均三氮苯类除草剂是目前在全世界广泛使用的一类旱田除草剂,但是这类除草剂在土壤中的残效期过长,对后茬敏感作物能造成严重减产,甚至绝产,具有土壤淋溶性,易对地下水和地表水造成污染,并影响水生生物的生长和繁殖,人类食用了体内残留有这些化合物的水生生物易造成二次中毒,它所带来的环境问题也日益受到关注。 本项研究目的在于运用量子化学、分子力学、统计分析等方法建立均三氮苯类除草剂的定量构效关系模型,从电子结构和立体构型上探讨此类化合物的结构与活性、结构与毒性的关系,从而为该类化合物的活性与毒性预测、作用机理的研究及安全剂的选择提供理论基础。 主要结论如下: 1)分子构型几何优化方法的选择:运用MNDO、PM3、AM1、RHF/STO-3G、RHF/3-21G、RHF/6-31G方法,优化了均三氮苯衍生物分子,从键长、键角、两面角方面综合分析,发现RHF/6—31G和AM1方法的优化结果较好。通过比较四种均三氮苯类除草剂的红外光谱特征吸收的实验值和计算值,并运用规范不变原子轨道法GIAO法在RHF/6-31G水平上计算出西玛津的δ¹H-NMR和δ¹³C-NMR,与实验值的对比统计分析,结果表明:用RHF/6-31G优化的分子构型最佳,AM1法次之,考虑到优化时间和研究的需要,我们在研究均三氮苯类除草剂分子的结构与活性关系时,为了进行深入、精确的理论研究,采用从头算RHF/6-31G进行优化;而对于此类化合物的结构与毒性的关系研究时,更注重分子的量子化学参数的相对值而非绝对值,因而采用AM1的方法。 2)经比较选用RHF/6-31G优化均三氮苯类除草剂分子,进行结构-活性的研究,通过分析,表明:在均三氮苯类除草剂分子中,在均三氮苯类除草剂分子中,HOMO能级越高,失去电子能力越强,活性越高,而LUMO能级越高,得电子能力越弱,活性越高,即前线轨道能级与PI₅₀之间呈现正相关,该类除草剂不易得到电子而容易失去电子具有还原性,这可能是其具有活性的原因。电子效应中环电荷密度增大,该类除草剂活性增加。偶极矩对于其活性的影响至关重要。分子的能量、范德华体积也是影响这类化合物活性的重要因素。构建的QSAR模型具有良好的预测能力。 3)运用AM1法对均三氮苯类除草剂分子的结构-毒性关系的研究中,发现均三氮苯环1-位碳原子上连有硫取代基后,使硫原子成为负电性活性中心,增强了化合物的毒性。分子的能量、最低空轨道能量以及分子的表面积对均三氮苯类除草剂的毒性的影响是十分重要,化合物分子能量增高,会增加其毒性。