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有机污染物对人类的健康和环境的影响受到国内外的普遍关注。定量结构.性质相关(QSPR)是一个涵盖了化学、生物、数学、计算机等多门科学的交叉学科点,是国际上十分活跃的前沿领域,已经成为对有机污染物进行生态风险评价的一个重要手段,它可以用于预测有机污染物在环境中的迁移、转化和分布等行为。在有机污染物的QSPR研究中,量子化学计算是获得分子结构参数的重要方法。
本论文对取代苯酚、取代苯胺、多溴代二苯并噻吩、多溴二苯硫醚系列化合物的性质进行了QSPR研究。(1)采用实验的方法测定了取代苯酚、取代苯胺的臭氧降解反应级数和反应速率常数,采用密度泛函理论(DFT)方法在B3LYP/6-311G﹡﹡水平上对取代苯酚、取代苯胺分子结构进行了全优化计算,以计算得到的量子化学参数作为理论描述符,采用SPSS 12.0 for windows统计程序进行正向逐步回归分析,分别建立了臭氧降解反应速率常数的QSPR模型。(2)采用密度泛函理论(DFT)方法在B3LYP/6-31G﹡水平上对多溴代二苯并噻吩、多溴二苯硫醚分子结构进行了全优化计算,并通过设计等键反应计算得到的系列化合物的热力学参数。通过定义卤素原子在母体化合物上的取代数目和相互位置关系作为结构参数,采用正向逐步回归分析,分别建立了多溴代二苯并噻吩、多溴二苯硫醚的热力学性质与卤原子取代相互位置和数目关系的QSPR模型。
采用留一的交叉验证和外部检验、t-检验或F-检验和变异膨胀因子(VIF)等方法对所建立的QSPR模型进行了统计检验和评价,检验结果证明所建立的模型具有高的预测能力和稳健性。
研究结果表明:取代苯酚,取代苯胺的臭氧氧化反应表观速率常数与其结构和热力学参数之间存在很好的线性关系,相关方程的相关系数R2分别为0.978和0.956,标准误差SD分别为0.050和0.066。多溴代二苯并噻吩、多溴二苯硫醚的热力学性质参数与其卤素原子的取代个数和取代的卤原子之间的相互位置间也存在明显的相关性。热容、熵、标准生成焓和标准生成吉布斯自由能与卤素原子的取代数目和相互位置关系参数之间的相关系数R2均大于0.998。因此,通过本研究建立的QSPR模型可以应用于对结构上类似于取代苯酚、胺的化合物的臭氧降解难易程度的推测。运用卤原子取代相互位置和数目方法作为参数建立的多溴代二苯并噻吩、多溴二苯硫醚的QSPR模型可以方便的估算出异构体化合物的热力学函数值。