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重磅推荐 | 环境计算化学与毒理学

已有 864 次阅读 2018-11-8 09:34 |系统分类:科研笔记

环境计算化学与预测毒理学是进入21 世纪以来,在环境化学、环境毒理学、计算化学、计算生物学、分子生物学等学科之间形成的一个新兴交叉学科,主要应用计算化学的方法开展化学品在环境介质中的转化行为、毒物在生物体内与大分子的相互作用机制以及毒性预测等方面的工作,已成为研究污染物的环境行为、毒理作用机制的重要手段,是开展化学品生态风险评价与管理的必要工具,也为环境友好的绿色化学品的设计与合成提供有效指导。《环境计算化学与毒理学》是该领域出版的第一本系统的理论专著,对这一学科领域的科研及应用发展必将起到良好推动作用。


“中国化学会环境计算化学与预测毒理学高端论坛”开幕式上,《环境计算化学与毒理学》首发仪式圆满成功!


江桂斌院士、蒋国俊书记为新书揭幕

浙江师范大学地理与环境学院院长陈建荣教授,浙江省自然科学基金为吴正光主任,环境化学家江桂斌院士,浙江师范大学党委书记蒋国俊教授 、大连理工大学环境学院院长陈景文教授、中国环境科学学会环境化学分会主任委员王亚韡研究员(由左至右)



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20世纪90年代,我在南京大学攻读博士学位期间,很多同学在实验室用摇瓶法测定有机化学品的水溶解度、分配系数等物理化学参数值,那是费时且单调乏味的实验,更不用说化学品与试剂消耗所产生的污染。20多年过去了,如今情形已大为不同。由于环境计算化学与毒理学的发展,化学品的许多物理化学、环境行为和毒理学效应等参数可以通过计算机来预测了,这不仅节省了大量的劳力与成本,也使环境化学这门促进绿色及可持续发展的学科自身更加绿色化。


感谢我的博士导师王连生教授!20世纪80年代,王老师在国内率先开展有机污染物定量构效关系(QSAR)方面的研究,编著出版了研究生教材《有机污染化学》等著作。30多年过去了,如今QSAR已成为许多经济合作与发展组织(OECD)国家用于化学品风险评价和监管的必要工具。美国在2005 年成立了国家计算毒理学中心,QSAR技术是其核心研究内容。欧盟于2007年实施的 REACH 法规也倡导QSAR的研究和应用。

 


感谢我的硕士导师郎佩珍教授!郎老师延请其他老师,专门给我们4位同学讲授“多元统计分析”,还安排我阅读了很多环境有机化学方面的基础英文文献,仅线性溶解能关系方面的文献,我逐字翻译的就有30多篇,为后来的研究工作奠定了基础,也提升了我的英文读写能力。

 


1991 年跟郎老师做本科毕业论文,内容是松花江水中硝基苯的光解实验。本科生开始做实验,磕磕绊绊的,取得可靠结果着实不易。1994 年到南京大学求学,我便考虑能否不做实验,通过建立 QSAR 模型来预测有机污染物的光解动力学参数。先尝试了多环芳烃,小有成功;后来又与荷兰国家公共卫生和环境研究所的 Peijnenburg 博士合作,他提供卤代芳烃直接光解量子产率的实验数据,我引入半经验量子化学计算,用于获取分子结构描述参数并构建模型,也取得了成功。工作后申请获批的国家自然科学基金青年科学基金项目“芳烃类有机污染物光解行为的定量结构-性质关系研究”,是这方面工作的继续。

 


针对有机物环境光降解模拟预测方面的研究,一直持续至今。随着工作的深入,我们发现该问题远非当初设想的那么简单。有机物环境光降解的机理非常复杂,受多种环境因素的复合影响,如今我们认识到,无论是有机物的环境行为还是其毒理效应,其模拟预测的科学基础都应该是对机理的正确认识。对化学物质毒理效应的预测,尤其需要深入揭示化学物质的毒性通路。故课题组也开展了外源物质酶促转化模拟预测、小分子与生物大分子相互作用模拟等方面的研究,以拓展在毒性效应方面的研究。这样一些相关结果汇集起来,便成了本书的主体内容。

 


感谢丛书主编江桂斌院士提供这个机会,让我们参与《持久性有机污染物(POPs)研究系列专著》丛书的编写!如果没有这个契机以及出版社的督促,不知本书会拖延至何时。书籍是人类进步的阶梯,通过书籍著作的编写,可以思考和梳理思路,形成系统化的理论和知识。然而,我深知这本书远没有达到这个目标。

 


环境计算化学与计算毒理学是新兴的学科方向,近年来发展迅速。环境计算化学与计算毒理学的学科外延,远比 QSAR 宽泛得多。如今直接通过分子模拟计算,也能实现化学物质的某些性质、行为和毒理参数的预测。我们课题组所做的工作,仅如大海中的几滴水珠,对学科内涵与外延的理解仍颇为有限。但是,鉴于我国在环境计算化学与计算毒理学方面的研究队伍小,相关基础薄弱,我们还是不揣冒昧,如履薄冰地写出本书,以期抛砖引玉。

 


感谢课题组一些在读及毕业的研究生!如果没有他(她)们,这本书,这块砖,无论如何也难以成型。南京理工大学杨先海博士参与撰写了 8.3 节。国家海洋环境监测中心王莹博士撰写的化学品生态风险评价部分、杜翠红撰写的关于化学品足迹的相关内容,惜为本书瘦身而最终未采用。参与相关资料搜集或初步撰写的还有:张书莹(第 1 章)、王雅(第 3、5 章)、马芳芳(第 3 章)、付自豪(第 3 章)、于棋(第 3 章)、徐童(第 4、6 章)、唐伟豪(第 4 章)、张勇虔(第 4、6 章)、赵文星(第 5 章)、罗翔(第 6 章)、周成智(第 6 章)、罗天烈(第 8 章)、姚烘烨(第 8 章)。解怀君、马芳芳、崔飞飞、罗天烈、肖子君、夏德铭、丁蕊和王佳钰校读了书稿。课题组多年的研究工作,得到了国家自然科学基金、科技部“973”计划项目及“863”计划项目、霍英东高校青年教师基金、高等学校优秀青年教师教学和科研奖励基金等支持,在此表示感谢!科学出版社朱丽编辑为本书出版提供了诸多支持和指导,一并表示感谢!

 


2015 年,环境领域国际期刊 ES&T 主编 Sedlak 教授在该刊社评中指出,随着计算能力的提升、对大分子及溶剂效应模拟算法的进步,如今不再需要做繁杂的实验,通过计算机就可以准确预测化学品许多重要的热力学性质了……可以设想未来有一天,许多需要在实验室通过繁杂的实验来测定的物化性质、环境行为及毒性效应参数,都可以通过点击计算机鼠标来轻松获取。希望通过大家的共同努力,使这一天早日到来!

 


分子模拟和数据挖掘技术的发展、计算机计算能力的快速提升,为构建环境计算化学与毒理学的模型和方法提供了良好的条件。路漫漫其修远兮,我们需要学习和继承前人科学研究的求真务实与严谨钻研精神,不忘初心和使命,继续学习探索!



本文摘编自陈景文,王中钰,傅志强环境计算化学与毒理学一书文前部分。

 

《环境计算化学与毒理学》

陈景文,王中钰,傅志强 著

北京:科学出版社,2018.9 

ISBN 978-7-03-058893-7

责任编辑:朱 丽 杨新改


内容简介

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。本书可供环境科学与工程专业以及从事化学品风险评价的研究生和科研工作者参考。

本书目录

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 (本期编辑:王芳)


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1 刘东坡

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GMT+8, 2018-11-17 04:04

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