李萌,王振濤,趙麗娟,解靜芳

(山西大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院, 山西 太原 030006)

保留指數(shù)預(yù)測(cè)飽和脂肪酸酯類化合物活性參數(shù)

李萌,王振濤,趙麗娟,解靜芳*

(山西大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院, 山西 太原 030006)

為了研究用氣相色譜保留指數(shù)(I)估算飽和脂肪酸酯類化合物的活性參數(shù),為活性參數(shù)的煩瑣測(cè)定,尋找簡(jiǎn)單的預(yù)測(cè)方法,對(duì)飽和脂肪酸酯類化合物的LD50、LC50與I值的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行了研究。分別建立了用I值估算飽和脂肪酸酯類化合物對(duì)大鼠LD50和蝌蚪LC50的一元線性回歸方程。大鼠LD50、蝌蚪LC50與不同極性固定相上I值的相關(guān)系數(shù)均值分別為0.914和0.990,均屬顯著相關(guān)(P<0.05),回歸標(biāo)準(zhǔn)誤差均值分別為0.150 1和0.082 2,估算相對(duì)百分誤差分別為7.68%和9.00%,且估算方程的相關(guān)性基本不受受試物種和固定相極性影響。

飽和脂肪酸酯類化合物;半數(shù)致死劑量;半數(shù)致死濃度;色譜保留指數(shù)

酯是羧酸的一類衍生物,由羧酸與醇反應(yīng)失水而生成的化合物。酯的沸點(diǎn)比相應(yīng)的酸和醇都低,而與含同數(shù)碳原子的醛和酮差不多[1]。飽和脂肪酸酯類化合物用途非常廣泛,如甲酸乙酯主要用于檸檬水、朗姆酒(甘蔗汁蒸餾的酒)、燒酒的調(diào)味劑,工業(yè)上用于有機(jī)合成,如制備維生素B的中間產(chǎn)品等[2]。乙酸酯類用于人造革、膠片、制藥和燃料香料以及生物柴油等[3-5]。揮發(fā)性酯具有芬芳的氣息,許多花果香氣即由酯類所產(chǎn)生,有些酯類還可作為香料[6]。如乙酸異戊酯、戊酸異戊酯和丁酸丁酯分別具有與香蕉、蘋果和菠蘿相似的香氣,草莓中重要的特征香氣化合物是2-二甲基丁酸乙酯[7-8]。飽和脂肪酸酯類化合物普遍存在于土壤、水體、生物及空氣等環(huán)境樣品中[9-11],可通過(guò)進(jìn)食、飲水、皮膚接觸和呼吸等途徑進(jìn)入動(dòng)物及人體[12-13],使動(dòng)物和人體神經(jīng)衰弱、神經(jīng)功能失調(diào)、慢性支氣管炎、視神經(jīng)萎縮、皮膚脫落皸裂以及中毒等[2]。

飽和脂肪酸酯類化合物種類較多,通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定每一種物質(zhì)的活性參數(shù)相當(dāng)繁瑣,因此通過(guò)定量結(jié)構(gòu)-活性相關(guān)(quantitative structure activity relationships, QSAR)研究[14-16],以估算其毒性與環(huán)境行為有關(guān)的活性參數(shù)具有一定的實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值,此法被越來(lái)越多地用于有機(jī)化學(xué)品的評(píng)價(jià),為有機(jī)物的危險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供了一種簡(jiǎn)便、快捷、實(shí)用的方法。通過(guò)建立模型研究化合物的各種參數(shù),已成為化學(xué)品危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)的一種趨勢(shì)[17-18]。若通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定化合物的生物半致死劑量(median lethal dose, LD50)和半致死濃度(median lethal concentration, LC50),其測(cè)定結(jié)果會(huì)受到諸多因素影響,操作條件要求很嚴(yán)苛,結(jié)果重現(xiàn)性很差,且費(fèi)時(shí)費(fèi)力,因此目前普遍采用先建立預(yù)測(cè)模型再進(jìn)行估算的方法[19-20]。而色譜保留指數(shù)(retention index,I)的測(cè)定,相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單、方便,具有一定的可操作性。色譜法具有對(duì)混合物質(zhì)分離效果好、分析效率高[21-22]、分析速度快、選擇性好、樣品用量少、檢測(cè)靈敏度高、操作簡(jiǎn)單、費(fèi)用低以及應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)[23]。同時(shí),化合物色譜保留指數(shù)易于測(cè)定(有些也可以通過(guò)文獻(xiàn)查出)。因此,本文用反映化合物本身與色譜固定相相互作用的綜合熱力學(xué)參數(shù)-色譜保留指數(shù),與其生物活性參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行了研究,免除了原本復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)測(cè)試步驟,對(duì)化合物生物活性參數(shù)預(yù)測(cè)有重要意義。

1 材料與方法

1.1 主要儀器設(shè)備

GC-2010氣相色譜儀(日本島津公司)。

1.2 試劑

甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯、乙酸異丙酯、乙酸異丁酯、丙酸乙酯和丁酸乙酯(分析純,上?；瘜W(xué)試劑采購(gòu)供應(yīng)五聯(lián)化工廠等)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1I值的測(cè)定實(shí)驗(yàn)條件

載氣(N2)流速13.5 mL/min,燃?xì)?H2)流速35 mL/min,空氣流速400 mL/min,分流比20∶1。檢測(cè)器為FID檢測(cè)器,進(jìn)樣口溫度200℃,柱溫150℃,檢測(cè)器溫度230℃。色譜柱采用SE-30彈性石英毛細(xì)管色譜柱。實(shí)驗(yàn)時(shí),先分別測(cè)每一種化合物的色譜保留時(shí)間及相應(yīng)正構(gòu)烷烴的保留時(shí)間，再在相同實(shí)驗(yàn)條件下,用甲烷測(cè)定死時(shí)間。然后在相同的色譜條件下,取一定體積的飽和脂肪酸酯類和正構(gòu)烷烴的混合物進(jìn)樣,分析各自保留時(shí)間,扣除死時(shí)間后得調(diào)整保留值,根據(jù)下式求I值:

I=100[Z+(logXi-logXZ)/(logXZ+1-logXZ)]

X為調(diào)整保留值,Z與Z+1分別表示正構(gòu)烷烴所含碳原子數(shù)目,XZ

1.3.2 lgLD50, lg(LC50)-1,1Xv值的獲得

lgLD50引自參考文獻(xiàn)[24], lg(LC50)-1和1Xv引自參考文獻(xiàn)[25]。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)

11種飽和脂肪酸酯類化合物,在7種不同極性色譜固定相(150℃)上的色譜保留指數(shù)測(cè)定結(jié)果見表1。

不同酯類化合物的大鼠半數(shù)致死劑量的對(duì)數(shù)(lgLD50)、蝌蚪半數(shù)致死濃度倒數(shù)的對(duì)數(shù)(lg(LC50)-1)、一階分子連接性指數(shù)(1Xv)測(cè)定和計(jì)算結(jié)果見表2。

3 結(jié)果與討論

用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一元回歸統(tǒng)計(jì)分析及估算誤差分析。

3.1I值與大鼠lgLD50的相關(guān)性分析

11種飽和脂肪酸酯類化合物在不同極性色譜固定相上的色譜保留指數(shù)I值與大鼠lgLD50所建立的一元線性回歸方程及其相關(guān)系數(shù)、回歸標(biāo)準(zhǔn)誤差SE等的分析結(jié)果見表3。

表1 化合物在七種不同極性固定相上的I值(柱溫:150℃)

表2 化合物的lgLD50,lg(LC50)-1, 1Xv值

表3 I值與大鼠lgLD50的一元線性回歸方程

回歸標(biāo)準(zhǔn)誤差SE是反映實(shí)際值與估算值之間的離差平方和,其值越小,回歸方程精度越高,上述回歸方程SE均小于0.18,均值為0.15。對(duì)回歸系數(shù)進(jìn)行t檢驗(yàn)結(jié)果表明,在顯著性水平P=0.05,自由度df=7時(shí),查t值表得t0.025,7=2.37,表中各方程的t值均大于臨界值,回歸系數(shù)有顯著意義。相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果表明,上述回歸方程均屬高度顯著相關(guān)。所以11種飽和脂肪酸酯類化合物在大鼠體內(nèi)的lgLD50與其150℃下7種不同極性固定相上的I值具有良好的線性相關(guān)關(guān)系,相關(guān)性基本不受固定相極性大小的影響。對(duì)于固定相極性而言,CP值越大,固定液極性越強(qiáng)。為了更好地分析用上述回歸方程對(duì)待測(cè)飽和脂肪酸酯類化合物進(jìn)行估算的誤差大小,對(duì)11種飽和脂肪酸酯類化合物在7種不同極性色譜固定相上估算誤差進(jìn)行了分析,分析結(jié)果見表4。

表4 用I值預(yù)測(cè)lgLD50的誤差分析

由表4可見,不同極性固定相上平均相對(duì)誤差最大為9.97%,最小為3.31%,總均值為7.68%,說(shuō)明估算精度較高,且估算精度不受固定相極性大小的影響。因此用所建立的一元回歸方程,可以很好地估算飽和脂肪酸酯類化合物對(duì)大鼠的LD50值。

3.2I值與蝌蚪lg(LC50)-1的相關(guān)性分析

11種飽和脂肪酸酯類化合物在不同極性色譜固定相上的色譜保留指數(shù)I值與蝌蚪lg(LC50)-1所建立的一元線性回歸方程及其相關(guān)系數(shù)、回歸標(biāo)準(zhǔn)誤差SE等的分析結(jié)果見表5。

表5 I值與蝌蚪lg(LC50)-1一元線性回歸方程

與表3所建立的大鼠lgLD50回歸方程相比,對(duì)蝌蚪lg(LC50)-1所建立的一元線性回歸方程相關(guān)系數(shù)R均較高,SE值較小,表明與蝌蚪lg(LC50)-1所建立的一元線性回歸方程估算模型非常穩(wěn)健,估算精度較高。回歸系數(shù)t檢驗(yàn)所計(jì)算的t值也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于臨界值,說(shuō)明回歸系數(shù)有高度顯著意義。為了更好地分析用回歸方程對(duì)待測(cè)飽和脂肪酸酯類化合物進(jìn)行估算的誤差大小,同樣對(duì)11種飽和脂肪酸酯類化合物在7種不同極性色譜固定相上估算誤差進(jìn)行了分析,分析結(jié)果詳見表6。

表6 用I值預(yù)測(cè)lg(LC50)-1的誤差分析

由表6可知,11種化合物在7種不同極性固定相上所建立的回歸方程,估算相對(duì)百分誤差范圍為1.84%～18.30%,除OV-25和XE-60兩種固定相上的相對(duì)百分誤差較大外,其余均小于10%,均值為9.00%,同樣完全可以滿足估算誤差精度的要求。

綜上所述,在I值分別與大鼠lgLD50和蝌蚪lg(LC50)-1的相關(guān)性分析中,強(qiáng)極性固定相XF-1150的回歸方程相關(guān)系數(shù)分別為0.885和0.978,均不如弱極性和中強(qiáng)極性固定相的相關(guān)系數(shù)高,且t值較低,標(biāo)準(zhǔn)回歸誤差SE較高,這表明對(duì)強(qiáng)極性固定相而言,用I值估算大鼠lgLD50和蝌蚪lg(LC50)-1的估算方程相關(guān)性較差。盡管如此,相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果表明,估算方程仍屬高度顯著相關(guān),說(shuō)明方程的相關(guān)性基本不受受試物種和固定相極性的影響。因此可以方便地利用I值分別和lgLD50、lg(LC50)-1建立的一元線性回歸方程,來(lái)估算飽和脂肪酸酯類化合物的LD50和LC50值。

3.3I、1Xv值與三種參數(shù)的二元回歸分析

為了研究一階分子連接性指數(shù)(1Xv)與I值是否會(huì)獨(dú)立影響活性參數(shù),在一元回歸的基礎(chǔ)上引入1Xv進(jìn)行了二元回歸分析,在對(duì)回歸系數(shù)進(jìn)行t檢驗(yàn)時(shí),發(fā)現(xiàn)在P=0.05時(shí),回歸系數(shù)t值小于臨界值,說(shuō)明二元變量1Xv與I非獨(dú)立變量,二者會(huì)相互影響,因此,所建立的二元估算方程沒有意義。

4 結(jié)論

(1)飽和脂肪酸酯類化合物在大鼠體內(nèi)LD50和蝌蚪體內(nèi)LC50與柱溫150℃下7種不同極性固定相上的I值分別建立的一元回歸方程總體顯著相關(guān),相關(guān)系數(shù)均值分別為0.914和0.990,且方程的相關(guān)性基本不受受試物種和固定相極性的影響。

(2)估算LD50(大鼠)和LC50(蝌蚪)回歸方程的SE均值分別為0.150 1和0.082 2,估算相對(duì)百分誤差分別為7.68%和9.00%,回歸方程估算精度較高,因此完全可以通過(guò)測(cè)定I值建立的一元回歸方程,方便快速地估算飽和脂肪酸酯類化合物的LD50和LC50值。

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Activity Parameters of Saturated Fatty Acid Esters Using Chromatography

LI Meng,WANG Zhentao,ZHAO Lijuan,XIE Jingfang*

(SchoolofEnvironmentandResource,ShanxiUniversity,Taiyuan030006,China)

For using the gas chromatogram reservation index (I) to estimate the activity parameters of saturated fatty acid esters, for the active parameters of determination, looking for simple forecasting method, this paper studies on the relationship between theIvalues and the LD50, LC50of saturated fatty acid ester compounds. Establishing the linear regression equations to estimate LD50of the big rat and LC50of the tadpole of saturated fatty acids esters with theIvalues. The average correlation coefficients for LD50of the big rat, LC50of the tadpole and theIvalues on the different polarity stationary phases were 0.914 and 0.990, respectively, which were significantly correlated (P<0.05).The average regression standard errors were 0.150 1 and 0.082 2, respectively.The estimated relative percentage errors were 7.68% and 9.00%, respectively. And the correlation of estimate equation is largely unaffected by the species and the polarity of stationary phases.

saturated fatty acid esters;median lethal dose (LD50);median lethal concentration (LC50); retention index (I)

10.13451/j.cnki.shanxi.univ(nat.sci.).2017.01.019

2016-09-07；

2016-09-29

國(guó)家自然科學(xué)基金(30740037);國(guó)家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201103024);山西省研究生優(yōu)秀創(chuàng)新項(xiàng)目(011452901009)

李萌(1992-),女,黑龍江伊春人,碩士研究生,研究方向?yàn)榄h(huán)境毒理學(xué)與化學(xué)。E-mail:85380631@qq.com

*通信作者：解靜芳(XIE Jingfang),E-mail:xiejf@sxu.edu.cn

O623

A

0253-2395(2017)01-0149-06