利用定量构效关系方法研究卤代消毒副产物的水解性能

摘要

消毒过程易产生致癌致畸的消毒副产物（DBPs），其中以卤代 DBPs比例最大。卤代 DBPs随饮用水通过管网，经过降解过程到达用户。其中，水解是最重要的转化过程。为了保证饮用水的安全，必须对卤代 DBPs的水解性能进行研究。本文引用了定量构效关系（QSAR）方法，通过建立模型预测了新卤代 DBPs的水解稳定性，从而为卤代 DBPs的去除和控制提供基础数据。
　　通过建立单类卤代甲烷水解的QSAR发现，模拟效果较好的是以诱导效应常数和空间效应常数建立的多元线性回归，其拟合度、稳定性和外部预测能力均达到建模标准，相应统计值分别为 R2=0.7575，Q2cv=0.7100，Q2ext=0.7878。多元线性回归模型预测显示，卤代甲烷的水解速率常数随着卤代程度的升高而降低，其速率常数预测范围为1.07×10-3 h-1～2.14×10-3 h-1，从而半衰期均超出管网可停留时间。
　　通过建立多类卤代 DBPs水解的QSAR发现，带有官能团效应的诱导效应常数和空间效应常数建立的模型拟合效果不理想，这表明水解常用描述符不适用于多类卤代物质的水解。同时对30种非常规描述符的建模显示，逐步回归后建立的多元线性回归模型（R2=0.8610，Q2cv=0.8245，Q2ext=0.6607）和偏最小二乘回归模型（R2=0.8765，Q2cv=0.7950，Q2ext=0.8180）表现良好。主成分回归方法和神经网络方法的拟合效果没有上述两种方法好，且无法达到外部验证的效果。利用多元线性回归模型对147个卤代 DBPs进行水解预测，发现除三碘乙醛，一氯二溴酮，溴碘酮和二碘乙酸外，绝大多数物质的半衰期均超出管网可停留时间。
　　此外，本文还对多元线性回归模型进行了多种内部验证方法的探究。结果表明，随着交叉验证 K值的增加，内部验证决定系数值也增大。综合考虑计算复杂性以及可信度，较为可靠的K值为5。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 卤代物质水解性能的现状分析

1.3 定量构效关系方法的现状分析

1.4 QSAR在环境及DBPs领域的现状分析

1.5 研究内容与技术路线图

第2章 QSAR统计学方法

2.1 水解数据的收集

2.2 描述符的产生

2.3 描述符的选择

2.4 QSAR模型的校准

2.5 模型运行软件

2.6 模型验证及应用范围

第3章 QSAR用于卤代甲烷的水解性能分析

3.1 卤代甲烷水解数据的分配

3.2 常规描述符建立的QSAR模型

3.3 非常规描述符建立的QSAR模型

3.4 卤代甲烷模型结果分析与预测

3.5 本章小结

第4章 卤代消毒副产物的QSAR分析

4.1 卤代物质水解数据的分配

4.2 常规描述符建立的QSAR模型

4.3 非常规描述符建立的QSAR模型

4.4 卤代消毒副产物模型结果分析与预测

4.5 本章小结

结论

参考文献

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致谢