（农药学专业论文）六种手性农药对映体的立体选择性环境行为研究.pdf

中国农业大学博十学位论文摘要 摘要 论文利用高效液相色谱手性固定相方法研究了手性农药苯霜灵在植物体内以及苯霜灵，顺式 氯氰菊酯、乳氟禾草灵、三唑酮、己唑醇及戊唑醇六种手性农药在不同质地农田土壤中的立体选 择性环境行为。这是关于这六种手性农药对映体在植物以及土壤中的选择性行为的首次报道。 以黄瓜植株和草地早熟禾为供试植物，茎叶喷雾外消旋苯霜灵可湿性粉剂后，定期采集、处 理，分析其体内该手性化合物对映体的选择性降解情况。结果显示，苯霜灵对映体在两种植物叶 片中的降解趋势基本一致，但降解速度差异显著。在黄瓜叶片内存在明显的立体选择性降解现象， ( + ) 体被优先降解；苯霜灵对映体在草地早熟禾中的立体选择性行为不明显。 通过向五种不同类型的农田土壤中添加外消旋苯霜灵进行培养，研究了苯霜灵在土壤中的降 解动态和选择性降解情况。结果表明苯霜灵在土壤中的降解趋势表现为“慢一逐渐加快一逐渐减 慢”的非单调变化，在土壤中的消解速度受土壤质地和p h 等特性影响较大。苯霜灵对映体在土 壤中的选择性降解行为与土壤p h 有很大的相关性，苯霜灵在两种碱性土壤和一种中性土壤中出 现了选择性降解，并随着土壤p h 的升高e f 值降低，( ) r 体被优先降解：在两种酸性土壤中e f 值并无明显变化；灭菌条件下，苯霜灵在土壤中降解极为缓慢，并且没有选择性降解行为，说明 苯霜灵在土壤中的选择性降解行为是由微生物作用而产生的。 研究了外消旋体顺式氯氰菊酯在五种不同类型农田十壤中的降解动态和降解情况。结果表 明，该化合物在_ 十壤中的消解符合一级动力学规律，消解受土壤有机质含量和p h 等特性影响较 大。对映体在五种供试土壤中的降解速率都存在明显差异，并且随着培养时间的增加，e f 值也 在升高，2 2 0 n m 波艮f 的c d 信号( + ) - a c y mr p ( s ) ( 1 9 ) - c i s 一顺式氯氰菊酯被优先降解；灭菌条件 下，顺式氯氰菊酯在土壤中降解极为缓慢，并且没有选择性降解行为，说明特定的微生物降解作 用是顺式氯氰菊酯出现选择性降解行为的主要原冈。 通过向七种不同类型的农田土壤中添加外消旋乳氟禾草灵进行培养，研究了乳氟禾草灵在土 壤中的降解动态和选择性降解情况。结果表明，乳氟禾草灵在土壤中的降解趋势符合一级动力学 降解规律，在土壤中的消解受土壤有机质含量和p h 等特性影响较大。乳氟禾草灵对映体在七种 供试土壤中的降解速率都存在明显差异，并且随着培养时间的增加，e f 值也在升高，( + ) - 【n 即 2 3 0 n m 波长一f 的c d 信号( + ) 乳氟禾草灵被优先降解。灭菌条件下，乳氟禾草灵在土壤中降解极 为缓慢，并且没有选择性降解行为。 研究了三唑酮、己唑醇和戊唑醇分别在不同类型的三种农田土壤中的降解行为。结果表明， 这三种手性农药在土壤中的降解趋势都符合一级动力学降解规律。三唑酮在三种碱性土壤中的消 解速度受土壤有机质含量影响较大；己唑醇在碱性土壤中的降解速度明显快于在酸性土壤中，土 壤有机质含量对己唑醇的降解速度影响不大；戊唑醇在碱性土壤中的降解快于在中性及酸性土壤 中，说明土壤酸碱度对戊唑醇的降解有很大影响。三唑酮对映体在三种碱性士壤中存在明显的立 体选择性降解，并随着取样时间延长，e f 比值逐渐增大，说明右旋三唑酮被优先降解；己唑醇 和戊唑醇在供试土壤中没有出现选择性降解行为。 关键词：手性农药，对应异构体，立体选择性行为，降解 a b s t r a c t t h ee n a n t i o s e l c c f i v ed e g r a d a t i o no f b e u a l a x y l ( b ) 。，a l p h a - c y p e r m e t h r i n ( a c y m ) ，h c t o f e a ( u 町， t r i a d i m e f o n ，h e x a o n n a z o l ea n dt e b u c o n a z o l ei np l a n t sa n ds o i l sw e i 0s t u d i e db a s e d0 1 1t h eh p l cw i l h c h i r a ls t a t i o n a r yp h a s e ( c s p ) t e c h n o l o g y i t st h ef i r s tr e p o r ta b o u tt h ee n a n t i o s e l c o t i v eb e h a v i o ro f t h e s e c h i r a lp e s t i c i d e si np l a n t sa n ds o i l s t h ei n v e s t i g a t i o nw a st a k e n0 1 1i n v o l v i n gs t e r e o s e l e c t i v ed e g r a d a t i o no fb xe n a n t i o m e r si n c u c u m b e rp l a n ta n dk e n t u c k yb l u e g r a s sa f t e rf o l i a rt r e a t m e n tw i t hm c e m i cb x w p 1 1 p r o c e s so f t h e d e g r a d a t i o no fb xe n a n t i o m e r sf o l l o w e dp s e u d o - f u x t - o r d o rk i n e t i ci nc u c u m b e rp l a n ta n dk e n t u c k y b l u e g a s s 1 1 l er e s u l t sr e v e a l e dap r e f e r e n t i a ld e g r a d a t i o no ft h e ( + ) - s - e u a n t i o m o ri nc u c u m b e rl e a v e s w h i l ean o n s e l e c t i v ed e g r a d a t i o no f b xe n a n t i o m o r si nk e n t u c k yb l u e g r a s s 1 1 圮d i s s i p a t i o nd y n a m i ca n dt h ee n a n t i o s e l e c t i v ed e g r a d a t i o no fb xi ns o i l sw s t u d i e db y i n c u b a t i o nw i t hr a c e m a t eb xi nf i v ea g r i c u l t u r a ls o i l s t h ed i s s i p a t i o np h a s e so fb xe n a n t i o m e r si n s o i l sw o r eb i p h a s i c ( s l o w - f a s t - s l o w ”i np r o c e s s ) t h ed i s s i p a t i o nr a t ew a s g r e a t l yi n f l u e n c e db yp ha n d t e x t u r es t y l eo f e a c hs o i l t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h e ( 一) 琅一b xs h o w e daf a s t e rd e g r a d a t i o ni ns o i l3 撑 甜a n d5 靛n os t e r e o s e l e c t i v ed e g r a d a t i o nw a so b s e r v e di no t h e rs o i l s t h ed i s s i p a t i o nd y n a m i ca n dt h ee n a n t i o s e l e c t i v ed e g r a d a t i o no fa c y mi ns o i l sw o r es t u d i e db y i n c u b a t i o nw i t hr a c e m a t ea c y mi nf i v e a g r i c u l t u r a ls o i l s t h ed i s s i p a t i o np h a s e so fa c y m e n a n t i o m o r si ns o i l sw o r ef o l l o w e dp s e u d o f t r s t - o r d o rk i n e t i c sl a w t h ed i s s i p a t i o nr a t ew a sg r e a t l y i n f l u e n c e db yp ha n do r g a n i cm a t t e ro fe a c hs o i l t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h e ( + ) - a c y ma t2 2 0 r i m c ds i g n a ls h o w e daf a s t e rd e g r a d a t i o ni na l lt e s t e ds o i l s s t e r c o s c l e c t i v ed e g r a d a t i o n sa n dd i s s i p a t i o nd y n a m i cf o rl nh a v eb e e ni n v e s t i g a t e dt oe l u c i d a t e t h eb e h a v i o r si n8 e v e na g r i c u l t u r a ls o i l s t h ed i s s i p a t i o np h a s c so fl ne n a n t i o m e r si ns o i l sw o r e f o l l o w e dap s e u d e - f i r s t - o r d o rk i n e t i e sl a w t h ed i s s i p a t i o nr a t ew a sg r e a t l yi n f l u e n c e db yp ha n d o r g a n i c m a t t e r o f e a c h s o i l t h er e s u l t sr e v e a l e d a p r e f e r e n t i a l d e g r a d a t i o n o f t h e ( + f i na t2 3 0 n m c d s i 驴a li nt h ea nt e s t e ds o i l s t h ee n a n t i o s e l e c t i v ed e g r a d a t i o n sf o rt h r e et r i a z o l ef u n g i c i d e s ( t r i a d i m e f o n ，h e x a c o n a z o l ea n d t e b u c o n a z o l e ) h a v eb e e ni n v e s t i g a t e dt oe l u c i d a t e t h eb e h a v i o r si ns e v e r a la g r i c u l t u r a ls o i l s t h e d i s s i p a t i o np h a s e so ft h e s ec h i r a lf u n g i 【c i d e se n a n t i o m o r si ns o i l sw o r ef o l l o w e dp s e u d o f n s t - o r d o r k i n e t i c sl a w t h ed i s s i p a t i o nr a t ef o ra i a d i m e f o nw a sg r e a t l yi n f l u e n c e db yo r g a n i cm a t t e ro fe a c h a l k a l i n es o i l ；af a s t e rd i s s i p a t i o nr a t ef o rh e x a c o n a z o l ei na l k a l i n es o i lt h a na c i d i c ，a n dn os i g n i f i c a n t i n f l u e n c eb yo r g a n i cm a t t e ro fe a c hs o i l ；t h er e a s o nt h a tt e b u e o n a z o l eh a daf a s t e rd i s s i p a t i o nr a t ei n a l k a l i n et h a ni nn e u t r a la n da c i ds o i l sh a sb e e nr e v e a l e dag r e a ti n f l u e n c eb yp ho f e a c ht e s t e ds o i l t h e r e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h e ( + ) - t r i a d i m e f o ns h o w e daf a s t e rd e g r a d a t i o ni nt h r e ea l k a l i n es o i l s n o s t e r e o s e l e c t i v ed e g r a d a t i o nw a so b s e r v e df o rh e x a c o n a z o l ea n dt e b u c o n a z o l ei nt e s t e ds o i l s k e y w o r d s ：c h i r a lp e s t i c i d e ，e l l a n t i o m e r , s t e r e o s o l e c t i v i t i v eb e h a v i o r , d e g r a d a t i o n 中围农业丈学博f ：学位论文目录 插图和附表清单 1 插图清单 图1 1 手性化合物在不同环境介质中e f 值的模型1 7 图1 - 2 苯霜灵的结构式1 7 图1 3 苯霜灵工业化制备的合成路线1 8 图1 4 苯霜灵在哺乳动物中的代谢途径1 9 图1 - 5 苯霜灵在土壤中的主要降解产物2 0 图l - 6 氯氰菊酯的在水、土壤等中的降解路径2 3 图1 7 氯氰菊酯在哺乳动物中的代谢途径2 4 图1 - 8 乳氟禾草灵的结构式2 5 图1 - 9 乳氟禾草灵工业化制备的合成路线2 6 图1 1 0 三唑酮的结构式2 8 图1 1 l 己唑醇的结构式2 9 圈1 1 2 戊唑醇的结构式3 0 图2 - l 苯霜灵对映体的c d 扫描图3 7 图2 - 2 苯霜灵典型c d 和u v 色谱圈3 8 图2 3 空白草坪草中b x 对映体浓度与峰面积标准曲线3 9 图2 - 4 植物空白与添加b x 标准样品幽谱加 图2 - 5 ( a ) b x 对映体在黄瓜叶片中降解曲线；( b ) 黄瓜叶片中e f 值变化动态4 0 图2 - 6b x 茎叶处理后在黄瓜叶片内的选择性降解第7 天的标准图谱4 1 图2 - 7 ( a ) b x 对映体在草地早熟禾中降解曲线；( b ) 草地早熟禾中e f 值变化动态4 2 图3 14 # 土壤中b x 对映体浓度与峰面积标准曲线4 8 图3 - 2 土壤样品空白及添加b x 标准图谱4 8 图3 3 ( a - b ) b x 对映体在酸性七壤中降解曲线；( c - d ) 酸性土壤中e f 值变化动态5 0 图3 4 ( a ) b x 对映体在中性土壤中降解曲线；( b ) 中性土壤中e f 值变化动态5 1 图3 - 5 ( a - b ) b x 对映体在碱性土壤中降解曲线；( c - d ) 碱性土壤中e f 值变化动态5 2 图3 - 6b x 对映体在碱性十壤中的选择性降解5 2 图3 - 7b x 对映体在不同土壤中的降解半衰期5 3 图3 - 8 ( a - b ) b x 对映体在灭菌土壤中降解曲线；( c d ) 灭菌土壤中e f 值变化动态5 4 图4 1 顺式氯氰菊酯对映体的c d 扫描图5 9 图4 - 2a c y m 典型c d 和u v 色谱i 鳘j 5 9 图4 3 群土壤中a c y m 对映体浓度与峰面积标准曲线6 0 图4 _ 4 土壤样品空白及添加a c y m 标准图谱6 0 图4 5 ( a - b ) a c y m 对映体在酸性土壤中降解曲线；( c d ) 酸性土壤中e f 值变化动态6 2 图4 6 a c y m 对映体在酸性土壤中的选择性降解6 2 v i 中国农业大学博 学位论文目录 图4 - 7 a c y m 对映体在3 # 土壤中降解曲线；( b ) 3 襻土壤中e f 值变化动态6 3 图锚a c n i 对映体在3 # 土壤中添加培养4 0 天后图谱6 4 圈4 _ 9 ( a - b ) a c y m 对映体在酸性土壤中降解曲线：( c - d ) 酸性土壤中e f 值变化动态6 5 图4 - 1 0a c y m 对映体在碱性土壤中的选择性降解 65 图4 - 1 1a c y m 对映体在不同土壤中的降解半衰期 66 图4 - 1 2 ( a - b ) a c y m 对映体在灭菌土壤中降解曲线；( c - d ) 灭菌土壤中e f 值变化动态6 7 图5 1 乳氟禾草灵对映体的c d 扫描图7 2 图5 - 2l n 典型c d 和u v 色谱图7 2 图5 - 35 # 土壤中l n 对映体浓度与峰面积标准曲线7 3 图5 4 土壤样品空白及添加【n 标准图谱7 3 图5 - 5 ( a - b ) l n 对映体在酸性土壤中降解曲线；( c - d ) 酸性土壤中e f 值变化动态7 5 图5 6 【，n 对映体在酸性土壤中的选择性降解7 6 图5 - 7 ( a - b ) l n 对跌体在中性土壤中降解曲线；( c - d ) 中性土壤中e f 值变化动态7 7 图5 - 8l n 对映体在中性土壤中的选择性降解7 7 图5 - 9 ( a b ) l n 对映体在碱性七壤中降解曲线；( c - d ) 碱性土壤中e f 值变化动态7 8 图5 1 0l n 对映体在碱性土壤中的选择性降解7 9 图5 1 ll n 对映体在不同土壤中的降解、 衰期7 9 图5 一1 2 ( a ) l n 对映体在灭菌5 # 土壤中降解曲线；( b ) 灭菌5 # 土壤中e f 值变化动态8 0 图6 1 三唑酮对映体的c d 扫描图8 5 图6 2 己唑醇对映体的c d 扫描图8 5 图6 3 戊唑醇对映体的c d 扫描图8 5 图6 _ 4 土壤样品空白及添加三唑酮标准图谱8 6 图6 - 5 土壤样品空白及添加己唑醇标准图谱8 7 图6 - 6 土壤样品空白及添加戊唑醇标准图谱8 8 图6 - 7 ( a - c ) 三唑酮对映体在土壤中降解曲线；( d - 1 0 土壤中e f 值变化动态9 0 图6 - 8 三唑酮对映体在土壤中的选择性降解9 l 图6 - 9 ( a - c ) 己唑醇对映体在土壤中降解曲线；( d - f ) 土壤中e f 值变化动态9 2 图6 - 1 0 ( a - c ) 戊唑醇对映体在土壤中降解曲线；( d - f ) 土壤中e f 值变化动态9 3 2 表格清单 表l - ! 商品化手性农药品种3 表l - 2 氯氰菊酯的立体异构体2 l 表1 3 不同p h 条件下乳氟禾草灵及水解产物的残存量1 7 表2 - l 添加外消旋b x 后两对映体的回收率4 0 表2 - 2b x 对映体在黄瓜叶片内消解动态的回归方程4 l 表2 - 3b x 对映体在草地早熟禾体内消解动态的回归方程加 - v l i 中国农业大学博l 学位论文目录 表3 - 1 供试土壤来源与理化性质4 5 表3 2 添加外消旋b x 后两对映体的回收率4 9 表3 - 3b x 对映体在酸性土壤中消解动态的回归方程4 9 表3 4b x 对映体在中性土壤中消解动态的回归方程5 0 表3 - 5b x 对映体在碱性土壤中消解动态的回归方程5 l 表4 - l 添加外消旋a c y m 后两对映体的回收率6 l 表4 = 2 a c y m 对映体在酸性土壤中消解动态的回归方程6 l 表4 _ 3a c y m 对映体在3 撑土壤中消解动态的回归方程6 3 表4 4 a c y m 对映体在碱性土壤中消解动态的回归方程6 4 表5 - 1 供试土壤来源与理化性质6 9 表5 - 2 添加外消旋l n 后两对映体的回收率7 4 表5 3l n 对映体在酸性土壤中消解动态的回归方程7 5 表5 - 4l n 对映体在中性土壤中消解动态的回归方程7 6 表5 - 5l n 对映体在碱性土壤中消解动态的回归方程7 8 表6 - 1 供试十壤来源与理化性质8 2 表6 - 2 对映体的线性方程8 6 表6 - 3 添加外消旋三唑酮后两对映体的同收率8 7 表6 - 4 添加外消旋己唑醇后两对映体的同收率8 7 表6 - 5 添加外消旋戊唑醇后两对映体的同收率8 8 表6 - 6 三唑酮对映体在土壤中消解动态的回1 月方程8 9 表6 _ 7 己唑醇对映体在土壤中消解动态的同归方程9 l 表6 - 8 戊唑醇对映体在土壤中消解动态的回归方程9 3 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 易私钐 时间：2 7 年，月，7 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名：互衲名 时间：厶叮年月，7 日 导师签名：f 研们匆 时问：d 一) 年6 月日 第一章绪论 农药是人类生活中不可或缺的工具。农药的使用，可以追溯到公元前1 0 0 0 多年。几千年来， 人类通过包括农药在内的各种工具与自然作斗争，获得赖以生存的粮食、棉花等物质。据联合国 粮农组织( f a d ) 统计，如不使用农药，全世界农业每年平均因病、虫、草害造成的损失约占作 物总产量的3 7 ，其中虫害占1 4 ，病害占1 2 ，草害占1 1 ，年损失额高达1 2 6 0 亿美元【l 】。 多年来农药在促进农业增产、增收方面发挥了突出的作用，为人类带来了更多的食物，提高了我 们的生活质量和水平。 任何事物均有它的两面性。随着人们对事物认识的不断发展深入和技术的不断进步，农药的 负面影响逐渐被人们所认识并引起高度的重视。1 9 6 2 年，c a r l s o n 寂静的春天一书的发行， 引发了人类社会对农药潜在危害的关注，也给农药的发展提出了更多的思考。农药的污染及其产 生的危害后果是严重的，尤其对大气、土壤和水体的污染，对环境质量的影响和破坏，农药对地 下水的污染问题已引起广泛重视。农药污染的生态效应十分深远，尤其是对生物多样性的影响很 大。农药对人体健康的危害，特别是三致作用( 致畸、致癌、致突变) 和对生殖性能的影响等都 已受到人们的重视。农药对环境造成的损失是多方面的，具有关学者的研究指出，我国仅农药的 使用，每年造成的损失高达1 l 亿美元【2 】。早在1 9 9 5 年，联合国环境委员会( u n i t e dn a t i o n s e n v i r o n m e n t a l p r o g r a m m e ，u n e p ) 就公布了1 2 种持久性有机物污染物( p e r s i s t e n t o r g a n i c p o l l u t a n t s ， p o p s ) ：d d t , c h l o r d a n e h e p t a c h l o r , a l d r i n 。d i e l d r i n 等，并极力呼吁全球停止使用这些农药。为 了解决由于农药的大量使用与生态环境日葫恶化这一突出的矛盾，对农药在环境中的迁移转化的 物理、化学和生物行为进行深入研究，以探索其变化规律并寻求治理农药污染的方法。今天，已 有越来越的科研上作者投入该方面的研究中来。 。 手性( c h i r a l i t y ) ，这一词源于希腊词“手”( c h e i r ) ，指左手与右手的差异特征。左手( 性) 与右手( 性) 通过平移和旋转不可能使两者完全重合，必须是镜像操作才能重合，所以手性也叫 镜像反射对称性。组成相同但空间结构上互为镜像的两个同分异构体都是手性分子，二者互称为 对映异构体，简称对映体( e n a n t i o m e r s ) 。能使平面偏振光按顺时针方向旋转的对映体称为右旋 体，记作( + ) ，反之称为左旋体，记作( ) 。等量的对映体分子混合在一起时，不在引起平面偏 振光的旋转，称为外消旋体( r a c e m a t e s ) ，记作( 士) 【4 j 。手性是自然界的本质属性之一，它在宇 宙间普遍存在。早在1 8 4 8 年，l o u i sp a s t e u r 就对两种钠铵酒石酸盐晶体进行了拆分，第一个认识 到手性的光学性质，同时他还注意到了立体异构现象与生命过程有关p 】。 2 0 世纪末，随着立体化学的发展，在世界范围内兴起了手性研究热潮。以手性药物为例，9 0 年代以来，以单一对应异构体形式进入市场的手性药物每年以2 0 的速度增长【6 】。根据资料统计， 1 9 9 4 年已达4 5 2 亿美元，到2 0 0 0 年手性药物的销售超过1 2 0 0 亿美元，其中制剂就有9 0 0 亿美元， 预计单一对映体制剂2 0 0 8 年将突破2 0 0 0 亿美元大关【7 】。目前，世界上正在开发的1 2 0 0 种药物中 2 3 以上是手性药物，其中一半以上是单一异构体。除了在医药、农药等生命科学领域，手性化 合物所表现出的重要性之外，在材料科学方面也显示出了无穷的潜力。由此可见，手性问题在众 多领域中逐渐显示出它的魅力，作用越来越大，也越来越突出，吸引着人们对其进行深入研究， 中国农业大学博士学位论文第一章绪论 这给手性科学的发展带来了前所未有的机遇和广阔空间口j 。 2 0 世纪7 0 年代，随着立体化学的发展，农药研究已深入到分子异构领域，手性农药的不对 称合成与应用目前越来越普遍。目前，商业化的6 5 0 余种农药中，有1 7 0 余种属于手性农药( 包 括生物农药和天然制剂) ，除了单一对映异构体的商品外，还有一些手性农药是含有高活性手性 对映体的商品，在已商品化的1 7 0 余种手性农药中，年销售额超过一亿美元的有3 0 余种，超过 2 5 0 0 万美元的6 0 余种，其中含有高活性手性体成分的手性农药销售额超过1 0 0 亿美元。单一手 性体农药如f l r , 3 p 、a a 溴氰菊酯、【s ，s 】氰戊菊酯、s 生物丙稀菊酯、精盖草能、精禾草克、敌草 强、s ( + ) 稀效唑、r ( - 埔效唑、r ( ) 己唑醇等相继在国际市场出项，目前纯手性异构体的手性农 药销售额接近3 0 亿美元，手性农药占全球农药市场的3 5 【9 】。随着科学技术的进步，近年来光 学纯对映体色谱分离及制备技术取得了飞速发展，单一对映体农药商品化的进程不断加快。 自然界中重要的有机物质，如能量代谢的基本物质：糖类化合物和组成核酸的核耱、脱氧核 糖都是d 型的；组成蛋白质、生物酶的基本单位昏氨基酸都是l 型的；组成细胞膜的磷脂具有 l - 3 一甘油磷酸的立体构型。由于生物体及各种环境载体都具有手性特征，手性农药的对映体进入 生物体内的手性环境将作为不同的分子加以匹配，因此在生物活性、药代动力学和毒理学等方面 均存在对映体的立体选择性作用。在进入生物体内和不同环境体系后，对映体间的差异不仅仅表 现在生物活性上，还表现在吸收、转移、代谢、富集、消除等诸多方面”“。因此，在日益倡导环 境保护与可持续发展的今天，研究手性农药对映体不同的生态和环境效应便成为摆在环境化学工 作者面前的一个重要课题。 1 1 手性农药对映体生物活性关系研究进展 由于手性中心的存在，理化性质近似的手性农药光学异构体其生物活性可能部分或完全不 同：而且有些异构体问存在着拮抗或反作用，使混合体不能充分显示其活性。手性农药具有立体 异构体的农药异构体之间生物活性的关系主要有以f ) l 种形式1 ： l ，一个异构体具有高活性而其它无活性或活性低，如戊唑醇，禾草灵，盖草能，草胺磷等。 2 、异构体间活性稍有差别( 几倍至l o 倍以上) ，如甲霜灵，苯霜灵，己唑醇，丙硫磷等。 3 、异构体具有相等的作用机理和活性，如三唑酮。 4 、异构体间作用原理完全不同；只有其中一个异构体具有完全生物活性，如稀效唑，高氰戊菊 酯，苯硫磷，异丙甲草胺，多效唑，丙环唑等。 因此，随着立体化学的发展及光学纯对映体的色谱分离及制备技术的不断进步，受市场、效 益及环境保护因素的推动，单一对映体农药商晶化的进程不断加快，来达到更好的防治效果并获 得更高的经济效益，同时减轻农药对环境的污染，表1 1 列出了主要商品化的手性化学农药及对 映体活性的相关信息。但是由于受分离、制备技术水平和经济因素的影响，大部分手性化合物仍 以外消旋体形式销售和使用。 关于手性农药对映体之间生物活性差异的研究工作已经开展了很多，但是对手性污染物的对 映体选择性毒性的研究却相对较少。许多农药具有致癌作用和毒性，它们可能破坏某个特定的组 织器官，例如肾、肝脏等，而且会改变生物酶的活性“”。此外，对映体选择性可能极大的影响手 性农药在非靶标环境中的生态毒理效应。由于对映体的选择性生物降解，特定的对映体可在特定 中国农业丈学博l 学位论文 第一章绪论 生态系统中富集。通过非手性分析得剑的农药毒理学数据与实际的生态毒理学效应并不相符。所 以在研究手性农药时，必须弄清它们对非靶标生物毒性以及在生态系统中生物降解或生物富集过 程中的对映体选择性。随着人类对环境污染物认识的不断深入，在对映体水平上研究农药的环境 毒理学将会成为必然 1 3 1 表i - i 商品化手性农药品种脚4 胴 ! ! 坐：! 竺竺：竺型生! 型芝! 型竺 中文名称通用名 对映体生物活性 壁! ! ! 竺! ! 竺塑型竺坐 墅! ! 型型里壁鲤竺型竺竺 s 氰戊菊酯 e s f e n v a l e r a t e 2 s ，a s 体高效 氯菊酯p e r m e t h r i ni r - c i s 和i r - i r i s 有活性 溴氰菊酯d e t a m e t h r i no , s 。 l r ，3 r 体活性最高 乙氟菊醣 c y c l o p r o t l u i no s - r s 体话性最高 联苯菊酯 b i f e n t h r i n z - c i s - i r s 体高效 顺式氯氟菊酯 a l p h a - c y p e r m e t h r i no i s - i r - a s ；c i s - l s - c t r 体高效 氟丙菊酯a c r i n a t h r i n z - c i s - i r - a s 体高效 高效氯氟氰菊酯l a m b d a - c y h a l o t h f i nz - - c i s - 1 r - a s ；z - c i s - i s - 3 r 体高效 四溴氟菊酯t r a l o m e t h d n a s c i $ i r 体高效 芬普福 f e n p r o p i m o t p h c i s - r 体高效 氟毗甲禾灵h a l o x y f o pr 体高效 吡氟禾草灵 f l u a z i f o pr 体高效 喹禾灵 q u i z a l o f o p - e t h y l r 体高效 毗氟氯禾灵h a l o x y f o p r 体高效 卡草胺c a r b e t a m i d e r 体高效 敌草胺 n a p r o p a m i d e r 体高效 地虫硫磷e p n 杀虫活性，小鼠毒性r 体高于s 体 草胺磷g | u f o s i n a k s 体有除草活性 丙硫磷p r o t h i o f o r ( ) 体活性高于s ( ) 体 四氟醚唑t e t r a c o n a z o l e r 体活性高于s 体 丙环唑p r o p i c o n a z o l e 对植物调节作用2 r 高于2 s 乙环唑e t a c o n a z o l ( 2 s ，4 r ) 为活性体 乙氧呋草黄e t h o f u m e s a t e 高粱、黄瓜抑制作用，( + ) 高于( ) 乙羧氟草醚 f l u o r o g l y c o f e nr 体高效 手性农药对映体生物活性及环境毒理学的研究主要集中于拟除虫菊酯类杀虫剂、芳氧丙酸类 中国农业大学博十学位论文 第一章绪论 除草剂、三唑类杀菌剂或植物生长调节剂和有机磷农药。这几类农药分子中大都具有一个或多个 手性中心，大量研究表明其生物活性多集中在单个对映体上。 拟除虫菊酯类杀虫剂含有多个手性中心，对映体活性差别较大。在环丙烷羧酸除虫菊酯类杀 虫剂如稀丙菊酯、四溴菊酯等，包含1 r - + 酸部分的相对于s 一酸酯显示出了较高的杀虫活性 ”1 。 尽管i 洱构体具有较大的杀虫作用，但是1 r - 和i s ( t r a m 和c i s ) 异构体对哺乳动物的毒性差 异很小【i ”。保留有l r 构型的c 3 修饰菊酸酯类似物不仅具有较高的杀虫活性，而且对哺乳动物 的毒性也较低1 1 日”】。通常生产的氯菊酯、氰戊菊酯等只有1 4 是高效体，其余3 个则为低效或无 效成分【l m ；氯氰菊酯、溴氰菊酯和丙烯菊酯等仅l 8 是高效体，其余的7 个异构体则相对低效或 几乎无效”。非环丙烷羧酸除虫菊酯类杀虫剂，如高氰戊菊酯、氟氰戊菊酯及氟胺氰菊酯，以酸 部分s 体，醇部分也是s 体的( 2 s ，a s ) 具有高活性，而其对映体( 2 r ，c t r ) 几乎没有活性。 芳氧丙酸类除草剂的手性碳中心由丙酸或酯的2 啦上被芳氧基取代形成，研究表明，一般情 况下r 异构体的除草活性要比s 异构体高。具有相似结构的苯丙酰胺类对映体之间也存在除草活 性的差异 2 0 - “1 。如2 ，4 滴丙酸( d c p f ) 、2 - 甲，4 - 氯丙酸( m c p p ) 、盖草能、喹禾灵等芳氧苯氧 丙酸类除草剂，其除草活性几乎全部集中在r 对映体上，s 对映体几乎没有除草活性鲫。禾草灵 的两个异构体在稻田中的苗前除草活性非常相似，但是用于苗后时，r 异构体对某些杂草的活性 明显比相对应的s 体高【l ”。瞎唑禾革灵的两个对映体苗前除草活性相当，但是只有r 体具有笛后 除草活性口6 】；精曙唑禾草灵( r 体) 的生物活性与外消旋体相似，它们的毒理学和生态学行为没 有显著的差异口”。苯丙酰胺衍生物w l - 1 9 5 1 1r 异构体的生物活性要比s 体高；而麦草伏间异丙 基酯、异丙甲草胺和c g a 2 9 2 1 2 的s 异构体的除草活性要比r 体高口7 1 。 三唑类化合物异构体间显示出的活性特征比较复杂，如二唑醇和多效唑的立体异构体具有不 同的杀菌活性和植物调节活性。三唑醇中以左旋体的药效最高。( 1 r , 2 r ) 多效唑具有较强的杀 菌功效，而( i s ，2 s ) 一多效唑则具有较强植物调节功能。r - 烯唑醇的杀菌活性远远高于s 体，而 s 一体的植物生长调节活性又比r - 体高。这种作用稀效唑表现的更加明显稀效唑四种光学异构体的 杀菌活性顺序为：2 r ，3 r 2 s ，3 r , 2 r , 3 s - 2 s ，3 s ；而植物生长调节作用活性顺序为2 r , 3 s 2 r , 3 r 2 s ，3 s 2 s ，3 r 2 8 1 0 由此可见，分子手性部位可能是决定部分三唑类手性农药作为杀菌剂还是 植物生长调节剂的关键所在。杨丽萍等【2 9 l 用液相色谱手性同定相法拆分并制各了三种三唑类杀菌 剂戊唑醇、己唑醇和粉唑醇，并就对映体间杀菌活性进行了比较。结果表明戊唑醇和己唑醇的左 旋体杀菌活性均高于右旋体：而右旋粉唑醇活性高于左旋体。三唑酮的两个对映体之间的活性差 异很小，但它的还原产物三唑醇有四个异构体，其中1 s ，2 r 异构体具有较高的杀菌活性刚。乙 环唑的四个异构体中2 s ，4 r 体具有较高的杀菌活性口”。苄氯三唑醇也包含四个异构体，其中l s ， 2 r - 异构体具有较高的杀菌和甾醇生物合成抑制活性p ”。 有机磷农药被作为杀虫剂和杀卣荆广泛应_ f = i ，有些可用于除草。这些手性化合物的手性即可 源于不对称碳原子，也可源于磷原子，因此手性品种非常多( 大约6 0 余种) 。有机磷手性农药对 映体之间也存在着不同的生物活性，包括毒性、酶抑制活性和生物降解能力等。如新型丙硫基不 对称有机磷杀虫剂丙溴磷( p r o f e n f o s ) ，其旋光异构体在抑制乙酰胆碱酶( a c h e ) 活性( s 体高 于r 体) 、杀虫活性和对温血动物毒性( r 体高于s 体) 等方面有明显的立体选择性