低光降解性氟喹诺酮类抗生素的分子设计及光解路径推断

• 作者: 李鱼 褚振华 赵晓辉
• 来源期刊: 高等学校化学学报
• 学科: 化学
• 关键词: 氟喹诺酮 半衰期 分子修饰 光降解路径 生物降解
• 年，卷（期）: 2018,（12）
• 所属期刊栏目: 物理化学
• 页码范围: 2707-2718
• 页数: 12页
• 分类号: O641|O623
• 字数: 9088字
• 语种: 中文
• DOI: 10.7503/cjcu20180475

摘要

以已知光降解半衰期(t1/2)的12种氟喹诺酮(FQs)同系物按摩尔比4:1选择训练集和测试集(随机组合),釆用Sybyl-X 2.0软件QSAR模块中结合比较分子力场分析(CoMFA)方法和比较分子相似性指数分析(CoMSIA)方法进行三维定量构效关系(3D-QSAR)研究,建立以FQs分子结构参数为自变量,lgt1/2为因变量的3D-QSAR模型,并预测剩余14种FQs分子的t1/2.结果表明,任意组合所构建的CoMFA和CoMSIA模型交叉验证相关系数q2在0.564～0.655区间内(>0.5),非交叉验证相关系数r2在0.996～1.000区间内(>0.9),表明所构建模型稳定性较强且预测能力良好;对剩余14种FQs分子的t1/2预测发现,第四类FQs的t1/2普遍高于第三类FQs;选取环丙沙星(CIP)为目标分子,QSAR三维等势图分析其C-13位置引入体积较小的基团有利于降低目标分子的t1/2值,据此设计出9种t1/2值显著降低的新型CIP分子,其中引入·OH基团的新型分子t1/2下降幅度最为显著(27.2％);对CIP分子以及新型CIP分子可能发生的光降解路径进行推断发现,CIP光降解过程中发生芳香环羟基化的路径所需能垒最小,推断为FQs类抗生素降解过程中的主要反应类型,而氧化脱羧反应能垒最大,发生哌嗪环断裂的路径最多,而新型CIP分子光解过程中发生芳香环羟基化、氧化脱羧及羟基化脱氟3种反应的能垒较原CIP分子变化不大,仅哌嗪环断裂所需要能垒明显小于CIP分子需要的能垒;新型CIP分子及其光解产物的生物降解性评价发现,新型CIP分子不仅光解活性提高,其生物降解性同时提高0.26％～59.71％,且其光解产物的生物降解性也显著上升(12.03％～34.38％),即CIP分子以及新型CIP分子可通过光降解最终生成生物降解性显著提高的物质,从而达到进一步控制FQs环境行为的目的.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	李鱼	华北电力大学环境科学与工程学院	105	820	14.0	21.0
5	褚振华	华北电力大学环境科学与工程学院	2	8	2.0	2.0
9	赵晓辉	华北电力大学环境科学与工程学院	8	148	2.0	8.0