取代芳烃对发光菌急性毒性的QSAR研究.pdf

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1、第31卷第6期计算机与应用化学Vo1．31，No．62014年6月28日ComputersandAppliedChemistryJune28，2014取代芳烃对发光菌急性毒性的QSAR研究张新兵(常州大学怀德学院，江苏，常州，213016)摘要：取代芳烃类化合物是重要的化工产品，应用广泛，但大多数具有毒性。本研究根据定量结构．活性相关I~(QSAR)原理，研究了38种取代芳烃对发光菌的急性毒性(EC。)与其分子结构之间的关系，还应用遗传算法筛选出5个与EC。最为相关的描述符，并应用多元线性回归方

2、法和支持向量机方法建立QSAR模型。结果表明，两种方法所见模型的复相关系数、留一法交互验证系数分别为O．988、0．979和O．991、O．98l，对外部预测样本的复相关系数和外部测试集交互验证系数分别为0．913、0．904和O．924、0．906，与相关文献比较，所建QSAR模型均具有更好的预测能力和稳健性关键词：取代芳烃：急性毒性；定量结构．活性相关；多元线性回归；支持向量机中图分类号：TQ015．9；TP391．9；0639文献标识码：A文章编号：1001—4160(2014)06．73

3、7．740D0I：10．11719／corn．app．chem201406211引言其中有的为测试集。表l取代芳烃对发光菌急性毒性的实验值(一lG0)和MLR、SVM取代芳烃类化合物作为重要的化工产品或中间体，的预测值(Pre)应用广泛，但它们大多数具有毒性，不仅对生物存在致Table1Experimentalandpredictedtoxicityvaluesofsubstitutedaromaticcompoundstophotobactefiumphosphoreum(-lgEC,0)by

4、癌、致畸和致突变的作用，也会污染空气、土壤和水源，MLRandSVM．给环境带来严重危害。因此，对取代芳烃类化合物的毒性进行分析研究具有一定的应用价值。定量结构．活性相关(QSAR)可仅根据化合物的分子结构参数，利用适当的数学模型，预测其毒性、致突变性、致癌性大小等生物活性，克服了实验方法中的一些不足之处，比如费用昂贵、费时费力、滞后性等。选择合适的分子描述符和高效的建模方法是QSAR研究中的两大关键问题。目前，选取分子结构描述符的方法主要有：辛醇／水分配系数法、量子化学方法和遗传算法等优化算法

5、等【l4；用于QSAR建模的方法主要有：多元线性回归(MLR)、偏最小二乘法(PLS)、人工神经网络法(ANN)和支持向量机(SVM)~t。其中，遗传算法(GA)是一种简洁高效的全局优化算法，具有相当强的搜索能力，能够在有限的时间内搜索出与目标性质最为相关的分子描述符集合，因此在QSAR研究中得到了较好的应用；而SVM算法因其能解决小样本、非线性、高维数、局部极小值等实际问题，也在QSAR研究中得到了广泛的应用。本文依据QSAR基本原理，从分子结构角度出发，分别采用MLR和SVM方法建立QSAR

6、模型，研究了38种取代芳烃对发光菌的急性毒性与其分子结构之间的构效关系，并比较2种方法的模型。2实验部分2．1数据来源EC50指取代芳烃对发光菌15min半数发光抑制浓度，．1geCSO越大，化合物的毒性越大。取代芳烃对发光菌急性毒性．1gEC50数据引自文献“，为了与原文献进行比较，测试集和训练集的划分也同文献一致，见表1，收稿日期：2013．10—18；修回13期：2013—12．19基金项目：江苏省自然科学基金项I~I(SBK200930370)作者简介：张新兵(197o_1，男，江苏如东

7、人，硕士，工程师。研究方向：精细化学品的合成。E-mail：zxb@cczu．edu．cn738计算机与应用化学2．2实验步骤中5个描述符在方程中的标准回归系数分别为0．825、先应用化学软件Hyperchem7．5中的分子力学方法．0．331、．0．354、0．133、0．155。正负号表示影响方向，其MM+对化合物结构进行初步优化，在此基础上，用半经绝对值越大影响越大，所以这5个描述符对．tgEC50的影验的量子化学方法AM1进一步的几何优化，然后将优化响程度依次为HTv>Kv>IDDE>M

8、or4u>Els。应用方程f1)分别对训练集和测试集进行预测，所得好的分子结构文件输入到Dragon5．4软件中计算化合物的各种结构参数，最后，对结构参数采用遗传．偏最小二急性毒性预测值与实验值的比较见表1与图l，模型的乘法(GA．PLS)进行特征变量选择，筛选出与目标性质最主要性能参数见表3。为相关的结构参数集合，以此作为MLR和SVM方法建模的输入变量，建立QSAR模型，并对模型进行内外部R验证。品3结果与讨论罟3．1GA．PLS筛选结果宴运用GA．PLS筛选方法，获取了5个与取代芳烃对发光