定量結(jié)構(gòu)-活性性質(zhì)關(guān)系

1、渭南師范學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目申請(qǐng)書項(xiàng)目名稱： 定量結(jié)構(gòu)-活性/性質(zhì)關(guān)系 在環(huán)境化學(xué)中的應(yīng)用研究 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人： 居少鵬 院系專業(yè)： 化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院材料科學(xué)系材料化學(xué)項(xiàng)目所屬學(xué)院： 化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院 指導(dǎo)老師： 高錦紅 項(xiàng)目起止時(shí)間：2012 年 6 月至2014年 6 月渭南師范學(xué)院教務(wù)處制填表說(shuō)明一、項(xiàng)目申請(qǐng)書要求按順序逐項(xiàng)填寫。一律用A4紙打印，于左側(cè)裝訂成冊(cè)。二、項(xiàng)目申請(qǐng)書封面中“項(xiàng)目所屬學(xué)院”一欄，馬克思主義工程項(xiàng)目填寫教育科學(xué)學(xué)院，其他項(xiàng)目填寫學(xué)生所在學(xué)院。三、項(xiàng)目申請(qǐng)書中欄目“一至六”由學(xué)生填寫，欄目“七至八”由指導(dǎo)教師填寫，欄目“九”由二級(jí)學(xué)院負(fù)責(zé)人填寫。四、項(xiàng)目申請(qǐng)書由所

2、在學(xué)院審查、簽署意見后，連同電子版報(bào)送教務(wù)處教學(xué)科。項(xiàng)目名稱定量結(jié)構(gòu)-活性/性質(zhì)關(guān)系在環(huán)境化學(xué)中的應(yīng)用研究項(xiàng)目來(lái)源教師的科研項(xiàng)目 學(xué)生自選題目申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)5000元項(xiàng)目完成時(shí)間2012. 062014.06負(fù)責(zé)人居少鵬聯(lián)系電話E-mail項(xiàng)目組全體成員姓名學(xué)號(hào)性別院系、專業(yè)、班級(jí)成員分工居少鵬100944022男化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院 材料化學(xué)102班實(shí)驗(yàn)測(cè)定及分析研究，撰寫論文田野100944048男化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院 材料化學(xué)102班調(diào)研資料、實(shí)驗(yàn)測(cè)定王毛100944052男化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院 材料化學(xué)102班調(diào)研資料、實(shí)驗(yàn)測(cè)定黨玲100944004女化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院 材料化學(xué)102班調(diào)研資料、

3、實(shí)驗(yàn)測(cè)定楊麗萍100944058女化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院 材料化學(xué)102班實(shí)驗(yàn)測(cè)定、資料整理李凱100944025男化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院 材料化學(xué)102班實(shí)驗(yàn)測(cè)定、資料整理高旭100944010男化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院 材料化學(xué)102班實(shí)驗(yàn)測(cè)定、資料整理高媛媛100944012女化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院 材料化學(xué)101班實(shí)驗(yàn)測(cè)定、資料整理蔣紅梅100944019女化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院 材料化學(xué)101班資料整理彭昆100944045男化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院 材料化學(xué)102班資料整理一、項(xiàng)目組成員情況介紹（包括自身具備的知識(shí)、特長(zhǎng)、興趣，參加過(guò)的科技創(chuàng)新活動(dòng)等）居少鵬：專業(yè)知識(shí)扎實(shí)，參加全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽獲陜西賽區(qū)

4、二等獎(jiǎng)，對(duì)MATLAB軟件有一定的了解。學(xué)習(xí)認(rèn)真，動(dòng)手能力強(qiáng)，有組織領(lǐng)導(dǎo)能力，有工作熱情和持之以恒的科學(xué)精神。楊麗萍：具有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，實(shí)驗(yàn)操作細(xì)心準(zhǔn)確，工作認(rèn)真負(fù)責(zé)，獨(dú)立思考能力強(qiáng)，善于動(dòng)手實(shí)踐。田野：專業(yè)知識(shí)、計(jì)算機(jī)知識(shí)扎實(shí)，軟件運(yùn)用熟練。實(shí)驗(yàn)課表現(xiàn)積極，動(dòng)手能力強(qiáng)，團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力好，有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。彭昆：具有良好的數(shù)學(xué)素養(yǎng)，材料科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)，涉獵課外圖書內(nèi)容廣泛，有較強(qiáng)動(dòng)手能力，曾參加數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽，擅長(zhǎng)MATLAB編程。蔣紅梅：專業(yè)課實(shí)驗(yàn)知識(shí)掌握到位，愛(ài)好數(shù)學(xué)，長(zhǎng)于計(jì)算機(jī)知識(shí)，有較強(qiáng)的搜集資料、整合信息的能力，工作認(rèn)真負(fù)責(zé)，態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)。高媛媛、王毛、黨玲、李凱、高旭等組員：具有扎

5、實(shí)的無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)、材料力學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)，動(dòng)手能力強(qiáng)，有科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)素養(yǎng)，工作認(rèn)真。項(xiàng)目組成員，在高老師的指導(dǎo)下做化學(xué)實(shí)驗(yàn)已有一段時(shí)間，對(duì)一些分析軟件在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用有一定的了解基礎(chǔ)。二、國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及研究意義定量構(gòu)效關(guān)系（定量結(jié)構(gòu)-活性/性質(zhì)關(guān)系，Quantitative Structure-Activity/Property Relationship，QSAR/QSPR）方法已成為國(guó)際上一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域，QSAR/QSPR的研究對(duì)象包括化合物的各種生物活性、毒性、藥物的各種代謝動(dòng)力學(xué)參數(shù)和生物利用度以及分子的各種物理化學(xué)性質(zhì)和環(huán)境行為等，研

6、究領(lǐng)域涉及化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)以及環(huán)境等諸多學(xué)科。定量結(jié)構(gòu)-活性/性質(zhì)關(guān)系(QSAR/QSPR)成為化學(xué)信息學(xué)研究的熱點(diǎn)。它主要應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)和理論計(jì)算的方法研究化合物的分子結(jié)構(gòu)與其物理、化學(xué)性質(zhì)之間的定量關(guān)系。定量結(jié)構(gòu)-活性/性質(zhì)關(guān)系（QSAR/QSPR）的研究最初作為定量藥物設(shè)計(jì)的一個(gè)研究分支是為了適應(yīng)合理設(shè)計(jì)生物活性分子的需要而發(fā)展起來(lái)的，它對(duì)于設(shè)計(jì)和篩選生物活性顯著的藥物以及闡明藥物機(jī)理等均具有指導(dǎo)作用，特別是近二三十年來(lái)由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用使QSAR/QSPR研究提高到了一個(gè)新的水平，QSAR/QSPR的研究應(yīng)用范圍也正在迅速擴(kuò)大，目前QSAR/QSPR不僅已成為定量藥物設(shè)計(jì)的一種重要

7、方法，而且在材料化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、環(huán)境毒理學(xué)等領(lǐng)域中也得到了廣泛的應(yīng)用，許多環(huán)境科學(xué)研究者通過(guò)各種污染物結(jié)構(gòu)-毒性定量關(guān)系的研究，建立了多種具有毒性預(yù)測(cè)能力的環(huán)境模型，對(duì)已進(jìn)入環(huán)境的污染物及尚未投放市場(chǎng)的新化合物的生物活性、毒性乃至環(huán)境行為進(jìn)行了成功的預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)和篩選，這些都說(shuō)明QSAR/QSPR在環(huán)境化學(xué)領(lǐng)域中具有其廣闊的應(yīng)用前景。近年來(lái)，大量化學(xué)品廣泛使用在各個(gè)領(lǐng)域并排放到環(huán)境中，對(duì)人類和生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成了潛在的毒性危害。用QSAR/QSPR方法建立模型來(lái)預(yù)測(cè)化合物的毒性效應(yīng)，為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)，縮短了研究時(shí)間并能降低實(shí)驗(yàn)花費(fèi)。目前在生物化學(xué)、藥物學(xué)、毒物學(xué)和環(huán)境科學(xué)中一個(gè)很重要的發(fā)展

8、趨勢(shì)是將分子生物活性/性質(zhì)的定量預(yù)測(cè)用于分子設(shè)計(jì)，在工業(yè)和環(huán)境科學(xué)中，每年要測(cè)試和處理的化合物多達(dá)數(shù)十萬(wàn)種，若僅靠實(shí)驗(yàn)將耗費(fèi)極大的人力物力，QSAR/QSPR方法為預(yù)測(cè)化合物毒性提供了一條可行的途徑。三、項(xiàng)目研究的目標(biāo)、主要內(nèi)容及創(chuàng)新性1、主要研究目標(biāo)及內(nèi)容： 將QSAR/QSPR的研究方法應(yīng)用到化學(xué)和環(huán)境化學(xué)領(lǐng)域解決實(shí)際問(wèn)題，主要研究工作有以下幾個(gè)：（1）建立烴類化合物結(jié)構(gòu)描述符與物理化學(xué)性質(zhì)間的相關(guān)性模型。本項(xiàng)目QSAR/QSPR研究中的建模方法選擇多元線性回歸（BMLR）和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法。這兩種方法是建立線性QSAR/QSPR模型的一種重要方法。其優(yōu)點(diǎn)是速度快，對(duì)數(shù)據(jù)集的大小沒(méi)有限制。

9、能得到一些較好的回歸模型同時(shí)也可以迅速對(duì)模型相關(guān)性做出評(píng)價(jià)。其中多元線性回歸可以顯示描述符中的不好值或丟失值。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法用于QSAR/QSPR研究也是目前的熱點(diǎn)，則本項(xiàng)目試將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于化合物的QSAR/QSPR建模的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。（2）建立一個(gè)QSAR/QSPR模型用于研究氯代芳香化合物的生物降解能力。通過(guò)分子描述符，建立該類化合物生物降解能力與其分子描述符間的相關(guān)性模型。（3）QSAR/QSPR方法應(yīng)用于農(nóng)藥化合物定量結(jié)構(gòu)性質(zhì)關(guān)系的研究，分別建立農(nóng)藥化合物結(jié)構(gòu)與其正辛醇/水分配系數(shù)（Kow）、生物富集因子與多個(gè)描述符的相關(guān)性模型。（4）利用最佳多元線性回歸法預(yù)測(cè)數(shù)種環(huán)境污染物的毒

10、理學(xué)性質(zhì)，建立環(huán)境污染物的結(jié)構(gòu)與毒性間關(guān)系QSAR/QSPR預(yù)測(cè)模型。2、創(chuàng)新之處： 本項(xiàng)目將定量結(jié)構(gòu)-活性/性質(zhì)關(guān)系（QSAR/QSPR）應(yīng)用在化學(xué)和環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，利用理論計(jì)算和數(shù)學(xué)方法對(duì)有機(jī)化合物建立穩(wěn)健的QSAR/QSPR模型，主要有如下幾個(gè)創(chuàng)新之處：（1）QSAR/QSPR方法有利于解釋結(jié)構(gòu)和性質(zhì)間關(guān)系。建立QSAR/QSPR模型主要有兩種用途：一種用途是可用于分析所選取結(jié)構(gòu)量化參數(shù)的信息，這些量化參數(shù)可以表明化合物中的哪一部分分子結(jié)構(gòu)特征對(duì)化合物性質(zhì)影響最大，并給出一種怎樣通過(guò)改變分子結(jié)構(gòu)來(lái)改變化合物性質(zhì)的辦法。這對(duì)于試圖設(shè)計(jì)一種具有良好性質(zhì)的化合物非常有幫助。另一種用途是利用可靠模

11、型，通過(guò)計(jì)算未知化合物的結(jié)構(gòu)描述符，預(yù)測(cè)其各種性質(zhì)，這對(duì)于化學(xué)和環(huán)境科學(xué)中一些物質(zhì)的物性/活性等常規(guī)預(yù)測(cè)具有重要的理論參考價(jià)值。（2）氯代芳香化合物是一類很難準(zhǔn)確地定量測(cè)定其生物降解率類物質(zhì)，能過(guò)建立一個(gè)QSPR模型，該方法將提供一個(gè)基于分子結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)氯代芳香化合物生物降解能力的有效途徑。(3）用判別分析方法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)數(shù)種環(huán)境污染化合物的毒性進(jìn)行分類研究，找出影響此類化合物毒性的重要分子結(jié)構(gòu)因素，這對(duì)理解此類化合物的環(huán)境污染程度具有一定的意義。（4）所建立的線性和非線性模型有利于我們對(duì)農(nóng)藥化合物毒性和生物降解能力的了解，為檢測(cè)新農(nóng)藥的性質(zhì)和預(yù)測(cè)農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的影響提供理論方法。應(yīng)用量化參數(shù)

12、，可以在化合物末投入使用之前，對(duì)其毒性及理化性質(zhì)/活性作出預(yù)測(cè)，有利于對(duì)有毒有害化學(xué)品的風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)與管理。四、項(xiàng)目實(shí)施方案（計(jì)劃）(1) QSAR/QSPR研究首先是要搜集化合物的性質(zhì)數(shù)據(jù)，其最終目的是創(chuàng)建一個(gè)結(jié)構(gòu)性質(zhì)相關(guān)模型，探索結(jié)構(gòu)與性質(zhì)間的定量關(guān)系。則本研究首先工作調(diào)研大量文獻(xiàn)資料和并對(duì)某些化合物的物性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定，搜集化合物的性質(zhì)數(shù)據(jù)。(2) 量化參數(shù)的提?。河苫衔锝Y(jié)構(gòu)來(lái)提取特征變量即結(jié)構(gòu)參數(shù)是構(gòu)造數(shù)學(xué)模型的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。建立QSPR方法是本研究的關(guān)鍵內(nèi)容，則在建立分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)數(shù)據(jù)關(guān)系時(shí)需解決兩個(gè)問(wèn)題：第一，量化抽象的分子結(jié)構(gòu)。為解決表征分子結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，需要計(jì)算和量化分子描述符。然后對(duì)

13、描述符量綱進(jìn)行規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，從而得到統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的描述符集合。第二，確定最能影響給定化合物性質(zhì)的結(jié)構(gòu)描述符，此研究將利用拓?fù)渲笖?shù)等多種數(shù)學(xué)方法來(lái)進(jìn)行描述符量化參數(shù)的確定。(3) 量化參數(shù)的篩選：由于一個(gè)化合物可以提取多種和多個(gè)變量，這些變量對(duì)于構(gòu)造數(shù)學(xué)模型的重要性是不等同的，所以需要剔除非顯著性變量。變量過(guò)多不僅計(jì)算量大而且對(duì)構(gòu)造出較穩(wěn)定的數(shù)學(xué)模型，用于變量篩選的方法有很多種，本研究主要選用主成分分析，因子分析法進(jìn)行篩選。篩選過(guò)程利用SPSS分析軟件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行。(4) 數(shù)學(xué)模型的構(gòu)造：QSAR/QSPR數(shù)學(xué)模型的構(gòu)造是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的，即首先搜集某種性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)值，然后運(yùn)用篩選變量通過(guò)線性

14、回歸或人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法建立可用于未知物預(yù)報(bào)的數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型的建立過(guò)程利用MATLAB軟件在計(jì)算上完成。(5) QSAR/QSPR模型的驗(yàn)證和解釋：通常有留一交叉法和外部預(yù)測(cè)集法來(lái)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷姆€(wěn)定性和可預(yù)測(cè)性，本項(xiàng)目研究中，主要通過(guò)留一交叉預(yù)測(cè)法來(lái)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷馁|(zhì)量。五、預(yù)期成果及其形式理論成果：在公開期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文12篇。六、資助經(jīng)費(fèi)使用計(jì)劃1、實(shí)驗(yàn)材料購(gòu)置費(fèi)（原材料、試劑、藥品、儀器購(gòu)置費(fèi)） 2000元2、數(shù)值軟件費(fèi)（調(diào)研資料、分析軟件購(gòu)置等） 3000元申請(qǐng)人簽名： 年 月 日 指 導(dǎo) 教 師姓名高錦紅性別女出生年月1974.11職稱副教授職務(wù)教師所屬院系化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院專業(yè)物理化學(xué)聯(lián)

15、系電話E-mail七、指導(dǎo)教師科研情況主要從事化學(xué)計(jì)量學(xué)分析研究工作，科研方面，曾在中藥材、光譜實(shí)驗(yàn)室、分析儀器等期刊上發(fā)表科研論文10余篇，其中2篇被EI收錄，其余均為核心論文。主持完成了06和08年院級(jí)研究生項(xiàng)目?jī)身?xiàng)（06YKZ009）（08YKZ002）。07年參與完成了院級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目“聚氨酯勻泡劑中聚醚的精細(xì)合成（07YKF010）”，2010年參與完成了院級(jí)一般項(xiàng)目“中藥有效成分的測(cè)定和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)的建立研究（10YKS010）”，2011年參與完成了院級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目“甲基酮類Schiff堿及金屬配合物的合成、晶體結(jié)構(gòu)及生物活性研究（07YKF010）”。參與并完成了陜西省教育廳項(xiàng)目一項(xiàng)，主持院級(jí)一般項(xiàng)目一項(xiàng)在研中。八、指導(dǎo)教師意見及具體的指導(dǎo)計(jì)劃本項(xiàng)目擬將定量結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系應(yīng)用在化學(xué)和環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，利用實(shí)驗(yàn)測(cè)定、理論計(jì)算和數(shù)學(xué)方法對(duì)有機(jī)化合物建立穩(wěn)健的QSAR/QSPR模型。選題具有一定科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值，經(jīng)費(fèi)預(yù)算合理，申請(qǐng)者具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)和較強(qiáng)的科研能力，故同意其申報(bào)2012年大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目。指導(dǎo)計(jì)