全 文 ：生态科学2003年2月第22卷第l期 ECOLOGICSC ENCEFeb2003，22⋯：009—0i2
预测有机物对虹鳟半致死浓度的分子连接性指数法
曹红英，王 鑫， 陶 澍+(北京太学城市与环境学系，地表过程分析与模拟教育部重点实验室+北京10087l
【摘要】 根据7类212种化合物对虹鳟半致死浓度实测数据研究了分子连接性指数与有机化合物半数致死浓度
(1091几cj。)的定量关系。结果表明．在目前资料条件下，建立统一的分子连接性指数模型有一定困难，而按照不删
类别建立的独立模型可以很好地描述这样的定量关系。模型的调整可决系数在062～O．92之间，平均残差为0283个对
数单位。残差超过o．5个对数单位的化台物占全部建模化合物的】2％以下。在所研究的7类化合物中，有机磷预测模型
的误差最大。
关键词：分于连接性指数：虹鳟：半致死浓度：OsAR
中图分类号：x171．5 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2003)0l—009．04
QSARmodeli雌forLC500fo增唧cchelnicalstorainbowtr叫t琳lngmoleclllarconne州蚰ind联／CAOHongYin邑
WANGXin，TAoShu(D印蝴entofUrballandEn“ronmen叫Scie玎ces，PekinRUniver酊吼BeiiiIl2l0087l，Chjna)
AbstractThequaⅡdtadveTcladonshipbetweenTnolecul盯connec6vei dex(MCI)andhaIfIethaldosc(I』：50)oforganic
chcITlicalsto删inbowtrDutercinvesd2atcdb seonaseIOftheObserv酣da嗡of212chemicals．Theresultsshowedthati
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J～nmngsevencheIllicalclasses，Ⅱlelargestr眦柚rcsidualwasd耐ved矗DmⅡ1eodelforo唱anophospha【e(oP)．
Keywords：molecularconnec6“tyindex；0n∞，埘n曲“j，，舭b；Lc50；QsAR
结构效应定量关系模型(QSAR)是估算有机化
合物特性的重要工具。用此类模型预测化合物的毒性
参数在风险评价中具有特别重要的价值”1。虽然毒性
参数估算模型不如其他物理化学参数模型成熟。这方
面的研究实例也很多，如王连生等建立的芳烃对水生
生物和发光菌的毒性模型、芳烃对水生生物和哺乳动
物的毒性模型121以及习晓环等建立的估算对虹鳟半致
死浓度的片段常数模型等”】。
分子连接性指数(McI)法是l(ier和Hall01提出
并发展起来的，该指数是从有机化合物分子的隐氢骨
架中产生的拓扑指数，它反映了分子大小、分枝、键
型、以及杂原子等信息。分子连接性指数与有机物化
合物的毒性有较好的相关性⋯。本研究的目的是通过
向分子连接性指数模型中引入必要的极性因子和结构
校正因子，建立估算极性化合物毒性的模型。
I研究方法
收集了212种极性化合物对虹鳟鱼的96h半数致
死水相浓度(Lc，0)值．单位均转化为nlm01．L_1。
数据来源于T0Ⅱdinl7‘和M0ntgomeryml等整理的文献。
I。og(1／Ic50)取值范围为．1．1l～6．73。对于区间数据的
化合物，范围较小的取中位数；范围跨2个数量级以
上者予以剔除。
在对全部化合物建立总体模型尝试的基础上，将
数据库中所有化合物分为7个类别，包括酯(甲酸酯
和除虫菊酯)、胺(氯乙酰和苯胺)、脲醇酚醚、酮、
唑和三嗪及其衍生物、酸、有机磷类。分别_}{}j分f连
接性指数法建立分类模型，模型中考虑了特殊功能团
的校正。用Excel建立毒性数据库，用SPSS进行多元
回归等统计分析。
2结果与讨论
2．1估算对虹鳟的半致死浓度的McI统一模型
尝试了用所收集的全部212种化合物建立统一模
型。用全部26个分子连接性指数为自变量对
109(1／Lc50)进行逐步回归，得到的线性模型可决系数
均在o．30以下。在此基础上加人多种结构或官能团校
正因子．尽管结果有所改善，但即便在自变量总数达
到近30个时(通过逐步回归选自26个McI，19个结
构因子和33个极性基团因子)，模型可决系数也在o．7
以下，绝对残差在1．O以上的化合物共39个，占化合物
总数的18％。由此可见，不同类别化合物致毒机理的
差别用此类相对简单的模型很难描述。
逐一考察总体模型中单个化合物的残差可以看
基金项目：国家自然科学基金重点基金(4003lolo)、创新研究群体基金
40024l叭)资助．
+通讯联系人
作者简介：曹红荚(1974一)．女，博士研究生，主要从事环境地球化学
2003-02-u收蒋，2003-02-”接受．
万方数据
生态科学
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到，不同类别化台物有很大差别。譬如脲类化合物的
残差均在1．o以下，而34种有机磷中11个的残差在
1．O以上，最高者达2．4l。
2．2独立的化合物类别模型
由于所选212种化合物亲水性特征相差很大
(Kow跨10个数量级以上)．且对虹鳟的致毒机理大
不相同(Lc50跨近8个数量级)，故考虑针对不同类
别化合物分别建立模型。根据所有McI和校正因子，
分别对7类化合物作逐步回归，结果如图l所示。对
不同类别化合物，逐步回归得到的变量各不相同，变
量总数(包括常数项)在9～12个之间，其中含O～2
个McI，其余为结构校正因子(F)或片段校正因子
(f)“1。7种化合物的回归方程如下：
／√／
。夕
0
2
万方数据
1期 曹红英等：预测有机物对虹鳟半致死浓度的分子连接性指数法
酯Lg(1，Lc如)=10．0720zcH_o．225气⋯pc_o．18F0b一1．07F砒y+1．349F_+0．773FHpl—1．849f【一oH】
-0．679pN《(o)O一]+0．68f【_C兰N1十1．523fr_c一1+2．15，n=43
胺 Lg(1，Lc蛐)=一3．0754Xc+0387’ ⋯。+0．723FHpl+0．907f[—N02l_0．602f【=N一卜2．011f[—NH2】
+1．025Ⅲ’-NH2]_o．161f【一N-】_0．12lf【一N—C(o)N_】十0．327f【一C兰N】_0．764f【—oCH31+1．956，
n=29
脲醇酚醚 Lg(1，Lc50)=4．2984Z’。一1．693‰+o．316廿Cl】_o．388t1一F】+1．325f【州H一】_o．684f【一N一】
-o．79f【_N—C(o)N一】+0．139f【一oCH3】+2．127，n二22
目同Lg(1／LC50)=0．636f【一Br卜1．773f【—0Hj-o．854f【=N一卜2．513f卜s(O)2一】+1．251f【—S—J+o．762f
卜·o一]+0．558f【—C(o)一】+1．555f【—C(O)O-]+o．998，n=2l
唑和三嗪 Lg(1，Lc50)=o．2211z’r1．519气”。一1．142f【F-oH】+1．088ffR广NH一】+1．039f【_N—c(o)o—J
-o．795f[_S(o)2一卜2．237f【Fa广o_J+o．948f【—CiN卜1．969f【—c=卜卜01+0429， n=4l
酸 Lg(I／LC50)=0．359。Z+2．515FP一5．702聃十3．122f卜P(o)ooo一卜3．923f【—OH】∞．523f【Rr=N一】
+o．97f【F-NH2卜1．183pN《(O卜l+1．429f【《(o)o·J_0．12lf【一oCH3卜1．045，n=22
有机磷 Lg(1／Ic50)=，512气⋯。一8．252X”。t—旬．642FP旷}1．02lFPl十2．08lFHp2-1．285FMhg厂1．471*_P(o)ooHo】
+l652f【一P(O)OoNH一卜0．728fI—P(S)ooNH一】+o．226f[—ocH3】+1．677．n=34
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酯 胺 脲醚 酮 唑 酸有机磷 酯 胺腮醚 酮 唑 酸有机磷
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edⅨ 劬H
圈2分类囊型的调蚵决系鼓(R‰)和平均绝对殪差
F．g2 Adj邺tedcoel丘deⅡt0fdeter吐li曲H蚰aⅡd咖nresidl山0fthemodels
不同类别化合物的自变量有很大差异，反应了各
类化合物致毒机理的差异。这也是建立统一模型十分
困难的根本原因。从上述回归式中可以看出，系数为
正的变量或者有助于化合物的生物吸收(亲脂)，或者
具有直接毒效应。7种化合物的回归式中涉及的多数
极性因子(如卤素原子相互作用因子‰，和多数含O
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Flg．3Moddr商dI叫釉amn叫∞西w硼cl耐l孵(扎c50)
官能团)取负值，而多数非极性因子取正(如极性片
段相互作用因子和卤素校正因子等)。典型的毒性片段
(如《奇4)则取正。
2．3独立的化合物类别模型误差分析
7个类别模型的多元回归调整可决系数及平均绝
对残差在图2中给出。
不同化合物的模型调整可决系数在O．62和O．92
之间。除唑和三嗪类以及有机磷化合物外，调整可决
系数均在O．80以上。可决系数最低的有机磷模型平均
残差也最高(大于O．5个对数单位)。所有化合物的平
均残差以对数计为0．283，如果不考虑有机磷类，则平
均绝对残差仅为o．241个对数单位。图3为所有212
种化合物模型残差与预测值的关系。
就个别化合物而言，残差较大者多在预测值
(109(1，Lc∞))1～4之间，即为毒性居中的化合物。
若以0．5个对数单位为界，预测结果偏差超过o．5个对
数单位的化合物包括表l中列举的25种(1I．8％)。
其中有机磷化合物8种，几乎占三分之一。其次为酯
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一。国暑荔；rp《一言。g
万方数据
万方数据
预测有机物对虹鳟半致死浓度的分子连接性指数法
作者： 曹红英， 王鑫， 陶澍
作者单位： 北京大学城市与环境学系,地表过程分析与模拟教育部重点实验室,北京,100871
刊名： 生态科学
英文刊名： ECOLOGIC SCIENCE
年，卷(期)： 2003,22(1)
被引用次数： 3次

参考文献(8条)
1.Kier L B;Hall L H Molecular Connectivity in Chemistry and Drug Research 1976
2.袁星;袁晓凡;赵元慧 取代苯胺、苯酚对鲤鱼毒性的定量构效关系[期刊论文]-东北师大学报(自然科学版)
2001(01)
3.习晓环;陶澍;徐福留 根据片段常数法估算有机化合物对虹鳟的LC50值[期刊论文]-环境科学 2001(04)
4.王连生;韩朔睽 有机污染化学进展 1998
5.王连生 环境化学进展 1995
6.Shu Tao;Haishan Piao;R Dawson Estimation of Organic Carbon Normalized Sorption Coefficient (Koc)
for Soils Using the Fregment Constant Method 1999(33)
7.Tomlin C The Pesticides manual: 1994
8.Montgomery J H Montgomery, Agrochemicals Desk Reference: environmental data 1993

引证文献(3条)
1.廖立敏.卿东红.李建凤.朱俊.谢永红.雷光东 烃基酚类化合物结构与毒性关系研究[期刊论文]-环境化学
2011(2)
2.张文军.张运陶 基于支持向量机的苯酚类化合物毒性的QSAR研究[期刊论文]-西华师范大学学报（自然科学版）
2008(2)
3.堵锡华 取代苯酚和苯胺类化合物的QSAR毒性研究[期刊论文]-毒理学杂志 2005(4)


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