基于拓撲方法研究三唑嘧啶酮類化合物除草活性

朱利蘭

(廣東輕工職業技術學院，廣東 廣州 510300)

三唑嘧啶酮類化合物在結構上與鳥嘌呤有著驚人的相似，顯示較好的殺菌和除草等農藥活性，因此，對于三唑嘧啶酮類化合物的深入研究可以有效殺死病蟲害，提高農作物產量。肖林霞[1]等曾利用串聯的氮雜Wittig反應來合成3-[取代吡啶(噻唑)甲基]-1,2,3-三唑[4,5-d]嘧啶-7-酮(簡稱“三唑嘧啶酮類化合物”)，并且測定其除草活性。本文基于這14種化合物的除草活性，采用定量結構-活性相關方法(quantitative structure-activity relationship，QSAR)[2-7]建立對白菜形油菜的除草活性與電性距離矢量(electronegativity distance vector，用“Mk”表示)[8-10]、電性拓撲指數(Electrical topological index，用“Et”表示)[11-13]的最佳二元數學模型。經統計診斷該模型具有良好的穩健性和預測能力，為新型三唑嘧啶酮類化合物設計提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 三唑嘧啶酮類化合物除草活性

肖林霞[1]等合成的14種新型三唑嘧啶酮類化合物的主體結構見圖1和2。他們采用離體平皿法，以等量的溶劑和乳化劑為對照，測定樣品対白菜形油菜的抑制率，即除草活性，用CT(%)表示，具體數據見表1。

圖1 對應3～14化合物的母體結構

圖2 對應1～2化合物的母體結構

表1 標題化合物的取代基與除草活性CT

1.2 電性距離矢量

為了全面表達化合物分子的結構信息，本文采用電性距離矢量描述子Mk[8-10]和電性拓撲指數Et[11-13]來表示。具體計算參加文獻[2-5]。

1.3 統計回歸分析

VIF= (1-β2)-1

(1)

其中：β2為某一變量與余下變量的判定系數。VIF數值的大小可以顯示出變量間的關系，當VIF的數值大于5時，表明各個變量之間存在著共線性；而當其數值小于5時，說明變量之間沒有明顯的自相關性。當VIF=1時，說明自變量之間完全不相關。第三引入Kubinyi函數(Kubinyi function，FT)[15]來進行模型質量評價，其計算公式為：

(2)

式中：RSS——方差和; f——化合物數;B——變量數。AC值越小、FT值越大，所建立的模型的性質越穩定，預測能力也越高。

2 結果與討論

2.1 三唑嘧啶酮類化合物除草活性的QSAR方程

采用最佳變量子集回歸方法建立三唑嘧啶酮類化合物除草活性(PT=lnCT)與電性距離矢量、電性拓撲指數的多元QSAR方程，結果見表2。

表2 PT與電性距離矢量的最佳變量子集回歸

PT=4.441-0.116 M25-0.211 E2

(3)

將數據代入模型(3)中，其計算值與實驗值基本吻合(見表3)。

表3 標題化合物除草活性的實驗值與計算值

表3(續)

2.2 模型的質量檢驗

2.3 QSAR模型的分析

據電性拓撲指數可知，E2體現的是仲碳原子(-CH2-)的作用。從電性距離矢量理論知，M25反映第二類碳原子(-CHf-)和第十三類的鹵素原子(-X)的相互作用。因此，仲碳原子和鹵素原子之間的相互作用是影響新型三唑嘧啶酮類化合物除草活性的主要因素。

3 結論

基于分子電性距離矢量對于14種新型三唑嘧啶酮類化合物的分子結構不同存在唯一性的描述，采用最佳子集變量回歸的方法構建了它們對其除草活性的QSAR模型，通過LOO交互檢驗、VIF、Kubinyi函數等指標檢驗，所建模型具有良好的穩健性、預測能力。根據進入模型中的E2、M25可知，影響該除草活性的基團有-CH2-、-X、-CHf-等結構碎片。