化合物结构-性质／活性定量相关(定量构效关系,Quantitative Structure-property/activity Relationship, QSPR/QSAR)研究,最初是作为生物领域的一个研究分支,是为了适应合理设计生物活性分子的需要而发展起来的。目前它已成为分子设计与目标化合物研发的基础课题和重要环节,也是对化学品进行环境毒性评价的重要方法。它主要应用各种统计学方法和分子结构参数研究化合物的结构与其各种物理化学性质以及生物活性之间的定量关系。本论文从分子设计角度出发,运用原子平衡电负性原理结合分子结构参数来定量估计并预测化合物性质、生物活性及环境毒性。具体研究内容如下：1.综述了定量构效关系研究现状、分子设计及分子模拟的基本方法和原理、电负性均衡原理、原子电荷计算方法以及相关方法应用研究的进展。2.基于分子图论提出了一种用于表征咪唑啉衍生物缓蚀剂分子局部化学微环境及原子杂化状态的新颖结构描述子：电性连接性指数0Kv、1Kv和咪唑啉环非氢原子平衡总电荷分数MCI,研究其对15种咪唑啉类缓蚀剂抗CO2、H2S腐蚀性能的定量构效关系。结果表明,模型计算值、留一法交互检验预测值的复相关系数分别为0.9764、0.9546,所建模型具有良好的稳定性和优异的外部预测能力；同多元回归方法比较,运用人工神经网络法其复相关系数为0.9848,相关结果得到较大改善。增加咪唑啉环上取代基长度、减小分子支化度和降低咪唑环非氢原子平衡总电荷分数能显著提高咪唑啉衍生物缓蚀剂的缓蚀性能。3.在距离矩阵的基础上采用原子的平衡电负性和化学键相对键长校正含有多重键的化合物,提出了两个新颖的拓扑电负性指数YC、WC,同时结合路径数P3对92个碳氢化合物的局部化学微环境进行结构表征,并对化合物的闪点进行了QSPR研究。采用多元线性回归得到训练集模型的复相关系数和标准偏差分别为0.9923和5.28,模型实验值与计算值的平均绝对误差仅3.86K,相对误差1.46%。同时采用内部及外部双重验证的办法对所建模型进行检验,留一法(LOO)检验和训练集、检验集闪点的预测值和实验值较为吻合,结果表明模型具有良好的内部稳定性和外部预测能力。4.采用新颖的原子拓扑矢量YC、原子平衡电负性χe、结构信息参数[NHi(i=α、β)]和γ校正参数对63个无环饱和脂肪醇的局部化学微环境进行了结构表征,并对化合物13C NMR化学位移进行了定量结构-波谱关系(QSSR)研究。采用偏最小二乘回归得到模型的复相关系数R和标准偏差S分别为0.9915和2.4827,对353个碳原子13C NMR化学位移的实验值与计算值的平均绝对误差仅为2.01ppm。同时,采用留分法和外检验方法测试模型的内部稳定性和外部预测能力。另外从分子结构出发提出四个分子结构描述符YC、χe、[NHi(i=α、β)],运用多元线性回归方法建立55个醇碳原子13C核磁共振谱的定量结构-波谱关系模型。结果表明,模型复相关系数和标准方差分别为R2=0.9824和S=0.8698。同时采用留一法进行检验,结果表明模型具有良好的稳定性和预测能力,优于目前文献的研究结果。5.将距离矩阵与邻接矩阵相结合提出了新颖的表征多环芳烃分子支化度大小的描述子CN和表征多环芳烃分子结构大小的描述子CT,采用多元线性回归方法构建了100种多环芳烃气相色谱保留指数的定量相关模型。所得模型相关系数R=0.9970,交叉验证相关系数RCv=0.9967。随机选出70种多环芳烃化合物作为训练集,其余作为测试集来验证模型的预测能力和稳健性。结果表明：训练集和测试集的复相关系数分别为0.9972和0.9968,定量计算结果与实验测定值符合较好,优于目前文献的研究结果。6.采用量子化学描述符建立蛋白同化雄性激素类固醇半波还原电位的定量构效关系模型。描述符由半经验方法计算所得,使用偏最小二乘法(PLS)和反向传播神经网络(BP-ANN)成功建立了线性和非线性相关模型。通过定量结构-电化学定量关系(QSER)研究表明：蛋白同化雄性激素类固醇的描述符和半波还原电位存在显著相关性,相关模型的稳定性和预测能力采用留一法交互检验和外部测试法来完成,该研究可成功用于分析鉴定真正意义上的雄性激素类固醇药物。