密蒙花揮發油成分的定量結構與色譜保留關系研究

秦正龍 冷檢 馮長君

摘要：采用電拓撲態指數（Ek）及分子價連接性指數（mXtV）對從密蒙花 （Buddleja officinalis Maxim）揮發油中分離出的27種化合物進行結構表征，通過多元線性回歸及最佳變量子集方法，建立了色譜保留時間的定量構效關系模型。該模型的相關系數（R2）為0.988，逐一剔除法交叉驗證系數（Q2）為0.982，計算值與實驗值頗為吻合，較好地揭示了密蒙花揮發油成分色譜保留時間的遞變規律，該研究對中藥化學成分的分離、純化、檢測、結構表征及其藥用價值的開發，具有理論指導意義。

關鍵詞：密蒙花；揮發油；保留時間；電拓撲狀態指數；分子價連接性指數

中圖分類號：TS201.2 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）03-0674-02

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.03.043

Relationship between Quantitative Structure and Retention Time of Volatile Components from Buddleja officinalis Maxim

QIN Zheng-long1，LENG Jian1，FENG Chang-jun2

（1.School of Chemistry & Chemical Engineering， Jiangsu Normal University， Xuzhou 221116， Jiangsu， China；

2.School of Chemistry & Chemical Engineering， Xuzhou Institute of Technology， Xuzhou 221008， Jiangsu， China）

Abstract： The atom-type electrotopological state index （Ek） and molecular valence connectivity index （mXtV） were used to characterize the structures of 27 volatile compounds from Buddleja officinalis Maxim. A quantitative structure-retention relationship（QSRR） between Ek，mXtV and chromatographic retention time （RT） of volatile components from Buddleja officinalis Maxim was developed by using multiple linear regression and Leaps-and-Bounds regression. Multiple correlation coefficient （R2） and cross-validation correlation coefficient （Q2） of leave-one-out were 0.988 and 0.982 respectively. The calculated values were in good agreement with experimental data， and the model can elucidate well the change of chromatographic retention time for volatile compounds from Buddleja officinalis Maxim. The method may play an important role in the theoretical guidance， such as separation， identification and confirming the structure of chemical composition from the Chinese medicine and exploiting their medical value.

Key words： Buddleja officinalis Maxim；volatile component；retention time；atom-type electrotopological state index；molecular valence connectivity index

密蒙花（Buddleja officinalis Maxim）又名蒙花、染飯花、小錦花、酒藥花、羊耳朵、斷腸草，是馬錢科醉魚草屬植物密蒙花的干燥花蕾及其花序[1]，廣泛分布于中國華北、華南、西南等地區[2]。密蒙花是傳統中藥，味甘，性微寒，具有涼血、養肝、祛風、明目之功效，主要用于目赤腫痛，多淚羞明，肝虛目暗，視物昏花[3，4]。此外，密蒙花還有多種藥理活性，具有降低血糖、調節免疫、抗炎、抗菌、抗氧化及抗腫瘤等功效[5，6]。

目前，有關密蒙花的研究報道主要集中在它的化學成分及生物活性[7，8]，而對其分子結構與性質之間的相關關系的研究報道則較少。為此，本試驗利用電拓撲態指數（Ek）[9]及分子價連接性指數（mXtV）[10]對密蒙花中的27種揮發油成分進行結構表征，并將它們與色譜保留時間（RT）進行回歸分析，建立了定量結構色譜保留關系模型，對預測色譜保留值、選擇色譜分離條件、解釋色譜分配機理等具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 數據來源

密蒙花揮發油中27種化學成分的保留時間取自文獻[11]。

1.2 兩類拓撲指數的計算

應用ChemDraw Ultra 9.0構建密蒙花中27種揮發油成分的分子結構，保存為mol文件，在Matlab7.1.0下調用其分子結構，應用修正的程序[12]計算得到46種電拓撲態指數（Ek），12種分子價連接性指數（mXtV）。

1.3 方法

將計算得到的兩類拓撲指數作為自變量，相應的RT作為因變量，利用最佳變量子集回歸選擇最優變量組合，建立QSRR模型，采用逐一剔除法對模型的預測能力及魯棒性進行檢驗，以交叉驗證系數（Q2）予以評價。如果Q2≥0.5，說明所建模型具有良好的魯棒性及預測能力[13，14]。

2 結果與討論

2.1 密蒙花揮發油成分QSRR模型的構建

將密蒙花中27種揮發油成分的RT與計算得到的兩類拓撲指數一起輸入SPSS 13.0，在95%的置信區間內進行回歸分析，應用最佳變量子集建立的QSRR模型見表1。其中R，R2，R2adj，Q2，S，F分別為相關系數、判定系數、校正判定系數、逐一剔除法的交叉驗證系數、估計標準誤差、Fischer檢驗值。

由表1可知，隨著模型中變量數目的增多，其R、R2、R2adj均逐漸增大，S逐漸減小，NO.4后R、R2、R2adj增幅極小，而Q2先逐漸增大至0.982，而后又下降。此外，為了使構建的模型具有良好的可信度，樣本數與變量數的比值不能太小，所建模型才有意義[15]。綜合考慮，確定四元最佳QSRR模型為：

RT=-10.727+7.4491XVP+4.2414XVc-1.299E1-1.022E2 （1）

式中，1XVP、4XVc分別為1階路徑分子價連接性指數和4階簇分子價連接性指數；E1、E2依次為第1類和第2類原子的電拓撲態指數。

n=27，R=0.994，R2=0.988，R2adj=0.986，Q2=0.982 S=1.102，F=462.966

用上述模型給出的計算值與實驗值頗為吻合。

2.2 QSRR模型的魯棒性檢驗

由于所研究的是小樣本（n<30），故選用逐一剔除法[16]。每次只剔除一個化合物，用余下的化合物作為訓練集，按模型（1）的形式回歸，重復27次，得到27個Jackknifed相關系數（R2）。根據R2的雷達圖評價模型的穩健性。如圖1，以0.980為圓心，0.003為間距，27個Jackknife的R2全部落在0.983～0.990之間，波動很小。表明模型（1）中不存在異常的RT數據及隨機相關，具有總體可接受的穩健性及良好的預測能力。另外，模型（1）的R2adj與Q2相差0.004，遠遠小于0.3，說明模型沒有過擬合，不存在不相關的其他變量，數據中不存在離域點。

2.3 模型的構效關系分析

色譜保留時間（RT）主要是由組分和固定相之間的作用力決定[17]，作用力越大，則RT越大。分子間的作用力包括色散力、誘導力、取向力和氫鍵。分子價連接性指數揭示了分子的大小、形狀、分枝，反映了色散力的大小；電拓撲態指數蘊含了分子中各原子的電子狀態及電性作用，可表征誘導力、取向力的強弱，它們共同揭示了影響RT的本質因素。

電拓撲態指數（Ek）及分子價連接性指數（mXtV）較好地表征密蒙花揮發油組分的結構特征，所建的QSRR模型具有良好的穩健性及預測能力，揭示了密蒙花揮發油成分RT的遞變規律，對天然植物化學成分的分離、分析、結構表征、質量檢驗及藥用價值的開發，具有理論指導意義。

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