手性農(nóng)藥在環(huán)境安全方面的對(duì)映體選擇性作用

Enantioselectivityinenvironmentalsafetyofcurrentchiralinsecticides手性農(nóng)藥在環(huán)境安全方面的對(duì)映體選擇性作用（+）表示右旋，（-）表示左旋手性農(nóng)藥目前大約占全部使用農(nóng)藥的25%，隨著農(nóng)藥結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，手性農(nóng)藥的比例正在逐漸增加。手性廣泛發(fā)生在擬除蟲菊酯類殺蟲劑和有機(jī)磷類殺蟲劑等這些現(xiàn)代殺蟲劑的支柱的合成中。盡管公眾高度關(guān)切殺蟲劑的使用，但大家對(duì)目前使用的殺蟲劑中手性的環(huán)境意義了解很少。事實(shí)上，許多現(xiàn)代農(nóng)藥也含有手性結(jié)構(gòu)，即包括對(duì)映異構(gòu)體。具有相同化學(xué)組成的對(duì)映異構(gòu)體具有完全相同的理化性質(zhì)，因此在標(biāo)準(zhǔn)分析中體現(xiàn)出單一化合物的性質(zhì)。由于經(jīng)濟(jì)原因，手性農(nóng)藥主要用作外消旋體的混合物。然而，對(duì)映體是已知選擇性地與生物系統(tǒng)相互作用并且通常表現(xiàn)截然不同的化合物。人們對(duì)農(nóng)藥的對(duì)映選擇性在環(huán)境安全中的作用了解很少。其中知識(shí)缺口反映在人們像管理非手性農(nóng)藥一樣管理正在使用的手性農(nóng)藥。在這項(xiàng)研究中，他們做了一些擬除蟲菊酯類和有機(jī)磷殺蟲劑的對(duì)映異構(gòu)體農(nóng)藥在手性柱中的特點(diǎn)的研究并且評(píng)估了對(duì)映選擇性在水生生物毒性和生物降解中的表現(xiàn)。他們運(yùn)用了手性選擇性色譜的拆分方法去分離對(duì)映異構(gòu)體，并且通過這些對(duì)映異構(gòu)體對(duì)兩種水生無脊椎動(dòng)物（兩種水蚤）的急性毒性的結(jié)果差異表征他們的區(qū)別。意外觀察到一對(duì)對(duì)映異構(gòu)體對(duì)淡水無脊椎動(dòng)物（兩種水蚤）的急性毒性具有的顯著差異，揭示了水生生物毒性主要來源于外消旋體中的一個(gè)特定的對(duì)映異構(gòu)體。對(duì)映選擇性通過在野外和實(shí)驗(yàn)室兩種條件下的沉積物中的微生物降解過程中的峰電位進(jìn)一步來評(píng)估。在沉積物中，左旋異構(gòu)體的沉積物優(yōu)先退化，導(dǎo)致右旋異構(gòu)體相對(duì)濃縮。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下培養(yǎng)的的沉積物中也觀察到了對(duì)映異構(gòu)體的選擇性降解。1、MaterialsandMethods材料與方法（1）Chemicals.藥品每個(gè)選定的殺蟲劑（或同分異構(gòu)體）包含一對(duì)對(duì)映異構(gòu)體。實(shí)驗(yàn)化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)：a順式聯(lián)苯菊酯b順式二氯苯醚菊酯c反式二氯苯醚菊酯d地蟲硫膦e丙漠磷（2） ChromatographicSeparationandAnalysis.色譜分離與分析運(yùn)用高效液相色譜法，使用98%正己烷和2%乙醇（含5%甲醇和5%異丙醇）為流動(dòng)相。注射量為20微升。紫外檢測(cè)波長(zhǎng)為230±15nm。通過使用一個(gè)在線激光旋光檢測(cè)器測(cè)定，實(shí)現(xiàn)對(duì)極性的拆分，手性檢測(cè)器的光源是一個(gè)激光（675納米），和細(xì)胞路徑為50毫米。濃度測(cè)定采用峰面積，假設(shè)相同的響應(yīng)因子對(duì)映體來自相同的化合物。電子捕獲檢測(cè)器（ECD）系統(tǒng)用于定量分析實(shí)驗(yàn)來評(píng)估選擇性降解的沉積物。ECD溫度設(shè)定為310度，補(bǔ)充氮?dú)狻３醪綄?shí)驗(yàn)表明，在實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)映異構(gòu)體之間沒有相互轉(zhuǎn)換發(fā)生。（采用峰面積計(jì)算濃度，假設(shè)一對(duì)對(duì)映體的相應(yīng)因子相同。）（3） AquaticToxicityAssays.水生生物毒性試驗(yàn)對(duì)映選擇性對(duì)水生動(dòng)物毒性的影響差異均通過96h急性毒性實(shí)驗(yàn)得到。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物是水生生物的兩種水蚤。在一個(gè)20ml的硼硅酸鹽玻璃瓶中準(zhǔn)備15ml含有給定的已知濃度范圍的對(duì)映體（或外消旋體）試驗(yàn)溶液。施用于5只健康的年齡不大于20h的鱉，所有瓶子都是每隔24小時(shí)檢測(cè)一次直到96小時(shí)。兩種水蚤的試驗(yàn)程序相同，除了測(cè)試溶液的體積為50ml，施用于5只成年水蚤。在靜態(tài)環(huán)境下試驗(yàn)96小時(shí)，LC50用TOXCALC進(jìn)行概率值分析法。（4） AnalysisofFieldSediments沉積物分析沉積物樣品風(fēng)干，混合，經(jīng)過0.5mm篩。提取物濃縮至小體積進(jìn)行氣相色譜分析。（5） IncubationExperiments.培養(yǎng)試驗(yàn)通過實(shí)驗(yàn)室條件下的培養(yǎng)試驗(yàn)進(jìn)一步評(píng)估選擇性降解。沉積物采樣的表面層（0至5厘米），并使用沒有空氣干燥，以保持原有的微生物活性。5g（干重）的沉積物被放置在一個(gè)20毫升的玻璃瓶和5ml的去離子水混合。樣品瓶用鋁箔覆蓋，室溫孵育（21±1°C）。樣品在不同時(shí)間取出，并存儲(chǔ)在一個(gè)冷凍室（21°）進(jìn)行分析。沉積物的分析時(shí),定量轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯離心管,與正己烷-丙酮混合（1:1vol）,然后離心。除去上清液后，沉積物相用新鮮溶劑提取兩次。將提取物用50g無水硫酸鈉干燥，然后濃縮進(jìn)行氣相色譜分析。2、ResultsandDiscussion結(jié)果與討論（1）EnantiomerSeparationandAnalysis對(duì)映異構(gòu)體的拆分和分析對(duì)映異構(gòu)體的拆分，在高效液相色譜和色譜分析中都有較高的特異性。一、對(duì)選定的擬除蟲菊酯和有機(jī)磷農(nóng)藥中的幾種對(duì)映異構(gòu)體農(nóng)藥通過高效液相色譜hplc中的手性色譜柱的分離：（從保留時(shí)間可以看出右旋的對(duì)映體先于左旋的對(duì)映體洗脫出來）Table1.Separationofenantioinerso'fselectedsyntheticpyrethroidsandorganophosphatesonchiralHPLCcolumnsCompoundRetentiontime,min(+)Enantiorrers(-)Enantiomersd5-BifenthrinJ10.5711.25c/5-Permethrin*17.4119.06trans-Perrriethrin*27322S.29Fonofos1127314.86Profenofo5*23.2927.35*RemitsfromtheSumichralOA-25DOIcolumn.1Result!fromtheChiralcelQIcolunnn.二、同時(shí)在氣相色譜GC分析中，以上是不同深度（0-15cm、15-30cm、30-45cm）的沉積物中順式聯(lián)苯菊酯的手性氣相色譜圖：Fiq_2.ChiralGCchromatogramsofcf￡-bifen1hririinagedsedimentsfromdifferentdepths.Re^wlts^reshownfordepthsofG-1515-30and30-45（c）cm.隨著深度的增加，左旋對(duì)映體的峰面積越來越小，同時(shí)右旋對(duì)映體總是比左旋對(duì)映體先洗脫出來，與hplc的測(cè)定結(jié)果一致。由光學(xué)性質(zhì)直到右旋異構(gòu)體的手性碳構(gòu)型為R型，則左旋異構(gòu)體的手心碳構(gòu)型為S型。（2）EnantioselectivityinAquaticToxicity水生生物毒性中的對(duì)映選擇性分別觀察單個(gè)的對(duì)映異構(gòu)體和外消旋體對(duì)c.dubiaandD.magna兩種水蚤的急性水生毒性。下表是選定的擬除蟲菊酯和有機(jī)磷殺蟲劑中的幾種對(duì)映異構(gòu)體農(nóng)藥和他們

的外消旋體的半數(shù)致死濃度?？梢钥闯鐾庀w對(duì)兩種水蚤的毒性很大，基本半數(shù)致死中量都小于1,然而同一種農(nóng)藥的左旋和右旋兩種對(duì)映異構(gòu)體的lc50是差別很大的。事實(shí)上，當(dāng)其中一種異構(gòu)體的活性很高時(shí)，它對(duì)應(yīng)的另一個(gè)異構(gòu)體的活性就會(huì)比較低。從選擇的這幾種農(nóng)藥中還能看到大多數(shù)右旋異構(gòu)體比左旋異構(gòu)體的活性高。因此對(duì)于目前的手性殺蟲劑，盡管外消旋體在商業(yè)上使用，但事實(shí)上只有一對(duì)對(duì)映異構(gòu)體的其中一個(gè)異構(gòu)體對(duì)急性毒性有顯著貢獻(xiàn)。Table2- 狀EugInof&nantiom&rE（+or-）and （±）ofs&l&ct&ds^nth^ticpyrathmidandorganophospliateinsecticidescompoundC.dabiaIT(-)crs-SF0J44Jz0.0170.076±0.0161.342zt0JI650.175上o.oai+o.oi41?@D3=L0.211d54PM0.539±0.0270.156±0.027^6.0O.7eB±0J120388±0.070^6.0trans-PM0519±0.0550.197±0.030>6.0O.73B±O.C4€0307±0.045>6.0Fonofos0.22±0.032.24±0.290,15±0.04D.5B±0.043.45±0.33023±0.05Prcfenofos0.17±0.021.6B±0.950.14±0.070.69±0.11±232±0L21035±0.08BFjbifenttirin;PM,penmfi?thrin.（3）EnantioselectivityinDegradation.降解中的對(duì)映選擇性觀察聯(lián)苯菊酯和二氯苯醚菊酯的對(duì)映異構(gòu)體的濃度和苗圃沉積物處理廠的沉積物的對(duì)映體比率。A、B、C代表三種不同樣品采集地點(diǎn)。商業(yè)配方的聯(lián)苯菊酯的對(duì)映體比率er為1.02,商業(yè)配方的二氯苯醚菊酯er為0.99,均接近于1。且聯(lián)苯菊酯在同一地點(diǎn)不深度的er顯著增長(zhǎng)，同一深度的左旋異構(gòu)體比右旋異構(gòu)體優(yōu)先降解。二氯苯醚菊酯同理且趨勢(shì)更明顯。Table3.Concentrationsin^g-kg-1ofbifenthrinandpermethrirnenantiomersandERinsedimentsfromanurserysedimentdisposalshe（n-3）￡Z)-€J5-bifenthrin cis-PermethrinSamplenotapplicable.A,notapplicable.A,%wndCindicatesamplinglocation.兩種擬除蟲菊酯類殺蟲劑（a聯(lián)苯菊酯b二氯苯醚菊酯）在實(shí)驗(yàn)室條件下污染沉積物中的er（對(duì)映異構(gòu)體比率）隨培養(yǎng)時(shí)間的變化。黑點(diǎn)是池塘沉積物，白點(diǎn)是河道沉積物。可以看出，無論是順式聯(lián)苯菊酯還是順式二氯苯醚菊酯，無論是在池塘還是河道沉積物中，左旋異構(gòu)體優(yōu)先降解與右旋異構(gòu)體。(+)㈠ffl【十）(-)A*0-15cm€9.7±136S.1I±1.21.02±0.0226.7±1.925.3±1.6\05±0.0215-30cm933±1384.0±LIL11±0.0345.6±L635.0±1.7130±0.02315cm50.3±10.63S.3±15132±0.0315.8±1.510.3±1.41.54±0.03B*0-15cm152.9±23149?6±2.41.02±0.03433±1.241.5±1?41?02±0.0315^-30cm177.2±1.515^.9±2.5L11±0.0365.5±1.24B.S±1J1.33±0.02c*C-15cm1432±2.4139.9±2.4±0.02M.S±L34B.2±121.Q5±0.0315-30cm189J±2517O?4±3.JL11±0.0380.7±15&03±1.6132±0.03Formulation1.02±0.030?99±0?02

K—Mt-K—Mt-J總EJ3EOM8匚山bvMiJ.Bm」-aLDQcEUUJ以上是室溫下培養(yǎng)的不同時(shí)間段的沉積物中順式聯(lián)苯聚酯的手性氣相色譜圖：（40天、220天、446天）。可以看出選擇性降