環(huán)境化學(xué)_有機(jī)污染物的定量結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系

1、第六章第六章 有機(jī)污染物的定量結(jié)構(gòu)有機(jī)污染物的定量結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系活性關(guān)系(QSAR) 內(nèi)容內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 分子結(jié)構(gòu)的參數(shù)化表征分子結(jié)構(gòu)的參數(shù)化表征第三節(jié)第三節(jié) QSAR模型的建立方法模型的建立方法第四節(jié)第四節(jié) QSAR模型的驗(yàn)證與表征模型的驗(yàn)證與表征 內(nèi)容內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 概述概述一、一、QSAR的基本概念和意義的基本概念和意義二、二、QSAR的原理與發(fā)展趨勢的原理與發(fā)展趨勢三、三、QSAR的發(fā)展和應(yīng)用的發(fā)展和應(yīng)用四、環(huán)境指標(biāo)與數(shù)據(jù)的獲得四、環(huán)境指標(biāo)與數(shù)據(jù)的獲得一、一、QSAR的基本概念和意義的基本概念和意義1、定量結(jié)構(gòu)、定量結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系的基本概念活性關(guān)系的基本概念Q

2、SAR：有機(jī)物的物理性質(zhì)、環(huán)境行為和生態(tài)毒理學(xué)參數(shù)，與其：有機(jī)物的物理性質(zhì)、環(huán)境行為和生態(tài)毒理學(xué)參數(shù)，與其 分子結(jié)構(gòu)之間存在的內(nèi)在聯(lián)系。這種聯(lián)系可以被認(rèn)識(shí)、分子結(jié)構(gòu)之間存在的內(nèi)在聯(lián)系。這種聯(lián)系可以被認(rèn)識(shí)、 表征和應(yīng)用。表征和應(yīng)用。QSAR模擬的環(huán)境指標(biāo)：模擬的環(huán)境指標(biāo)：（1）有機(jī)污染物的理化性質(zhì)）有機(jī)污染物的理化性質(zhì)（2）有機(jī)污染物在環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化行為的參數(shù)）有機(jī)污染物在環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化行為的參數(shù)（3）毒理學(xué)參數(shù)）毒理學(xué)參數(shù)2、QSAR對于有機(jī)化學(xué)品環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的作用對于有機(jī)化學(xué)品環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的作用CAS登記的化學(xué)品登記的化學(xué)品3668萬萬通過通過QSAR，可以彌補(bǔ)有機(jī)物環(huán)境行為與生態(tài)毒理數(shù)據(jù)的

3、缺可以彌補(bǔ)有機(jī)物環(huán)境行為與生態(tài)毒理數(shù)據(jù)的缺失，大幅度降低實(shí)驗(yàn)費(fèi)用，有助于減少和替代實(shí)驗(yàn)。失，大幅度降低實(shí)驗(yàn)費(fèi)用，有助于減少和替代實(shí)驗(yàn)。一、一、QSAR的基本概念和意義的基本概念和意義1、有機(jī)污染物有機(jī)污染物QSAR的建立方法及代表性模型的建立方法及代表性模型P262圖圖6-1QSAR建模經(jīng)常使用的模型：建模經(jīng)常使用的模型：（1）線性自由能關(guān)系模型）線性自由能關(guān)系模型（2）Hansch模型模型（3）線性溶解能關(guān)系模型）線性溶解能關(guān)系模型（4）理論線性溶解能關(guān)系）理論線性溶解能關(guān)系（5）基團(tuán)貢獻(xiàn)模型）基團(tuán)貢獻(xiàn)模型（6）三維）三維QSAR分析方法分析方法二、有機(jī)污染物二、有機(jī)污染物QSAR的原理與發(fā)

4、展趨勢的原理與發(fā)展趨勢二、有機(jī)污染物二、有機(jī)污染物QSAR的原理與發(fā)展趨勢的原理與發(fā)展趨勢2、QSAR的發(fā)展趨勢與特點(diǎn)的發(fā)展趨勢與特點(diǎn)（1）目標(biāo)導(dǎo)向性和應(yīng)用性）目標(biāo)導(dǎo)向性和應(yīng)用性（2）多學(xué)科集成性）多學(xué)科集成性（3）智能性）智能性三、三、QSAR的發(fā)展和應(yīng)用情況的發(fā)展和應(yīng)用情況四、四、QSAR所模擬的環(huán)境指標(biāo)和活性數(shù)據(jù)的獲得所模擬的環(huán)境指標(biāo)和活性數(shù)據(jù)的獲得1、訓(xùn)練集化合物的選擇訓(xùn)練集化合物的選擇隨機(jī)性、代表性、全面性、可獲得性隨機(jī)性、代表性、全面性、可獲得性2、活性數(shù)據(jù)的獲得、活性數(shù)據(jù)的獲得文獻(xiàn)資料、相關(guān)數(shù)據(jù)庫、實(shí)驗(yàn)室的測試結(jié)果文獻(xiàn)資料、相關(guān)數(shù)據(jù)庫、實(shí)驗(yàn)室的測試結(jié)果第二節(jié)第二節(jié) 分子結(jié)構(gòu)的參數(shù)

5、化表征分子結(jié)構(gòu)的參數(shù)化表征一、分子結(jié)構(gòu)線性輸入系統(tǒng)一、分子結(jié)構(gòu)線性輸入系統(tǒng)二、經(jīng)驗(yàn)性分子結(jié)構(gòu)參數(shù)二、經(jīng)驗(yàn)性分子結(jié)構(gòu)參數(shù)三、分子拓?fù)鋵W(xué)參數(shù)三、分子拓?fù)鋵W(xué)參數(shù)四、量子化學(xué)參數(shù)四、量子化學(xué)參數(shù)一、分子結(jié)構(gòu)線性輸入系統(tǒng)一、分子結(jié)構(gòu)線性輸入系統(tǒng)分子線性輸入系統(tǒng)（分子線性輸入系統(tǒng)（SMILES）：高度濃縮和簡潔的方式，）：高度濃縮和簡潔的方式，表達(dá)化學(xué)結(jié)構(gòu)的性質(zhì)。表達(dá)化學(xué)結(jié)構(gòu)的性質(zhì)?；疽?guī)則：基本規(guī)則： 原子由各自的原子符號(hào)表示原子由各自的原子符號(hào)表示 氫原子略寫氫原子略寫 相鄰的原子表示彼此相連相鄰的原子表示彼此相連 雙鍵和三鍵用雙鍵和三鍵用“=”和和“#”表示表示 分支用括號(hào)表示分支用括號(hào)表示 環(huán)用分

6、配的數(shù)字來表示兩個(gè)連接的原子環(huán)用分配的數(shù)字來表示兩個(gè)連接的原子二、經(jīng)驗(yàn)性分子結(jié)構(gòu)參數(shù)二、經(jīng)驗(yàn)性分子結(jié)構(gòu)參數(shù)1、取代基電子效應(yīng)參數(shù)（、取代基電子效應(yīng)參數(shù)（）2、立體效應(yīng)參數(shù)（、立體效應(yīng)參數(shù)（Es）3、疏水性參數(shù)（、疏水性參數(shù)（）三、分子拓?fù)鋵W(xué)參數(shù)三、分子拓?fù)鋵W(xué)參數(shù)分子拓?fù)鋵W(xué)是把數(shù)學(xué)上圖的拓?fù)湫再|(zhì)與化學(xué)分子結(jié)構(gòu)圖對應(yīng)分子拓?fù)鋵W(xué)是把數(shù)學(xué)上圖的拓?fù)湫再|(zhì)與化學(xué)分子結(jié)構(gòu)圖對應(yīng)起來，用于尋找分子結(jié)構(gòu)圖的拓?fù)鋵W(xué)參數(shù)。起來，用于尋找分子結(jié)構(gòu)圖的拓?fù)鋵W(xué)參數(shù)。四、量子化學(xué)參數(shù)四、量子化學(xué)參數(shù)1、原子電荷、原子電荷2、分子軌道能、分子軌道能第三節(jié)第三節(jié) QSAR模型的建立方法及其透明性模型的建立方法及其透明性一、建立

7、一、建立QSAR模型的方法模型的方法二、二、QSAR建模算法的透明性建模算法的透明性一、建立一、建立QSAR模型的方法模型的方法1、回歸分析法、回歸分析法 回歸分析法，是在掌握大量觀察數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用回歸分析法，是在掌握大量觀察數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法建立因變量與自變量之間的回歸關(guān)系函數(shù)表數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法建立因變量與自變量之間的回歸關(guān)系函數(shù)表達(dá)式（回歸方程式）。達(dá)式（回歸方程式）。 2、多變量分析法、多變量分析法主成份分析，因子分析、聚類分析、判別分析、偏最小二乘主成份分析，因子分析、聚類分析、判別分析、偏最小二乘分析分析3、其他分析方法、其他分析方法人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析、遺傳算法人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

8、分析、遺傳算法二、二、QSAR建模算法的透明性建模算法的透明性透明性：模型應(yīng)基于基本的物理化學(xué)性質(zhì)，并具有清晰明確透明性：模型應(yīng)基于基本的物理化學(xué)性質(zhì)，并具有清晰明確 的表達(dá)形式。的表達(dá)形式。第四節(jié)第四節(jié) QSAR模型的驗(yàn)證與表征模型的驗(yàn)證與表征一、一、QSAR模型的擬合效果評價(jià)模型的擬合效果評價(jià)二、二、QSAR模型的穩(wěn)健性及內(nèi)部驗(yàn)證模型的穩(wěn)健性及內(nèi)部驗(yàn)證三、三、QSAR模型的預(yù)測能力與應(yīng)用域模型的預(yù)測能力與應(yīng)用域四、四、QSAR模型的機(jī)理模型的機(jī)理QSAR模型應(yīng)符合的標(biāo)準(zhǔn)： 具有明確定義的環(huán)境指標(biāo) 具有明確的算法 定義了模型的應(yīng)用域 有適當(dāng)?shù)臄M合度、穩(wěn)健性和預(yù)測能力 最好能夠進(jìn)行機(jī)理解釋 決定系數(shù)(R2) 經(jīng)自由度調(diào)整后的決定系數(shù)(R2adj) 均方根誤差(RMSE)一、一、QSAR模型的擬合效果評價(jià)模型的擬合效果評價(jià)1、交叉驗(yàn)證2、自舉法和Y的隨機(jī)性驗(yàn)證二、二、QSAR模型的穩(wěn)健性及內(nèi)部驗(yàn)證模型的穩(wěn)健性及內(nèi)部驗(yàn)證三、三、QSAR模型的預(yù)測能力與應(yīng)用域模型的預(yù)測能力與應(yīng)用域1