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氯苯类有机化合物是一类物理化学性质极为稳定、不易溶解或难溶于水的人工合成有机化合物,广泛存在于各种行业,能够在环境中迁移,富集能力强且不易降解,因其较强的毒性对环境和生态系统造成严重的危害。因此,本文利用3D-QSAR模型结合分式析因实验设计对氯苯进行分子设计改造,以获得环境友好型氯苯类衍生物。本文以已知的12种氯苯正辛醇-空气分配系数(KOA)实验值为因变量,分子结构参数为自变量,随机选取9种氯苯为训练集,剩余3种为测试集,采用美国Tripos公司的Sybyl-X 2.0软件中的QSAR模块,用比较分子力场分析(CoMFA)方法和比较分子相似性指数分析(CoMSIA)方法进行三维定量构效关系(3D-QSAR)分析,建立3D-QSAR模型。结果表明:任意组合所构建的CoMFA和CoMSIA模型的交叉验证相关系数q2在0.566-0.987区间内(>0.5),非交叉验证相关系数r2在0.953-1.000区间内(>0.9),外部预测集交互检验系数r2pred在0.601-0.998(>0.6)区间内,预测标准误差SEP均在0.063-1.127区间内,说明所建立的模型均有较强的稳定性和良好的预测能力。随机选取一组模型,其CoMFA模型中,立体场与静电场的贡献率分别为41.10%和58.90%;CoMSIA模型中,立体场、静电场和疏水场的贡献率分别为0.70%、85.40%和13.90%,而氢键给体场和受体场对氯苯的KOA值无影响,说明静电场是影响KOA大小的最主要因素。3D-QSAR模型的三维等势图及全析因实验设计耦合发现:在HCB分子的Cl3位置引入电负性较强的基团进行单取代和在Cl1、Cl3、Cl5位置引入电负性较强的基团进行三取代均有利于增大HCB分子的KOA值,据此设计出11种低迁移性的新型HCB分子,且生物富集性基本保持不变、降解性有所提高,同时其功能特性——毒性未降低。基于2D-QSAR模型和分子对接技术对CBs迁移性和降解性机理分析发现,偶极矩和最高占用轨道能量对新型分子的迁移性和降解性同时起影响作用,增大分子的偶极矩及降低最高占用轨道能量均能使分子迁移性降低、降解性增强。新型HCB分子长距离迁移能力进行分级评价显示,修饰后的2、3、5、6和9号新型HCB分子长距离迁移能力由相对高等迁移能力降低至相对低等迁移能力,剩余新型HCB分子迁移能力也明显下降,为环保型HCB分子设计提供了基础理论依据。