新烟碱类杀虫剂的定量构效关系研究

论文摘要

本研究选择B3LYP/6-31G（d）方法,对32种新烟碱类化合物分子进行QSAR分析,建立QSAR模型;运用量子化学、分子力学、统计分析等方法从分子、电子结构水平着手,对微观作用机理进行较为深入探讨。主要结论如下:1采用多种方法和基组,对两种具有晶体结构数据的新烟碱类化合物分子进行优化,分别得到了它们的理论优势构象。从键角、键长、二面角、分子能量以及CPU时间五个方面对两种新烟碱类化合物的各个理论构象和晶体结构进行比较研究。首次得出B3LYP/6-31G（d）是优化新烟碱类化合物的科学可靠计算方法,其所得的理论优势构型与晶体结构十分吻合,这为新烟碱类化合物的QSAR研究以及作用机理的量子化学研究建立了科学可靠的计算方法。2首次在B3LYP/6-31G（d）方法水平上,对32个新烟碱类化合物进行了优化计算,通过变量选取、PCA简约最终得到12个QSAR参数。采用PCR和PLS两种方法建立QSAR模型,并分别进行了交叉验证。结果表明,PLS-QSAR模型是一具有高拟合度和强预报能力的理想模型。3对进入PLS-QSAR模型的LogP、QO1O2(或QN3)、BLN1N2和（二面角2）四个参数进行了重点分析。结果表明,当LogP在一定数值（1～4）范围内时,新烟碱类化合物的活性与其具有较强的负线性关系,LogP值愈小,活性愈高。这为新烟碱类化合物的结构改造和作用机理研究提供了量化依据。4首次应用B3LYP/6-31G（d）方法,在分子、电子结构水平,对目前报道的新烟碱类化合物与nAChR作用的两种推测结合模型进行了理论解释。结果表明,Kagabu等的推测结合模型更具有科学可信度。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1 新烟碱类杀虫剂的发展历程
• 2 新烟碱类杀虫剂作用机理研究
• 2.1 nAChRs的结构及活性位点
• 2.2 基于新烟碱类化合物结构相似性的作用机制研究
• 2.3 基于烟碱样乙酰胆碱受体结构的作用机制研究
• 3 新烟碱类杀虫剂构效关系研究
• 3.1 新烟碱类杀虫剂定性构效关系研究
• 3.2 新烟碱类杀虫剂定量构效关系研究
• 4 本研究的目的及意义
• 第二章 新烟碱类化合物量子化学和QSAR研究方法选择
• 1 理论部分
• 1.1 量子化学
• 1.1.1 从头算法
• 1.1.2 半经验算法
• 1.1.3 密度泛函法
• 1.2 分子力学
• 1.3 基组
• 2 计算方法的选择
• 2.1 方法与模型
• 2.1.1 实验环境
• 2.1.2 分子构型的几何优化
• 2.1.3 红外光谱计算与扫描
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 分子振动频率分析
• 2.2.2 不同量化方法对键长的影响
• 2.2.3 不同量化方法对键角的影响
• 2.2.4 不同量化方法对二面角的影响
• 2.2.5 各种方法优化后单点能的比较分析
• 2.2.6 红外光谱分析
• 2.2.7 各种方法CPU时间的比较分析
• 3 小结
• 第三章 新烟碱类化合物的定量构效关系研究
• 1 研究方法
• 1.1 实验环境
• 1.2 分子几何优化及参数计算选取
• 1.3 参数标准化及简约
• 1.4 QSAR模型建立及评价
• 1.5 QSAR模型检验
• 2 结果与讨论
• 2.1 QSAR参数处理及PCA分析
• 2.2 主成分回归分析（PCR）
• 2.3 偏最小二乘回归分析（PLS）
• 2.4 QSAR模型预报能力验证
• 2.5 辛醇/水分配系数LogP对活性的影响
• N1N2对化合物活性的影响'>2.6 氮间距离BL_N1N2对化合物活性的影响
• O1O2(Q_N3)和二面角对活性的影响'>2.7 Q_O1O2(Q_N3)和二面角对活性的影响
• 3 小结
• 第四章 新烟碱类杀虫剂作用机理的量子化学研究
• 1 密度泛函理论对吡虫啉和脱硝基吡虫啉的比较研究
• 1.1 方法与模型
• 1.1.1 实验环境
• 1.1.2 目标分子构型的几何优化及参数提取
• 1.2 结果与讨论
• 1.2.1 Mulliken静电荷分析
• 1.2.2 前线轨道和轨道成分分析
• 1.3 小结
• 2 新烟碱类杀虫剂作用机理量子化学研究
• 2.1 研究方法
• 2.1.1 实验环境
• 2.1.2 目标分子构型的几何优化及参数提取
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 Mulliken静电荷分析
• 2.2.2 分子前线轨道分析
• 2.3 小结
• 第五章 结论、创新与后续工作
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历