[发明专利]一种通过定量构效关系模型预测有机物液相蒸气压的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过建立定量构效关系模型(QSAR)预测有机化学品液相蒸气压的方法，属于生态风险评价测试策略领域。

背景技术

蒸气压是在一定温度下，与固态或液态纯物质达到平衡时，该物质在蒸气相或空气中所能达到的最大的量，是表征有机污染物进入环境后发生迁移、转化等环境行为的一个重要的基本参数。它决定了有机污染物的挥发性，影响着有机污染物在气相和环境其它相之间的迁移和分配行为、在大气中的停留时间、以及远距离迁移能力等。根据与气相平衡的纯物质的状态，蒸气压分为固相蒸气压(P_S)和液相蒸气压(P_L)。在实际的应用中，P_L比P_S更受到环境界的关注。这是由于环境中的有机污染物常以分子的形式分散于各个环境介质中，彼此之间的距离较大，难以聚集而形成晶体，因此它们在实际环境中的行为与溶液中的行为比较相似，故P_L比P_S更能表现出有机污染物在环境中的挥发性。

最初，化合物蒸气压数据是通过实验方法获得。但是仅通过实验方法获取以每年上万种速度增长的化合物的蒸气压数据，不仅工作量大，而且在时间上也是滞后的。这可能导致化学品未经评价而进入环境，对环境造成不可逆转的污染和破坏。因此，前人通过发展计算的方法来预测化合物的蒸气压，取得了有效的进展。其中，QSAR模型是一个很重要的应用。

QSAR是指关联有机污染物的分子结构与其理化性质、环境行为和毒理学参数(统称为活性)的定量预测模型。基于分子结构是决定其理化性质、在环境中的迁移转化行为和生态毒理学效应的内因，分子结构与有机化合物理化性质、环境行为参数和生态毒理学效应参数之间的(定量)关系是可以被认识、表征和应用的，所以通过QSAR模型估测化合物的蒸气压是可行的。

2004年经济合作与发展组织(OECD)提出了QSAR模型构建和使用的导则。该导则规定，具有如下5个标准的QSAR模型，可以应用于化学品的管理与风险评价：(1)具有明确定义的环境指标；(2)具有明确的算法；(3)定义了模型的应用域；(4)模型具有适当的拟合度、稳定性和预测能力；(5)最好能够进行机理解释。目前，已有许多研究者应用QSAR方法成功地建立了多种化合物蒸气压的预测模型。如文献“SAR QSAR Environ.Res.2003，14：97-111”利用量子化学描述符，应用PLS方法建立了新兴污染物-多溴代联苯醚(PBDE_S)的蒸气压预测模型，具有很好的预测能力和稳健性；文献Chemosphere.2007，66：1998-2010和Chemosphere.2010，80：65-670应用8种静电描述符和线性回归方法分别建立了107种多氯联苯醚(PCDE_S)和22种多溴联苯醚(PBDE_S)在298K温度下的蒸气压预测模型，其相关系数均达到0.99以上。但是上述模型只适用于某种单一结构类型的化合物，即模型的应用域小。文献“Atmospheric Environment.2010，44：1428-1436”则采用量子化学参数，通过PLS方法建立了341种卤代芳香族化合物的蒸气压预测模型，得到了良好的线性关系(r²＝0.97)，并提出了氯代芳香族和溴代芳香族化合物其蒸气压之间的线性关系；文献“J.Chem.Inf.Comput.Sci.1998，38：321-324”采用结构、几何、静电、拓扑和量子化学描述符，通过主成分分析和线性回归结合的方法，成功建立了479种不同种类化合物的蒸气压QSAR模型(r²＝0.96)。上述研究建立的蒸气压QSAR模型，虽然应用域较广，但是只能预测T＝298K温度下的蒸气压。然而在评价污染物在不同相中分布的实际应用中，由于不同国家和地区所处的纬度和海拔各不相同，所关注的环境温度也互不相同。蒸气压具有较强的温度依附性，为了研究污染物在不同地区乃至全球的环境行为，仅仅考虑单一温度下的蒸气压尚不满足要求。因此，有必要建立一个应用域覆盖多种不同种类化合物的QSAR模型，并将温度作为一个变量加入模型。同时，应OECD的要求，基于机理分析建立模型后，对模型进行应用域的表征及机理解释。

发明内容

本发明的目的是发展一种简便、快捷、高效预测有机化合物液相蒸气压的方法。该方法可以根据化合物结构预测出其液相蒸气压，进而对目标化合物的在环境中不同相的迁移转化进行预测和评价，为化学品风险评价和环境监管提供必要的基础数据。