摘要：采用电拓扑态指数（Ek）及分子价连接性指数（mXtV）对从密蒙花 （Buddleja officinalis Maxim）挥发油中分离出的27种化合物进行结构表征，通过多元线性回归及最佳变量子集方法，建立了色谱保留时间的定量构效关系模型。该模型的相关系数（R2）为0.988，逐一剔除法交叉验证系数（Q2）为0.982，计算值与实验值颇为吻合，较好地揭示了密蒙花挥发油成分色谱保留时间的递变规律，该研究对中药化学成分的分离、纯化、检测、结构表征及其药用价值的开发，具有理论指导意义。
关键词：密蒙花；挥发油；保留时间；电拓扑状态指数；分子价连接性指数
中图分类号：TS201.2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）03-0674-02
DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.03.043
Relationship between Quantitative Structure and Retention Time of Volatile Components from Buddleja officinalis Maxim
QIN Zheng-long1，LENG Jian1，FENG Chang-jun2
（1.School of Chemistry & Chemical Engineering， Jiangsu Normal University， Xuzhou 221116， Jiangsu， China；
2.School of Chemistry & Chemical Engineering， Xuzhou Institute of Technology， Xuzhou 221008， Jiangsu， China）
Abstract： The atom-type electrotopological state index （Ek） and molecular valence connectivity index （mXtV） were used to characterize the structures of 27 volatile compounds from Buddleja officinalis Maxim. A quantitative structure-retention relationship（QSRR） between Ek，mXtV and chromatographic retention time （RT） of volatile components from Buddleja officinalis Maxim was developed by using multiple linear regression and Leaps-and-Bounds regression. Multiple correlation coefficient （R2） and cross-validation correlation coefficient （Q2） of leave-one-out were 0.988 and 0.982 respectively. The calculated values were in good agreement with experimental data， and the model can elucidate well the change of chromatographic retention time for volatile compounds from Buddleja officinalis Maxim. The method may play an important role in the theoretical guidance， such as separation， identification and confirming the structure of chemical composition from the Chinese medicine and exploiting their medical value.
Key words： Buddleja officinalis Maxim；volatile component；retention time；atom-type electrotopological state index；molecular valence connectivity index
密蒙花（Buddleja officinalis Maxim）又名蒙花、染饭花、小锦花、酒药花、羊耳朵、断肠草，是马钱科醉鱼草属植物密蒙花的干燥花蕾及其花序[1]，广泛分布于中国华北、华南、西南等地区[2]。密蒙花是传统中药，味甘，性微寒，具有凉血、养肝、祛风、明目之功效，主要用于目赤肿痛，多泪羞明，肝虚目暗，视物昏花[3，4]。此外，密蒙花还有多种药理活性，具有降低血糖、调节免疫、抗炎、抗菌、抗氧化及抗肿瘤等功效[5，6]。
目前，有关密蒙花的研究报道主要集中在它的化学成分及生物活性[7，8]，而对其分子结构与性质之间的相关关系的研究报道则较少。为此，本试验利用电拓扑态指数（Ek）[9]及分子价连接性指数（mXtV）[10]对密蒙花中的27种挥发油成分进行结构表征，并将它们与色谱保留时间（RT）进行回归分析，建立了定量结构色谱保留关系模型，对预测色谱保留值、选择色谱分离条件、解释色谱分配机理等具有重要意义。
1 材料与方法
1.1 数据来源
密蒙花挥发油中27种化学成分的保留时间取自文献[11]。
1.2 两类拓扑指数的计算
应用ChemDraw Ultra 9.0构建密蒙花中27种挥发油成分的分子结构，保存为mol文件，在Matlab7.1.0下调用其分子结构，应用修正的程序[12]计算得到46种电拓扑态指数（Ek），12种分子价连接性指数（mXtV）。
1.3 方法
将计算得到的两类拓扑指数作为自变量，相应的RT作为因变量，利用最佳变量子集回归选择最优变量组合，建立QSRR模型，采用逐一剔除法对模型的预测能力及鲁棒性进行检验，以交叉验证系数（Q2）予以评价。如果Q2≥0.5，说明所建模型具有良好的鲁棒性及预测能力[13，14]。
2 结果与讨论
2.1 密蒙花挥发油成分QSRR模型的构建
将密蒙花中27种挥发油成分的RT与计算得到的两类拓扑指数一起输入SPSS 13.0，在95%的置信区间内进行回归分析，应用最佳变量子集建立的QSRR模型见表1。其中R，R2，R2adj，Q2，S，F分别为相关系数、判定系数、校正判定系数、逐一剔除法的交叉验证系数、估计标准误差、Fischer检验值。
由表1可知，随着模型中变量数目的增多，其R、R2、R2adj均逐渐增大，S逐渐减小，NO.4后R、R2、R2adj增幅极小，而Q2先逐渐增大至0.982，而后又下降。此外，为了使构建的模型具有良好的可信度，样本数与变量数的比值不能太小，所建模型才有意义[15]。综合考虑，确定四元最佳QSRR模型为：
RT=-10.727+7.4491XVP+4.2414XVc-1.299E1-1.022E2 （1）
式中，1XVP、4XVc分别为1阶路径分子价连接性指数和4阶簇分子价连接性指数；E1、E2依次为第1类和第2类原子的电拓扑态指数。
n=27，R=0.994，R2=0.988，R2adj=0.986，Q2=0.982 S=1.102，F=462.966
用上述模型给出的计算值与实验值颇为吻合。
2.2 QSRR模型的鲁棒性检验
由于所研究的是小样本（n<30），故选用逐一剔除法[16]。每次只剔除一个化合物，用余下的化合物作为训练集，按模型（1）的形式回归，重复27次，得到27个Jackknifed相关系数（R2）。根据R2的雷达图评价模型的稳健性。如图1，以0.980为圆心，0.003为间距，27个Jackknife的R2全部落在0.983～0.990之间，波动很小。表明模型（1）中不存在异常的RT数据及随机相关，具有总体可接受的稳健性及良好的预测能力。另外，模型（1）的R2adj与Q2相差0.004，远远小于0.3，说明模型没有过拟合，不存在不相关的其他变量，数据中不存在离域点。
2.3 模型的构效关系分析
色谱保留时间（RT）主要是由组分和固定相之间的作用力决定[17]，作用力越大，则RT越大。分子间的作用力包括色散力、诱导力、取向力和氢键。分子价连接性指数揭示了分子的大小、形状、分枝，反映了色散力的大小；电拓扑态指数蕴含了分子中各原子的电子状态及电性作用，可表征诱导力、取向力的强弱，它们共同揭示了影响RT的本质因素。
电拓扑态指数（Ek）及分子价连接性指数（mXtV）较好地表征密蒙花挥发油组分的结构特征，所建的QSRR模型具有良好的稳健性及预测能力，揭示了密蒙花挥发油成分RT的递变规律，对天然植物化学成分的分离、分析、结构表征、质量检验及药用价值的开发，具有理论指导意义。
参考文献：
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