环境计算化学与毒理学

环境计算化学与毒理学是面向化学品风险预测与管理需求的新兴研究领域。本书介绍有害化学物质、化学品、化学污染物及环境暴露、危害与风险的基础概念，讨论学科的发展背景、内涵与外延，阐述分子模拟以及环境科学中定量构效关系（QSAR）的原理和方法；结合作者的研究工作，介绍基于分子模拟而预测有机物环境行为和代谢转化的方法案例、有机物环境行为与毒理效应参数的QSAR模型。

丛书序
前言
章 有害化学物质的环境风险 1
1.1 有害化学物质、化学品与化学污染物 1
1.1.1 有害化学物质 1
1.1.2 化学品与环境污染物 2
1.2 化学品的环境暴露、危害性与风险性 4
1.2.1 化学品的环境暴露 4
1.2.2 化学品的环境危害性 5
1.2.3 化学品的环境风险 7
参考文献 10
第2章 环境计算化学与预测毒理学概述 12
2.1 环境计算化学 12
2.1.1 化学污染物的源解析 13
2.1.2 环境系统与环境过程 17
2.1.3 化学物质环境行为参数的获取方法 20
2.1.4 化学物质毒性机制与效应 22
2.2 计算（预测）毒理学 22
2.2.1 计算毒理学与化学品风险评价 22
2.2.2 环境化学物质的暴露模拟 25
2.2.3 环境化学物质与毒理学关键事件 29
2.2.4 计算毒理学模型参数的快速预测 33
2.2.5 计算生态毒理学 34
参考文献 35
第3章 分子模拟基础 40
3.1 量子化学方法 41
3.1.1 基本原理 41
3.1.2 理论方法 42
3.1.3 计算软件 48
3.2 分子力学方法 49
3.2.1 分子内键连关系的经典力学描述 49
3.2.2 非键关系的经典力学描述 51
3.2.3 分子力场与分子力学 54
3.2.4 统计热力学和系综 58
3.2.5 分子动力学模拟 60
3.2.6 蒙特卡罗模拟 62
3.2.7 基于分子力场的模拟软件 63
3.3 耦合量子力学/分子力学（QM/MM）方法 64
3.3.1 QM/MM概念及发展 64
3.3.2 QM/MM理论方法 65
3.3.3 QM/MM方法结合的优化和模拟技术 70
3.3.4 QM/MM的应用 71
参考文献 75
第4章 定量构效关系（QSAR）理论与方法 81
4.1 QSAR的基本原理 81
4.1.1 线性自由能关系 81
4.1.2 QSAR的广义表达 84
4.1.3 QSAR与OECD导则 88
4.2 QSAR模型的构建方法 88
4.2.1 数据集的获取及拆分 88
4.2.2 分子结构描述符与拟预测变量关系的揭示 91
4.3 QSAR模型的验证、表征与登记 93
4.3.1 模型验证与应用域 93
4.3.2 QSAR的登记 98
4.4 QSAR工具包、数据库与软件平台 98
4.4.1 美国EPA开发的EPI Suite软件 98
4.4.2 OECD开发的QSAR工具包 99
4.4.3 预测毒理学软件平台（CPTP） 100
4.5 QSAR面临的挑战与展望 100
参考文献 102
第5章 化学品的环境吸附分配行为及其模拟预测 106
5.1 典型环境吸附分配行为参数的预测 107
5.1.1 正辛醇/空气分配系数（KOA）的模拟预测 107
5.1.2 （过冷）液体蒸气压（PL）的QSAR预测模型 114
5.1.3 生物富集因子（BCF）的QSAR预测模型 116
5.1.4 土壤/沉积物吸附系数（KOC）的QSAR预测模型 118
5.2 纳米材料对有机物吸附的计算模拟 119
5.2.1 碳纳米管对有机物的吸附模拟预测 120
5.2.2 石墨烯对有机物的吸附模拟预测 123
5.2.3 C60对天然有机物的吸附模拟预测 126
参考文献 131
第6章 污染物环境转化行为的模拟预测 135
6.1 水中污染物光降解动力学和途径的模拟预测 135
6.1.1 水中污染物直接光解动力学参数的QSAR预测模型 136
6.1.2 水中溶解性物质对污染物光解影响的预测与验证 141
6.1.3 水中污染物羟基自由基氧化降解动力学参数的QSAR模型 149
6.1.4 采用量子化学计算揭示有机污染物的光降解机制 151
6.1.5 环境水体中污染物光降解动力学的预测模型 155
6.2 污染物水解途径和动力学的模拟预测 161
6.2.1 污染物水解原理及影响因素 161
6.2.2 污染物水解途径及动力学模拟 162
6.3 污染物气相自由基反应途径与动力学的模拟预测 166
6.3.1 OH引发有机污染物的大气转化机制和动力学 166
6.3.2 大气中挥发性有机污染物 OH氧化降解动力学参数的QSAR模型 169
6.3.3 大气中挥发性有机污染物臭氧氧化降解动力学参数的QSAR预测模型 172
6.3.4 Cl引发有机污染物的大气转化机制和动力学 173
6.4 有机污染物生物降解性的模拟预测 175
6.4.1 生物降解性概述 175
6.4.2 污染物生物降解性测试方法 176
6.4.3 污染物生物降解性预测方法 178
参考文献 180
第7章 外源化学品的生物酶代谢转化及模拟预测 188
7.1 引言 188
7.2 细胞色素P450酶代谢典型外源化学品的计算模拟 189
7.2.1 P450酶简介及其代谢反应 189
7.2.2 P450酶催化循环与几种常见反应 191
7.2.3 多溴二苯醚（PBDEs）的P450酶代谢转化模拟 200
7.2.4 全氟辛基磺酸（PFOS）前体的P450酶代谢转化模拟 205
7.2.5 P450酶活性中心催化卤代烷烃、烯烃类物质的模拟 206
7.3 其他生物酶系代谢转化污染物的计算模拟 208
7.3.1 谷胱甘肽硫转移酶 208
7.3.2 磺基转移酶 212
参考文献 215
第8章 化学品的毒性通路及毒理效应的模拟预测 219
8.1 有机污染物水生毒性的模拟预测 219
8.1.1 水生毒性试验、作用模式及影响因素 219
8.1.2 水生生物急性毒性的QSAR模型 222
8.2 有机污染物的光致毒性效应与模拟预测 225
8.2.1 有机污染物的光致毒性效应机制 226
8.2.2 有机污染物的光致毒性试验方法 229
8.2.3 有机污染物光致毒性的模拟预测 234
8.3 环境内分泌干扰效应的毒性通路与模拟预测 237
8.3.1 有机污染物的内分泌干扰效应 238
8.3.2 环境内分泌干扰效应的分子模拟步骤 242
8.3.3 甲状腺素干扰效应的计算模拟 244
8.3.4 雌激素干扰效应的模拟预测 250
参考文献 257
附录 缩略语（英汉对照） 267
索引 271
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