数(lgKlt;,oagt;)的 QSPR 模型，这两个模型都包含三个分子结构参数(q-， 和 )，其 Rlt;#39;2gt;都为 0.997，
10、RSMEE 分别为 0.073 和 0.062；(3) PCDDs 类化合物的 lgKlt;,ow 和-lgSlt;,wgt;的 QSPR 模型， 两个模型都只含一个变量()，其 Rlt;#39;2gt;分别为 0.978 和 0.866，RSMEE 分别为 0.300 和 0.270；(4)采用 Hartree-Fock 和 DFT 方法， 在 4 种不同水平上优化计算了 24 个取代萘系列化合物的分子结构，采用上述同 样的方法分别建立了四种水平上的三变量 (Elt;,HOMOgt;，qlt;#39;+gt;和 ) lgKlt;,owgt;模型，通过比较得到，在 HF/6- 311Glt;#
11、39;*gt;水平计算得到的模型最好，R 为 0.9662，RSMEE 为 0.38；(5)同时，采用氯原子取代位置(PCS)方法对 PCDEs 的 环境分配性质进行 QSPR 研究，建立了 PCDEs 的 lgPlt;,Lgt;、lgKlt;,owgt;和- lgSlt;,w,lgt;的 QSPR 模型，其 Rlt;#39;2gt;分 别为 0.991、0.983 和 0.965，RSMEE 分别为 0.110、0.100 和 0.300。这些模型 都有较高的 Rlt;#39;2gt;值和较低的 RSMEE 值，说明模型具 有好的模型估计能力。 采用留一的交叉验证和外部检验、t-检验或 F-
12、检验 和变异膨胀因子(VIF)等方法对所建立的 QSPR 模型进行了统计检验和评价，检 验结果证明所建立的模型具有高的预测能力和稳健性。所建立的模型可用于这 些 POPs 性质的预测和机理的推导。 研究结果表明：与 DFT 方法相比，氯原 子取代方法更加简单，但 DFT 方法所得参数的物理意义更加明确。同时，把所 建立的模型结果分别与文献结果进行了比较，本研究所建立的 QSPR 模型优于文献中用 PM3、连接性指数、AM1 法和单苯环氯取代指数等方法所得到的模型。 持久性有机污染物(POPs)是一类能持久存在于环境中、通过食物链积累、对人 类健康及环境造成有害影响的化学物质。POPs 大多数是
13、具有低水溶解度和高脂 溶性的卤化物，同时也是半挥发性的物质，能够蒸发或被吸附到大气颗粒物中， 因此，它们能够在空气和水中经历长距离的迁移。定量结构性质相关(QSPR) 是一个涵盖了化学、生物、数学、计算机等多门科学的交叉学科点，是国际上 十分活跃的前沿领域，已经成为对有机污染物进行生态风险评价的一个重要手 段，它可以用于预测有机污染物在环境中的迁移、转化和分布等行为。在有机 污染物的 QSPR 研究中，量子化学计算是获得分子结构参数的重要方法。 本 论文选择一些典型的持久性有机污染物，如多氯代联苯醚(PCDEs)分子、多溴代 联苯醚(PBDEs)分子、多氯二苯并对二嗯英(PCDDs)和取代萘系
14、列化合物等作为 研究对象，进行 OSPR 研究。采用密度泛函理论(DFT)方法在 B3LYP/6- 31Glt;#39;*gt;水平上对 PCDEs、PBDEs 和 PCDDs 的分子结构 进行了全优化计算，以计算得到的量子化学参数作为理论描述符，采用 GQSARF 2.0 和 SPSSl2.0 for windows 统计程序进行正向逐步回归分析，建立了这些 POPs 的环境分配性质的 QSPR 模型：(1)PCDEs 的过冷液体蒸汽压 (lgPlt;,Lgt;)、正辛醇/水分配系数(lgKlt;,owgt;)和 水溶解度(-lgSlt;,w,lgt;)的 QSPR模型，这 3 个 QSPR
15、 模型的相 关系数(Rlt;#39;2gt;)分别为 0.988、0.958 和 0.959，估计 的均方根误差(RSMEE)分别为 0.134、0.116 和 0.327；(2)PBDEs 的 lgPlt;,Lgt;和正辛醇/空气分配系数(lgKlt;,oagt;)的 QSPR 模型，这两个模型都包含三个分子结构参数(q-， 和 )，其 Rlt;#39;2gt;都为 0.997，RSMEE 分别为 0.073 和 0.062；(3) PCDDs 类化合物的 lgKlt;,ow 和-lgSlt;,wgt;的 QSPR 模型， 两个模型都只含一个变量()，其 Rlt;#39;2gt;分别为 0.
16、978 和 0.866，RSMEE 分别为 0.300 和 0.270；(4)采用 Hartree-Fock 和 DFT 方法， 在 4 种不同水平上优化计算了 24 个取代萘系列化合物的分子结构，采用上述同 样的方法分别建立了四种水平上的三变量 (Elt;,HOMOgt;，qlt;#39;+gt;和 ) lgKlt;,owgt;模型，通过比较得到，在 HF/6- 311Glt;#39;*gt;水平计算得到的模型最好，R 为 0.9662，RSMEE 为 0.38；(5)同时，采用氯原子取代位置(PCS)方法对 PCDEs 的 环境分配性质进行 QSPR 研究，建立了 PCDEs 的 lgPlt;,Lgt;、lgKlt;,owgt;和- lgSlt;,w,lgt;的 QSPR 模型，其 Rlt;#39;2gt;分 别为 0.991、0.983 和 0.965，RSMEE 分别为 0.110、0.100 和 0.300。这些模型 都有较高的 Rlt;#39;2gt;值和较低的 RSMEE 值，
