关于QSAR的论文

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1、【摘要】近年来，由于化学物质的环境危险性评价的需要，定量结构-活性相关（QSAR)的研究方法愈来愈受到人们的关注。所谓的定量结构-活性相关，研究的是化学品的分子结构与其活性之间的内在定量关系。QSAR方法利用现有的化学知识和实验数据，建立某类化合物的结构与生物活性之间的定量关系，利用这种关系来预测新的化合物的生物活性。从70年代开始，QSAR广泛的应用于环境化学，药物化学，毒理学等领域。本文介绍了QSAR方法的研究意义、发展历史，建模方法等，同时对QSAR的发展趋势作了展望。【关键词】QSAR，发展历史，研

2、究方法，研究步骤1.QSAR的介绍1.1什么是QSAR？（WhatisQSAR?)定量结构-活性关系及定量构效关系，是指化学品的分子结构与其活性之间的内在定量关系。这里的生物活性是一个广义的概念，通常是指污染物对水生生物的毒性，另外还包括污染物的一些物理化学性质，比如描述有机污染物在环境中迁移、转化、分布等性质的参数，因此可以概括为污染物在环境中的行为或某种性质。分子的结构通常用结构描述符来定量表征，分子的理化性质参数，如溶解度，正辛醇/水分配系数等也可以用来表征化合物的分子结构特征[1-2]。QSAR主要

3、应用数理统计的方法，在化合物的分子结构和生物活性之间建立一个数学模型，然后用该数学模型进行未知化合物生物活性的预测[3]。1.2QSAR研究的必要性(WhyQSAR?)定量结构-活性相关的研究，是因为有机污染物生态风险性评价的需要[4]。人类社会的发展，给环境带来很多负面的影响，其中就包括向环境中排放了大量有毒的污染物。1999年12月，美国的化学文摘收录的自然界得到的和人工合成的化合物数目已经达到2230万种。据估计，我们人类现在已经合成的日用化学品有70000多种，并且每年这个数字都还会增加500-10

4、00[5]。每一天都有大量的化合物进入我们的环境中，这些化合物在环境中如何进行迁移和转化，它们对生物体和人类具有什么样的毒性，它们对生态系统的结构和功能有怎样的影响，这些都是我们所关心的问题。而要对这些问题作出回答，就必须对这些污染物进行生态风险性评价。传统的生态风险评价包括下列四个步骤[2,6]：危害识别，剂量-反应评价，暴露评价，风险表征。进行生态风险评价，需要首先获得大量的数据：化合物对生物或人体的毒性，在环境中的迁移和转化等。这些数据的获取要通过实验获得，而面对这么多已存在的和即将生产和使用的化合物

5、，其工作量之大，是可想而知的。因此仅仅依靠实验来完成积累数据并进行生态风险评价，是不可能的，而且在时间上是永远滞后的。具有强大预测功能的QSAR方法为有机物的生态风险评价提供了一个重要的、必不可少的手段。可以说，QSAR的理论研究具有重要的理论价值和实际意义，是污染防治的理论基础，是可持续发展的技术前提[1]。1.3QSAR的发展历史构效关系的概念伴随着药物化学的产生而出现。人类历史上第一次认识到药物的理化性质和生理活性的关系可以追溯到19世纪50年代英国的Snow医生对吸入性全身麻醉药物的研究，他在研究过

6、程中，注意到了药物沸点和饱和蒸汽压对药物的药效影响。1863年，法国的Cros在他的博士论文中提出，哺乳动物体内的醇类的毒性和水溶性呈很好的相关关系。1868年，英国药理学家Fraser和化学家CrumBrown提出了化合物的生理活性依赖于其组分的理论，即生物活性应该是化合物组成C的函数:Φ=f(C)，这就是著名的crum-Brown方程。系统的结构-活性相关(SAR)研究，始于上个世纪30年代Hammett等研究有机物毒性与分子电性效应(σ)之间的相关性研究[7]。Hammett提出有机物芳环上取代基的电

7、性效应可由σ=log(Kx/Kh)来表示，其中Kx和Kh分别是取代和未取代时化合物的电性常数。到了50年代，Taft把Hammett的思想拓展应用到脂肪族的化合物中，提出分子的空间效应可以用Es=log(Kx/Ko)，其中Kx和Ko分别是取代衍生物和未取代母体化合物的水解速率常数。到了20世纪60年代，Hansch等人站在前人的肩膀上，建立起Hansch-Fujita模型，揭开了QSAR研究的篇章。Hansch等人认为取代基引起化合物分子物理化学性质的变化主要有三种，即电性、立体性和疏水性，因此假设：取代基

8、对分子生物活性的影响是由上述某些或者全部物理性质的变化引起的，并且取代基对生物效应的电性效应、立体效应及疏水效应是彼此独立并可相加的。在此基础上，Hansch等建立起了比较完善结构-活性相关方程。后来在SAR方程中加入了定量计算的部分，这样可以定量预测化合物的活性。QSAR最初被广泛的应用到药物设计当中，根据QSAR结果，可以为设计、筛选或预测任意生物活性的化合物指明方向。另外，根据已有的化学知识，可以探求药物与