（环境科学专业论文）卤代苯类化合物对江水细菌的毒性及其qsar研究.pdf

a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to f t h ei n d u s t r ya n da g r i c u l t u r ea n dw i d ea p p l i c a t i o no f t h ec h e m i c a l s ，al a r g e n u m b e ro fp o i s o n o u ss u b s t a n c e sh a v ec o m ei n t ot h en a t u r a lw a t e rb o d yt h r o u g hv a r i o u sk i n d so fw a y s ， a n dc a u s e dt h ew a t e rp o l l u t i o n i no r d e rt op r o t e c tt h ew a t e rr e s o u r c e ，a n dr a t i o n a l l ys e td e n s i t yo f p e r m i s s i o na n dd i s c h a r g es t a n d a r do fp o l l u t a n ti n w a t e re n v i r o n m e n t ，m a n ym e t h o d sh a v eb e e nu s e dt o m o n i t o ra n d a p p r a i s et h ew a t e rb o d y t h er i v e rw a t e rg a t h e r e df r o mt h en a n j i n gs e c t i o no f t h ey a n g t z er i v e ra sm i c r o o r g a n i s m l ss o u r c e 2 4 ha c u t et o x i c i t ya n d7 dc h r o n i ct o x i c i c to ft h eh a l o g e n a t e db e n z e n e st ot h er i v e rb a c t e r i aw a s d e t e r m i n e ds e p a r a t e l yb yu s i n gt h eb a c t e r i ag r o w t hi n h i b i t i o nt e s t ，2 4 h - i c s 0v a l u ea n d7 d - m a t cv a l u e s w e r eo b t a i n e d c o r r e s p o n d i n g l y t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tt h et o x i c i t yo ft h eh a l o g e n a t e db e n z e n e c o m p o u n d s t ot h er i v e rb a c t e r i u mw a sc o r r e l a t e dw i t ht h ek i n d s ，q u a n t i t ya n dp o s i t i o no fs u b s t i t u e n t si n b e n z e n er i n g t h eo c t a n o l w a t e rp a r t i t i o nc o e f f i c i e n t so g e ) o f18c o m p o u n d sw a so b t a i n e df r o mt h es o f t w a r e b i o b y t e t h ev a r i o u ss t e p sv a l e n c em o l e c u l a rc o n n e c t i v i t yi n d e xo f c o m p o u n d s w e r ee a l c u l a t a db y u s i n g m o l e c u l a rc o n n e c t i v i t yi n d e xm e t h o d ，a n dt h ee l e c t r i c a lp a r a m e t e ra n ds p a c i a lp a r a m e t e ro fc o m p o u n d s w a sd e t e r m i n e db ym o p a c 6 0 - a m l t h eq u a n t i t a t i v es t r u c t u r e - a c t i v i t yr e l a t i o n s h i p ( q s a r ) m o d e l sw e r ed e v e l o p e df o rt h ea c a t ea n d c h r o n i ct o x i c i t yb yu s i n gt h em o l e c u l a rc o n n e c t i v i t yi n d e xm e t h o d ，t h eq u a n t u mc h e m i s t r ym e t h o da n d t h eg r o u pc o n t r i b u t i o nm e t h o d ，a n das e r i e so f q s a rm o d e l sw e r eo b t a i n e db y u s i n gs p s s l 0 0s o f t w a r e a l lm o d e l so f t h es q u a r e so f a d j u s t e dc o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t sw e r el a r g e rt h a n0 ，8 7 0 ，w h i c hs h o w e dt h e q s a ra n a l y s e sa r es u c c e s s f u la n dt h es t a b i l i t ya n dp r e d i c t i n gf u n c t i o na r ev e r yg o o da sw e l l ；t h eg o o d r e l a t i o n s h i p so ft o x i c i t yo fp o l a rc o m p o u n d s a n d n o n - p o l a rc o m p o u n d s w a ss e p a r a t e l yd e v e l o p e du s i n g o c t a n o l w a t e rp a r t i t i o nc o e f f i c i e n tm e t h o d t h e t o x i c i t yo f t h eh a l o g e n a t e db e n z e n ec o m p o u n d st ot h er i v e rb a c t e r i aw a sm a i n l yr e l a t e dt ot h e m o l e c u l a rv o l u m ea n dv a nd e rv a a l sa r e a w i t ht h ei n c r e a s eo fm o l e c u l a rv o l u m ea n ds u r f a c ea r e a t o x i c i t y i s s t r o n g e r i na d d i t i o n ，t h ee l e c t r o n i c f a c t o ro fs u b s t i t u e n ti n f l u e n c e dt h e t o x i c i t y o ft h e c h e m i c a lc o m p o u n d t h eo b v i o u sp o s i t i v ec o r r e l a t i o nw a sf o u n db e t w e e nt h et o x i c i t y o fb o t hp o l a r c o m p o u n d sa n dn o n p o l a rc o m p o u n d s a n dl g p p o l a rn a r c o t i cc h e m i c a l s ，t y p i f i e db ym o s t p h e n o l sa n d a n i l i n e s ，e x h i b i tt o x i cp o t e n c yh i g h e rt h a nt h a te s t i m a t e db yt h e i rh y d r o p h o b i c i t yd u et ot h ee x i s t e n e eo f p o l a rs u b s t i t u e n t s i nt h em o l e c u l e s t h et o x i c i t yo fp o l a rc h e m i c a l sr e l a t e dt on o t o n l yt h ep a r t i t i o n b e t w e e nw a t e ra n d o r g a n i s m ，b u ta l s ot h ee l e c t r i c a lf a c t o r s k e y w o r d s ：h a l o g e n a t e db e n z e n e s ，r i v e rb a c t e r i a ，a c u t et o x i c i t y , c h r o n i ct o x i c i t y , q s a r 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特掰加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同事 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 如不实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ：丕k 掐枷口 年 = ；月牙日 论文作者( 签名) ：签!k 捡 枷口 年 = ；月牙日 学位论文使用授权说明 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊 ( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电子文 档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被 查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权河海大学研究 生院办理。 论文作者( 签名) ：生圣迄谢年月讦日。 笫一年结论 第一章绪论 随着工农业的发展和化学品的广泛应用，大量的人工合成有机物通过各种途径进 入天然水体及其它环境中，造成不同程度的环境污染。水体受到污染后，不仅会引起 水生生物种群和群落结构的变化，而且严重时将导致水生态系统的破坏和崩溃，这会 直接或间接的威胁到人类健康和生产活动。为了保护水资源，人们采用各种方法对水 体进行监测，探索污染物对水生生物的作用规律，为科学、合理的水质评价以及制定 污染物在水环境的允许浓度和排放标准提供可靠的理论依据。 总的来说，对水体水质监测和评价的方法可分为两大类【i l ，一类是理化方法，即 采用各种仪器和化学分析法，直接分析测定水体中有害物质及其浓度。这类方法快速、 灵敏，不仅能够确定有害物质的种类，还能准确测定它们的含量。但这种方法不能直 接反映化学物质对水生生物的影响以及环境因子( 如温度、光照、溶解氧、p h 僮等) 对化学品毒性的影响。另外一类是生物学方法，包括生态学方法和毒理学方法等。作 为水毒理学的一个重要组成部分水生生物毒性试验因成为评价化学物质对水生 生物影响和水体污染的一种重要手段而越来越受到人们的重视。 1 1 水生生物毒性试验 毒性测试的目的是为了获取被测物质对试验生物造成危害的资料。在实际工作 中，随着待测化学品和受试生物特性的不同或研究任务的不同，水生生物毒性试验的 方法也是多种多样的。一般来说，可以按致毒时间的长短和试验容器内液体的状况进 行划分。 1 1 1 按致毒时间对水生生物毒性试验的划分 按致毒时间的长短划分，水生生物毒性试验可分为急性毒性试验( a c u t et o x i c i t y t e s t ) 又称短期试验( s h o r t - t e r r at e s t ) 、亚急性试验( s u b a c u t e t e s t ) 、馒性试验( c h r o n i c t e s t ) 又称长期试验( 1 0 n g t e r mt e s t ) 2 - 3 1 。 ( 1 ) 急性毒性试验急性毒性试验是指在短时问内接触高浓度毒物时，被测试化 学物质能引起试验生物群体产生某一特定百分数有害影响的试验。由于死亡容易观 洲魁人学顺i 论义 卣代苯类化台物对江水卸i 苗的毒悱技托q s a r 究 察，而且是最明显而又最严重的有害影响，因此进行水生生物试验时，常用半数致死 浓度( l c 5 0 ) 来表征毒物对水生生物的毒性。除此之外，当试验不以死亡作为受试生 物对毒物的反应指标，而是观察测定毒物对生物的某一影响时，常用半数有效浓度 ( e c s o ) 来表征毒物的毒性。对于细菌，常以半数抑制浓度( 肠o ) 作为毒物毒性大 小的度量。 ( 2 ) 亚急性毒性试验亚急性毒性试验是指试验生物在较长的时间里，因连续接 触较大剂量的毒物而出现中毒效应的试验。亚急性毒性试验并没有明确的致毒时间期 限，它介于急性毒性试验和慢性毒性试验之间。 ( 3 ) 慢性毒性试验通常将在低浓度下致毒时间接近或超过整个生活周期，有的 甚至连续几代的毒性试验称为慢性毒性试验。慢性毒性试验主要用以测定毒物对试验 生物的生长、发育、繁殖等方面的影响。慢性毒性的反应终点很多【4 】：存活率、生长 速度、产卵量、孵化率、畸形率、卵壳脆性；还可以测试生理、生化和行为等指标。 慢性毒性试验在环境毒理学中占有重要地位，对评价环境化学污染物对机体的慢性毒 性危害具有重要意义，同时慢性毒性试验结果也是制定环境中有毒有害物质卫生标准 的重要依据。急性和亚急性试验是慢性毒性试验的基础，能为慢性试验的展开提供重 要资料口j 。以存活率为反应终点( e n d p o i n t ) 的慢性毒性试验最终可以得到n o e c ( n o o b s e r v a b l ee f f e c t i v ec o n c e n t r a t i o n ，无可见效应浓度) 、l o e c ( l o w e s to b s e r v a b l e e f f e c t i v ec o n c e n t r a t i o n ，最低可见效应浓度) 和m a t c ( m a x i m u m a c c e p t a b l et o x i c a n t c o n c e n t r a t i o n ，毒物最大允许浓度，是n o e c 和l o e c 的几何平均值) 6 - 7 1 等毒性指 标。 1 1 2 按试验溶液的状况对水生生物毒性试验的划分 按试验容器内试验溶液的状况不同，水生生物毒性试验可以分为静水式试验、半 静水式试验和流水式试验【8 叫。 ( 1 ) 静水式试验( s t a t i c t e s t ) 生物所在容器内的试验溶液处于不流动或静l e 状 态，试验期问不更换试验溶液的毒性试验称为静水式试验。该方法简单，无需特殊装 置，但只适用于那些在试验期间稳定而又耗氧不高的化学物质。 ( 2 ) 半静水式试验( s e m i s t a t i ct e s t ) 如果每隔一段时间将容器内的试验溶液吸 出，而后加入新配制的试验溶液，或者将试验动物转入另一盛有刚配制的、浓度相同 的试验溶液的容器内，这种毒性试验方法就是半静水式试验。这种方法除了用以提供 试验生物所需要的溶解氧外，还能保持被测物质浓度的大致稳定和防止水质恶化，但 是对于易挥发、不稳定的化学物质或生化需氧量( b o d ) 较高的工业废水难以维持被 测物质浓度的相对稳定和生物所需的溶解氧，更不能及时的将试验生物的代谢产物排 除容器。若解决上述问题，需采用流水式试验。 ( 3 ) 流水式试验( f l o w t h r o u g ht e s t ) 流水式试验是指试验溶液连续地、或间歇 地流经试验容器的毒性试验方式。该方法除了解决了半静水式试验无法解决地问题 外，还为试验生物提供了更接近自然环境的试验条件。但该方法用水量和废水量都很 大，所需要的设备也比前面两种方法复杂，因而目前在测定相对稳定而又耗氧量不大 的化学物质毒性时，仍然视具体情况而选用前两种方法。 1 2 剂量一反应关系 试验生物对毒物的反应( 即毒物的毒性) ，除与受试生物和毒物二者本身的特性 有关外，主要取决于毒物浓度和致毒时间两个因素，当然环境因子、特别是水质条件 对毒物的毒性也有一定影响【】l 。前面已经提到根据致毒时间的不同，水生生物毒性试 验可以分为急性毒性试验、亚急性毒性试验和慢性毒性试验三种类型，下面讨论毒物 浓度对水生生物的影响如何表示。 毒物浓度对试验生物的影响可用剂量一反应关系来描述。具体的讲，剂量一反应 关系是反映外来化合物剂量与在群体中呈现某种效应( 计数指标或转变成计数指标的 剂量指标) 的个体在群体中所占比例关系。这种关系用曲线表示就是剂量一反应关系 曲线。大量研究表明，在剂量一反应关系中，无反应和最大反应之间，随剂量增加， 反应逐步增加，有明显程度变化。剂量一反应曲线有三种类型 3 j ，见图( 1 1 ) ： ( 1 ) 直线关系。在这种剂量一反应关系中，剂量改变与效应强度或反应率成正 比( 曲线a ) 。这种类型在生物效应中是很少见的。只是简单的离体实验中，在一定剂 量范围内，才可能显示这种线形关系。 ( 2 ) 对数曲线关系。该曲线是一条先锐后钝的曲线，类似数学上的对数曲线( 曲 线b ) 。当剂量换算成对数剂量时，可转成一条直线。 ( 3 ) s 状曲线。当群体中的全体对某一化合物的敏感性变异里对称正态频数分 布时，剂量与反应率成s 状曲线( 曲线c ) 。此类易出现在一些物质效应( 这些效 河海人学删l 论文 卤代苯娄化含物对江水绑l 菌的毒性段t t ；q s a r4 , j i 允 应常在剂量增大到一定闽值时方出现) 中，但生物效应中乃属少见现象。常见的为艮 尾不对称“s ”状曲线关系。这表明随剂量加大，效应强度或反应率改变呈偏态分布， 剂量愈大，生物的改变愈复杂，干扰因素愈多，体内自稳机理对效应的调正机制愈明 显。 效 应 强 度 或 发 生 童 1 3 分子毒性机理 图1 - 1 剂菖反应关系曲线 剂量 分子是组成物质的基本结构单位，分子中原子的种类和化学键的性质决定了分子 的性质。在物质结构与性质之间存在着一定的函数关系 1 0 l ，物质的生物活性和化学性 质都依赖于结构，是在分子水平上分子间作用的外在表现。 目前认为，分子水平上的毒性机理有两种非反应性毒性和反应性毒性【1 1 】。非 反应性毒性也称为麻醉性毒性，主要是对细胞或者动物的中枢神经产生抑制作用。此 类毒性只与毒物作用于生物细胞的量有关，化合物在生物体内的浓度达到一定程度即 呈现毒性。麻醉性的毒性一般是可逆的，非专一性，主要是由化合物跨越细胞膜的传 质过程，或者是由其脂溶性所决定的。因此，麻醉性的毒性效应往往与污染物的辛醇 水分配系数( 1 9 p ) 具有良好的相关性。常见的产生此类毒性的污染物质包括脂肪烃、 芳香烃、氯代烃、醇、醚、酮、醛、弱酸和弱碱等。许多研究发现，一些能够形成氢 键的污染物质经常引起比较严重的麻醉性毒性效应。b l u m 和a l t e r 等认为非反应性物 质首先积累在细胞某一部位上，如细胞的类脂蛋白上，而使细胞发生膨胀，从而破坏 了细胞的f 常的代谢过程，这种膨胀也可以阻塞n a + 交换的入口，也导致酶与底物机 械分离，因而使细胞呈现中毒症状，一旦毒物浓度降低至理论允许值，则细胞又恢复 f 常【“例。 第一章绪论 反应性毒性往往是由污染物质与生物体反应引起的与污染物质的电子结构以及 类脂亲和性有很大关系。因此，这类污染物质的毒性与l g p 的相关性不是很强。污染 物对生物体产生毒性效应是因为它与生物体内的受体发生了相互作用，这种作用通常 包括电子迁移、氧化还原和自由基反应等。尤其是含有亲电子取代基( 例如 c h o ， n h 2 ， o h 】，【s h ) 的污染物质，很容易受到电子诱导和共轭效应的影响，与生物 大分子例如蛋白质和d n a 等发生反应。其它机理包括碳氧键加成和碳碳双键加成等 反应。具体的毒性机理随着污染物质分子、生物物种、具体反应部位的变化而变化。 由此可见，在这类毒性机理中，毒物的毒性特别依赖于毒物分子的大小、空间构型及 活性基团的性质等因素。 1 4 定量结构一活性相关( q s a r ) 研究 1 4 1 q s a r 的概述 定量结构一活性相关( q s a r ，q u a n t i t a t i v es t r u c t u r ea c t i v i t yr e l a t i o n s h i p ) 是建立 有机物的活性( 在环境化学中指化合物的毒性) 与结构参数的相关性，通过测量或计 算有机物的特征参数，大体估计有机物对生物毒性的一种研究方法。 在1 8 6 9 年，c u r m 一- b r o w n 和f r a z e r 开创了s a r ( 结构与活性相关) 研究的先河。 到本世纪初，r i c h e t 的研究发现醇和酯在水中的溶解度越大，其毒性越小；m e y e r 和 o v e r t o n 发现，简单的中性有机物( 醇、酮、酯等) 对生物的麻醉效力与其油水分配 系数有关。随后，h a m m e t t 引入取代基常数盯( 后称h a m m e r 常数，描述取代基的电 子效应) 和取代基空间参数e s 到s a r 研究中，使s a r 得到非常重要的发展。在1 9 6 4 年，h a n s c h 应用碎片法，从取代基与活性的关系出发，建立了线性自由能关系模型 ( l f e r ) ，从而使s a r 研究定量化为q s a r 研究。 对结构一活性相关进行量化( 即从s a r 发展到q s a r ) ，除了可以定量计算相关 性外，还可以得到以下信息： ( 1 ) 相关分析可以帮助判断毒物的作用机理； ( 2 ) 相关性可以内推和外推，内推可以预测结构类型非常相似的化合物的活性， 外推可以预测化合物对人体的活性。 ( 3 ) 可以预测改变被分析化合物的结构是否可行。 _ 海人学坝卜埝文 囟代苯娄化台物对江水蛐f 苗的毒眺驶j q s a r 研究 目前，q s a r 法在国际上已发展成为一个相当活跃的研究领域，是环境化学、药 物化学、计算机化学及农药化学中的一个前沿课题【l 。q s a r 定量描述有机物的分子 结构与其活性( 反应活性和生物活性) 之问的关系，不仅可以预期有机物的化学行为， 而且使计算机辅助设计合成具有特定生物活性的有机分子成为可能。有机污染物在环 境中的行为，尤其是在生物体内的富集和致毒是环境化学和环境毒理学的主要研究方 向之一。q s a r 方法可以从已有的大量情报中最大量的提取有关环境污染物结构一活 性关系之间的信息，用于预测、预报中。而且，对有机污染物与其环境活性关系的深 入研究，可望构成有机污染物理论环境化学的基础【l ”。 1 4 2q s a r 的概念模式 q s a r 的概念模式图见图l 2 【1 4 】。 图1 2q s a r 的概念模式图 由q s a r 的概念模式可见，其研究程序包括以下5 个主要步骤： ( 1 ) 选择合适的待试数据资料，要求准确、可信； ( 2 ) 从中选择合适的结构参数及欲研究的活性参数； ( 3 ) 选择合适的方法建立活性参数与结构参数的定量关系模型； ( 4 ) 模型检验，选择更优的分子结构参数或更佳建模方法，优化模型，给出模 型的适用约束和误差范围； ( 5 ) 实际应用，预测、预报新化合物的活性。 第“章绪论 1 4 3 q s a r 的结构参数 影响有机物活性的参数大致有以下三类： ( i ) 疏水性参数 “疏水”的概念最早是由k a u z m a r m ( 1 9 5 9 ) 提出的。k a u z m a r m 认为有机物首 先必须溶解在生物的脂组织中才能致毒；疏水性越强，有机物越倾向于溶解在脂中。 上个世纪术，m e y e r 和o v e r t o n 就发现醇类等的油水分配系数会影响其生物麻醉性能， 并且能够比当时常用的溶解度更好地表示有机物的生物活性，更好地预示有机物穿过 生物膜的能力。h a n s c h 和l e o 等更认为在所有可能因素中，化合物的分配行为最能 影响其生物活性。 辛醇水分配系数l g e 定义为： l 。p ：兰堑堕些鱼塑垄圭蔓主堕盗鏖( 11 ) 4 化合物在水相中的浓度 生物活性与l g p 之间具有良好的相关性，但并不简单地呈线性关系。若l g e 过低 或过高的有机物，化合物分子则难以进入或离开脂组织，其生物活性均不高。 ( 2 ) 电性参数 分子( 或离子) 间的相互作用会影响化合物与生物组织作用的强度和范围。这些 相互作用力包括取向力、诱导力和色散力等，其强度可用电性参数来描述。q s a r 中 常用的电性参数有取代基参数、全分子参数和量子化学参数三类。 取代基参数有h a m m e t t 取代基常数盯、分子折射系数m r 和氢键指数i h ；全分 子指数包括酸解离常数p k a 、偶极矩、溶剂光谱参数r 、口、口；量子化学参数包括 分子轨道能( e l u m o 、e h o m o ) 、原子电荷、前线轨道电子密度以及超离域能量( & ) 等。 ( 3 ) 空间参数 空间参数反映物质分子的大小、基团或原子之间的空间排列及变形情况，可影响 物质的传递和酶与反应中心的接触。常用的空间参数有分子量m w 、摩尔体积m y 、 范德华半径、分子表面积t s a 、t a f t 空间参数e s 以及分子连接性指数等。 河海犬学颂l j 论文 卣代苯类化台物对江水钏菌的撵件驶i q s a r 研究 1 4 4 q s a r 的建模方法 q s a r 的建模方法有很多种，而且发展很快。目前，比较普遍使用的q s a r 法主 要有以下几种： ( 1 ) 辛醇，水分配系数法 在毒理学研究中，辛醇水分配系数( 1 9 尸) 是最普通的理化参数，它反映有机物 的亲脂性。一般而言，随着l g p 值的增大，毒性增强；但对于低水溶性的化学物质， 当l g p 增大到一定值时，毒性会减弱。通常用l g p 表达的q s a r 模型用下式表示【1 8 l ： 一l g l c 5 0 = a l g e b ( 1 9 p ) 2 + c ( 1 2 ) 式中，a 、b 为系数，c 为常数项。对许多物质，l g p 的实验测定是很容易的，也 可以用碎片常数法进行估算，也可以用h a n s c h 和l e o 编制的计算机程序( c l o g p 3 ) 计算得到，计算值通常比较准确，用起来很方便。 g p 与麻醉毒性有较高的相关性己被许多学者所证实。i k e m o t o 13 】等分别将三种水 生生物( 鱼、大型蚤、绿藻) 的毒性数据与辛醇，水分配系数1 9 尸进行回归分析，得到 方程( 1 - 3 ) ( 1 5 ) 。 l g l c s o ( 鱼) = 0 8 1 1 9 p + 0 9 7 ，n - = 2 4 ，r = 0 9 6 ，s = - 0 2 4 ( 1 1 3 ) 1 9 c s o ( 大型蚤) = o 9 4 1 9 p q - 0 9 3 ，盯= 1 8 ，r = 0 9 6 ，s = 0 3 3 ( 1 4 ) 一l g e c 5 0 ( 绿藻) = o 9 4 1 g e + o 3 4 ，n = 8 ，r = 0 9 7 ，s = - 0 3 4 ( 1 5 ) i k e m o t o 等还用 g p 对反应性和非反应性有机物加以区分得出，非反应性有机物 为：氯代烷烃、醇、醚、酮、弱酸、弱碱、和脂肪族硝基化合物；毒性较大的反应性 有机物为：丙烯酰基化合物、p k a 较小的物质和醛类、d d t 等有机物。刘征涛2 0 1 等 对烷基苯类化合物对发光菌的半数发光抑制浓度与l e f t 进行回归分析，得到方程： 一l g e c s 0 = - 0 3 0 9l g p + 1 6 2 3 ，n = 1 6 ，r = 0 9 4( 1 6 ) 这表明烷基酚对发光菌的毒性主要是一个分配过程，即在细胞脂质和外周水相之 间的分配，从而造成非反应性毒性。 ( 2 ) 分子连接性指数法( m o l e c u l a rc o n n e c t i v i t ym e t h o d ) 分子连接性指数是目前已知的对有机分子结构进行数字化表达的最简单和适用 的方式。最早提出分子连接性指数的是r a n d i c ，随后经过k i e r 和h a l l 以及其他许 多学者的进一步发展，形成了一个比较完整的系统【”】。分子连接性指数是一种拓扑学 参数，它是根据分子中各个骨架原子排列或相连的方式来描述分子的结构性质，而不 是用分子的l 里化参数。对于某给定的分子结构，可以计算不同类型和阶项，用点价 乘积的平方根的倒数来表示。分子连接性指数能够较强地反映分子的立体结构，但反 映分子电子结构的能力较弱，因此缺乏明确的物理意义，使其在实践应用中受到了限 制。但由于其方便、简单且不依赖于实验等优点，近年来得到广泛的应用和发展”。 张爱茜等刚将氯代芳香族化合物对绿藻的毒性值1 9 c s o 与其分子连接性指数 w 、”、”进行逐步回归得到： 一l 鲒c 5 0 = 一2 0 2 6 ( o 8 5 0 ) + o 5 4 9 ( 0 1 3 5 ) o x p ”= 1 6 ，r = 0 7 3 9 ，r 2 = 0 5 4 1 ，s = 0 4 8 9 f = 1 6 5 0 ( 1 7 ) 一l g e c 5 0 = 3 1 5 2 ( o 6 1 5 ) 一0 9 7 6 ( o 2 8 9 ) 叼。+ 0 6 8 5 ( o 0 9 2 ) o ， 竹= 1 6 ，r 2 = o 8 1 2 ，尺三。= o 7 8 3 ，s = 0 3 2 2 ，f = 2 8 1 2 ( 1 - 8 ) 其研究结果表明，氯代芳香族化合物对绿藻的毒性主要取决于分子体积的大小， 与化合物极性官能团与水分子间的非色散作用也有定关系。于瑞莲等2 2 1 用表征分子 内部分支情况的一阶价分子连接性指数x ”分别对卤代苯、甲苯、苯胺、苯酚及其几 类物质的总体对发光菌和大型蚤的毒性进行了回归，所得模型相关系数均在0 8 5 以 上，说明、z 。对毒性的描述是较为成功的。戴树桂【2 3 】等将氯苯类对绿藻的毒性1 9 e c 5 0 也用分子连接性指数进行了描述，得到模型的相关系数达到了0 9 2 。 ( 3 ) 量子化学法( q u a n t u m e h e m i c a lm e t h o d ) 通过对有机物分子的量子化学计算，可以全面获得有关分子的电子结构和立体 结构的信息，如分子轨道能级、原子的电荷密度、偶极矩、分子净电荷以及优势构象 等。目前常用的量子化学计算法有m n d o 法、m o p a c a m l 分子轨道法等。量子化 学方法的不足之处在于量化参数复杂多样，使得人们在模型参数的选择、定量模型的 确定及毒性机理的解释方面遇到一定困难，但相比于传统的经验参数，量子化学参数 具有对化合物的描述更加全面、理论性更强等优点，因而被广泛采用。 裴洪平，许高金f 2 4 】计算了苯胺类化合物的6 种量子化学参数，并结合l g e 建立 了以下模型： 一l g e c s 0 2 】7 3 8 ( o 1 3 2 ) + o 4 8 8 ( 0 0 2 9 ) 1 9 p o 0 0 0 8 2 9 ( o 0 0 0 ) 砟 海人学坝卜论义 卤代苯类化台物对江水细菌的毒雠搜其q s a r 究 = 1 7 ，r 。d j = 0 9 7 9 ，f = 3 7 4 9 2 ，s = 0 0 9 8 ，p 0 0 0 0 ( 1 9 ) 一l g e c s o = 1 6 4 7 ( 0 1 1 4 ) + 0 4 4 8 ( o 0 2 9 ) l g ? 一0 0 0 0 9 0 3 ( 0 0 0 0 ) ：r e + o 0 0 15 7 7 ( 0 0 0 1 ) h o f ”2 1 7 ，r 。d j = 0 9 8 5 ，f = 3 5 3 9 9 ，s = - 0 0 8 2 ，p 二溴苯 二氯苯 氯代甲苯 氯代苯胺一氯代苯酚 氯苯。由此可以看出，溴代苯类的毒性高 于相应的氯代苯类；取代基的毒性贡献顺序为： b r 】 c i 【c h 3 】 i n h 2 】 o h 。 ( 2 ) 对于同一种取代基，基团数目越多，化合物的毒性也就越强。如1 ，2 ，4 三氯 苯 邻、问、对二氯苯 氯苯。 ( 3 ) 比较相同取代基、不同取代位置化合物间的毒性时发现，对位化合物的毒 性大于相应的邻位和间位化合物，如对氯甲苯 邻氯甲苯；对氯苯胺 邻、间氯苯胺； 对氯苯酚 邻、问氯苯酚。 从化合物的结构考虑，本文所研究的1 8 个取代苯类化合物都含有相同的母体苯 环，只是苯环取代基类型、数目和位置不同。可见，取代基的不同特性是造成化合物 毒性差异的根本原因。为进一步从理论上探讨该组化合物对江水细菌的毒性机制、定 量研究化合物结构与毒性间的关系，本文将从化合物的疏水性、电子效应和立体效应 等多方面入手，采用不同的q s a r 方法对化合物毒性进行分析和比较，以其从不同侧 面揭示化合物的致毒机制，获得良好的预测模型。 第三章测试结果及1 0 论 表3 1 卤代苯类化合物毒性数据 化合物m o l - l - l g c s o i g n o e c - i g l o e c - l g m a t c 3 2 慢性毒性 3 2 1 慢性毒性的剂量一效应关系曲线 本文测定了1 7 个氯苯类化合物在不同浓度下对江水混合细菌的7 d 生长抑制率，并 以受试化合物浓度( m o l l 。) 的负对数为横坐标，相应实验瓶的吸光率为纵坐标作图， 得到了各受试化合物的浓度效应回归曲线。典型化合物底浓度效应曲线见图3 1 9 3 3 5 ： 海火学硕卜学位论文 卤代苯类化台物对江水钏菌的雀性及jcq s a r 研究 0 9 7 褂 米0 9 4 蓉 0 9 l 0 8 8 0 9 褂 芸0 8 登 0 7 0 6 44 14 24 34