（环境科学专业论文）手性农药对映体的分离及环境行为差异性研究.pdf

甲草胺比高浓度的降解要快；前期( 4 8 小时前) 富s 一异丙甲草胺的降解要快于 消旋体异丙甲草胺，但之后相反；消旋体异丙甲草胺降解速率比富s 一异丙甲草 胺更快一些。在异丙甲草胺( 富s 一异丙甲草胺) 浓度为3 0 呱l 1 ，p h 值为7 o ， 温度3 0 条件下，通过检测异丙甲草胺和富s 一异丙甲草胺中i s 和i r 对映 体组分的改变来考察生物降解过程中的对映体选择性。结果表明：在消旋体异丙 甲草胺和富s 一异丙甲草胺的微生物降解过程中，起初的5 0 小时内l ，s 对映体 较1 r 对映体的降解速率要快，既值急居下降，5 0 小时之后，e l l 值下降趋于 平缓；阻值的变化曲线基本是一条平滑的曲线，可以说明对映体之间没有发生 构型的变化；不同初始浓度对消旋体异丙甲草胺和富s 一异丙甲草胺的微生物降 解过程中的e r 值影响不大。 对甲霜灵对映体在土壤中的选择性降解做了初步研究。本研究表明甲霜灵在 我们实验的土壤中存在对映体的选择性降解，r - 甲霜灵( k - - - o 0 2 1 7d a y l ) 相对于 s 一甲霜灵( k = 0 0 0 9 8d a y l ) 降解要快很多，并且起初2 0 天( e r 值下降较快) 降解的选择性程度较后期要大甲霜灵在土壤中的降解具有手性选择性，如果使 用外消旋体农药，土壤中r 型甲霜灵降解的要比s 型甲霜灵快，导致s 型甲霜灵 在土壤中累积。因此用精甲霜灵代替外消旋体就可以大大削减它们在环境中的 量，不论是从经济角度还是环境保护角度都是非常有利的。 论文还研究了异丙甲草胺及其高效体对土壤微生物活性的影响。首先，研究 了对土壤过氧化氢酶活性的影响。研究表明不同浓度的异丙甲草胺和金都尔对土 壤过氧化氢酶活性有不同的影响：异丙甲草胺对供试土壤生态环境的影响和危害 可能大于同浓度的金都尔。其次，研究了对土壤呼吸强度的影响。异丙甲草胺和 金都尔的不同浓度处理主要表现是，前期对土壤呼吸起激活作用，浓度愈大，激 活程度愈大；不同浓度处理的异丙甲草胺和金都尔在初期与对照土样间的呼吸强 度都存在显著差异，后期则差异不显著；异丙甲草胺和金都尔为低毒或无实际危 害的农药，对土壤微生物的危害较小。 关键词：手性分离：异丙甲草胺：微生物降解：甲霜灵：环境行为：对映体选择 性；土壤微生物 e n a n t i o m e rs e p a r a t i o na n de n a n t i o s e l e c t i v ee n v i r o n m e n t a l b e h a v i o ro ft h ec h i r a lp e s t i c i d e s a b s t r a c t i nm o s tc a s e so n l yo mo f t h ee n a n t i o m e r sh a sp e s t i c i d a la c t i v i t yw h i l et h eo t h e r m a yh a v et o x i ce f f e c t sa g a i n s tn o n - t s r g e to r g a n i s m s s of a r , t h ee n v i r o n m e n t a l b e h a v i o ra n df a t eo fc h i r a lp e s t i c i d e sw i t hr e s p e c tt os t e r e o - e n a n t i o s e l e c t i v i t yh a s r e c e i v e dl i t t l ea t t e n t i o n e n v i r o n m e n t a ls t u d i e so fc h i r a lp o l l u t a n t sh a v eh i s t o r i c a l l y n e g l e c t e dt od e t e r m i n et h ea d v e r s ee f f e c t sa s s o c i a t e dw i t hp a r t i c u l a re n a n t i o m e r s ，a n d w h i c he n a n t i o n 把r sm a yp e r s i s ti nt h ee n v i r o n m e n t f n r t h e r m o r e , n o tm u c hi sk n o w n a b o u tt h ed e g r a d a t i o np o t e n t i a lo ft h eb m l l a i n t i o m e r s t h ea p p l i c a t i o no fr a m i c m i x t u r e so f t e nl e a d st o i s o m e r i c b a l l a s t ，t h e r e b yu n n e c e s s a r i l yp o l l u t i n gt h e e n v i r o n m e n t t os t u d yt h ef a t eo fd l i r a lp e s t i c i d e s , i ti si m p o r t a n tt od i f f e r e n t i a t e b e t w e c nt h ee n a n t i o m e r sa n dt om o n i t o rt h ed i f f e r e n td e g r a d a t i o np a t t e r n s t h e r e f o r e , t h ei n t e r e s ti nd e v e l o p i n ga p p r o p r i a t ea n a l y t i c a jm e t h o d st os e p a r a t ea n dq u a n t i t a t e t h ee n v i r o n m e n t a le h i r a lp o l l u t a n t si st h u si n c r e a s i n g , s oa st od e t e r m i n ew h e t h e r e n a n t i o m e r i cs e l e c t i v i t yi si n v o l v e di ne n v i r o n m e n t a lf a t e i ti st h ep u r p o s eo f t h i sp a p e rt od e v e l o pa r a p i dc l t i r a lh i g h - p e r f o r m a n c el i q u i d c h r o m a t o g r a p h y ( 阳? l c ) m e t h o df o rt h eq u a n t i t a t i v ee n a n t i o m e r i cd e t e r m i n a t i o no f c h i r a lp e s t i c i d e sa n di n v e s t i g a t ew h e t h e re n a n t i o m e r i c s e l e c t i v i t y i si n v o l v e di n e n v i r o n m e n t a lf a t e s e v e r a lk i n d so fn o r m a l l yu s e dp e s t i c i d e si nm a r k e tw e r es e p a r a t e db yc h i r a l h i g l l - p e r f o r m a u c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h ym e t h o d t h ei sa n dl ，rd i a s t e r e o m e r so f ( r u c ) - m e t o l a c h l o ra n d ( s ) - m e t o l a c h l o rw o r es u c c e s s f u l l ys e p a r a t e do nc h i r a l p a k a d - r hc o l u m n f u r t h e r m o r e 。t h el sa n dl rw e r ea f f i r m e d t h er e s u l t sc 雒b eu s e d f o rt h eq u a n t i t a t i v ed e t e m l i n a t i o no fl s i rd i a s t e r e o m e r i cr a t i of o ri n v e s t i g a t i n g w h e t h e re n a n f i o m e r i cs e l e c t i v i t yi si n v o l v e di ne n v i r o n m e n t a lf a t e t h ee n a n t i o m e ro f n a p r o p a n l i d ew a sr e s o l v e du n d e rr e v e r 鸵p h a s ei - i p l cu s i n gc h i r a l p a ka d - - r ha n d c h i r a l c e lo d - - r hw i t ha c e t o n i t r i l ea n dw a t e ra sam o b i l ep h a s e t h ee f f e c t so ft h e c o n t e n to fa c e t o n i t d l ei nm o b i l ep h a s e , f l o w - r a t ea n dt e m p e r a t u r eo nt h ec h i l 辩p l r a l i o no fn a p r o p a m i d ew e s t u d i e d t h ee h h a ls e p a r a t i o nm e c h a n i s mo f n a p r o p a m i d ee n a n t i o m e r so nt h ec s p sw a sa n a l y s e db yt h e r m o d y n a m i cp a r a m e t e r s t h e s t e r e o s o l e c t i v i t yo fc h i r a l p a ka d - - r hw s sb e t t e rt h a nc h i r a l c e lo d - - r ha n d g o o de n a n t i o m e r i c 龊p a r a t i 伽sw e r ea c h i e v e dw i t hb o t hc s p s e n a n t i o m e r so fm o r e t h a nt w e n t yo h i r a lp e s t i c i d e sw e r es e p a r a t e da n de n a n t i o m e r s s p e c t r ao fc i r c u l a r d i e h r o i s mw e s c a n n e di nc d 2 0 9 5 t h ea b s o l u t ec o n f i g u r a t i o no fe n a n t i o m e r so f n a p r o p a m i d e m e t a l a x y le t o w e r ec o n f i m c dw i t ht h ec i r c u l a rd i e h r o i s m b e c a i l o ft h ep 咒n c eo ft w oc h i l f a le l e m e n t s ( 鹊如m l 础c a l l ys u b s t i t u t e d c a r b o na n de h i r a la x i s ) m e t o l a c h i o rh a sa ni n t e r e s t i n gc h e m i c a ls h u c t i l r et h a tc o n s i s t s o ff o u rs t a b l es t e r e o i s o m e r s a sam a t l e ro ff a c t , 9 5 o ft h eh e r b i c i d a la c t i v i t yo f m e m o l a c h l o ro f i g i n a t e sf r o mt h et w oi s - s t e r e o i s o m e r s ( t h ea s s a n da r s i s o m e r s ， w i t ha s ，i sa n da r , i sc o n f i g u r a t i o n , r e s p e c t i v e l y ) i nt h i ss t u d y , w ee v a l u a t e dt h e e n a n t i o m e r i cs e l e c t i v i t yo f ( r a c ) - m e t o l a c h l o ra n d ( s ) - m e t o l a c h l o rw i t hc u l t u r e d s e d i m e n tb a c t e r i ai nw a t e rb ya c h i r a lh p l ca n dc h i r a li - i p l c d i f f e r e n ti n i t i a l c o n c e n l m t i o na n dp hs o l u t i o ns h o w e dt h a tt h ere n a n t i o r n e rw a sp r e f e r e n t i a l l y d e g r a d e do v e rt h ec o r r e s p o n d i n gse n a n t i o m e ro f ( r a c ) - m e t o l a c h i o ra n d ( s ) - m e t o l a c h i o r i ti n d i c a t e dt h a tt h em i c r o b i a ld e g r a d a t i o no f ( r a c ) - m e t o l a c h i o ra n d ( s ) - m e t o l a c m o rw a se n a n t i o s e l e c t i v e l y t h ed i f f e r e n ti n i t i a lc o n c e n t r a t i o nh a r d l y i n f l u e n c e dt h ed e g r a d a t i o na n de r s a d d i t i o n a l l y ，d i f f e r e n t e n a n t i o s e l e c t i v e d e g r a d a t i o np r e f e r e n c e sm a ye x i s t d e p e n d i n go nd i f f e r e n tt y p eo fs o i l ，w h i c hm a yc o n t a i nd i f f e r e n t m i c r o b i a l p o p u l a t i o n se q u i p p e dw i t hd i f f e r e n te n z y m e s t h e r e f o r e ，a n o t h e ra i mo f t h es t u d yw a s t og a i ni n f o r m a t i o na b o u tt h ee n a n t i o s o l e c t i v ed e g r a d a t i o na n dp e r s i s t e n c eo ft h e l 狮m i ea n de n a n t i o p u r ef o r m so f m e t a l a x y li nt h es o i l so f s 0 u t h e mc h i n a t h i sp a p e r d e s c r i b e da ne f f e c t i v ee n a n t i o s e l e c t i v ed e t e r m i n a t i o no f r a c - m e t a l a x y l a n d m e f e n o x a me n a n t i o m e r si ns o i lb yh p l c - d a d ，u s i n ga n0 d r hc h i r a l c e lc o l u m n a sac h i r a ls e l e c t o r t h ed a t ao f t h er e s i d u a lc o n c e n t r a t i o no f t h et w oe n a n t i o m e r sw e r e u s e df o re s t i m a t i n gt h ee n a n t i o m e r i er a t i o 正r ) v a l u e sd u r i n gt h i se x p e r i m e n t t h e l v c h a n g eo ft h ee rv a l u e ss h o w e dt h ee v i d e n c eo f 趾e 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 f m 成a k ( y ii ns o i l , w h i c hr - e n a n t i o m e rw a sp r e f e r a b l yd e g r a d e di nt h es o i l e n a n f i o s e l e c t i v ed e g r a d a t i o n sm a y g r e a t l ya f f e c tt h ee n v i r o n m e n t a lf a t eo f m e t a l a x y l , a n ds h o u l db ec o n s i d e r e dw h e nt h ee n v i r o m e n t a lb e h a v i o ro ft h e s ec o m p o u n d sw a s a s s e s s e d 朋把p o s s i b i l i t yo f t h ed i f f e r e n te f f e c t so f m e t o l a c h l o ra n ds - m e t o l a c h l o r ( d u a l g o l d ) o ns o f tm i c r o o r g a n i s m sw a si n v e s t i g a t e di no r d e rt oe s t i m a t et h ei n f l u e n c e so f d i f f e r e n tp e s t i c i d ee n a m i o m e r so ns o i le c o s y s t e mc o r r e c t l y 1 1 地i n f l u e n c e so f m o o l a c h l o ra n dd u a lg o l do ns o i lc a t a l a s ea c t i v i t ya n ds o i lm i c r o o r g a n i s m s r e s p i r a t i o nw e r ee x p e r i m e n t e du n d e r t h ec o n c e n t r a t i o n so f 0 ，5 ，2 0 , a n d1 0 0m g 。k g - i 1 1 地r e s u l t ss h o w e dt h a tt h ee f f e c t so fm e t o l a c h l o ro ns o i lc a t a l a s ea c t i v i 哆d i f f e r e d f r o md i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n s ，a n ds od i dd u a lg o l d t h e r ew a st h ep o s s i b i l i t yt h a t m e t o l a c h l o rm i g h th a v em u c hm o r ee f f e c to ns o i l e c o s y s t e mt h a nd u a lg o l d a c c o r d i n gt ot h er e s u l t so ft h ec o n c e n t r a t i o n so f5a n d1 0 0n a g k g - 1 1 1 硷h i g h e rt h e c o n c e n t r a t i o no fm e t o l a c h l o ro rd u a lg o l dw a s ，t h eg r e a t e rt h es t i m u l a t i o no fs o i l m i c r o o r g a n i s m sr e s p i r a t i o nw a s m e t o l a c h l o rh a dm o r eh a r mo ns o i lm i c r o o r g a n i s m s t h a nd u a lg o l dw i t ht h es a m ec o n c e n t r a t i o n i ta l s os h o w e dt h a tm e t o l a c h l o ra n d d u a lg o l d b e l o n g e dt ol o w e rp o i s o n o n sp e s t i c i d e s ，a n d h a dl i t t l eh a r mo ns o f t k e y w o r d s ：c h i r a ls e p a r a t i o n , m i c r o b i a ld e g r a d a t i o n , e n a n t i o s e l e c t i v i t y ，m e t o l a c h l o r , m e t a l a x y l ，c h i r a le n v i r o n m e n t a lb e h a v i o r , s o i lm i c r o o r g a n i s m s v 浙江大学博士学位论文 第l 章手性农药对映体的分离及选择性环境行为研究进展 1 1 前言 化学农药在提高农作物产品产量的同时，造成了土壤和地表水等环境的污 染，已是世界性的重要环境问题之一。根据美国环保局对4 5 个州6 8 8 2 4 1 ：1 井地下 水的监测分析和统计结果，有1 0 0 0 0 ( 1 4 ) e l 井的地下水中农药含量超过健康标 准，有1 3 0 种农药及其代谢物被监测出，其中3 5 种超过健康标准。地表水受污染 的程度也是极其严重的，据美国环保局预测，在美国己有1 6 5 , 0 0 0 公里的河流、 8 3 0 , 0 0 0 公顷的湖泊、水库受到农业生产活动中农药污染的影响( u s e p a , 1 9 9 3 ； u s e p a , 1 9 9 2 ) 。我国珠江三角洲一些城市水体的监测结果表明，几种有机氯农药 虽然已经停止生产多年，但在污水及河水中仍有残留( 杨燕红等，1 9 9 6 ) 。美国科 学院在1 9 9 3 年7 月提交的一份报告中，对目前食品中的农药残留量以及农药对儿 童健康的影响提出质疑，呼吁人们加强对农药的进一步研究和了解( n e w m a n , 1 9 9 3 ) 。 农药环境行为的研究主要包括农药在土壤中的吸附和脱附，农药的水解，农 药在土壤、水体和其它固体表面的降解( 光降解) ，农药在土壤中的降解( 化学降解 和生物降解) ，农药在土壤中的淋溶、迁移，农药在环境中的转化，农药与土壤 活性组份作用机理等七个方面。农药在环境中的降解作用是环境中农药消失的主 要途径，是环境净化功能的重要表现，包括水解、光降解、化学降解和生物降解 等作用，但其中由微生物引起的降解作用尤为重要。微生物对农药的降解，对消 除农药的残留和减少农药对生态系统的危害有着重要的作用，对于农药污染物的 环境生物修复和农产品的安全性等问题有着重要的意义。 当今世界上使用的农药中有2 5 以上是具有手性中心的分子( w i n i a m s 。 1 9 9 6 ) 。在农药市场上，含商活性对映体成分的手性农药的年销售额超过1 0 0 亿美 元，单一对映体的手性农药的年销售额约为3 0 亿美元，约占全球市场的3 5 ( 蒋 木庚等，2 0 0 1 ) 。只含有良好生物活性的单一对映异构体化合物的手性农药，药 效高，对作物与生态环境更安全( 文辉等，2 0 0 4 ) 。而外消旋农药包含有低效、无 浙江大学博士学位论文 效甚至有毒副作用的对映异构体，这不仅会降低药效，而且可能会增加环境污染， 产生更多毒副作用，导致药害或抗药性的产生。 在生命的产生和演变过程中自然界对某一种手性有所偏爱。如地球上构成生 命的蛋白质中，绝大多数氨基酸都是左旋的，生命体只能代谢右旋的糖。生命体 的重要基础物质右螺旋的d n a 、l - 氨基酸和d - 型单糖以及由它们构成的生物大 分子核酸、蛋白质和糖类具有手性特性，这赋予了蛋白质催化功能，核酸的信息 储备和遗传功能，多糖的识别功能。在生物体的手性环境中，分子之间的严格手 性匹配是分子识别的基础。如酶的高度催化专一性，抗原与抗体的免疫识别，受 体与给体的专一作用等。事实上，像氨基酸这种类型的分子大多数是手性的，构 成蛋白质的2 0 种氨基酸中只有甘氨酸是没有手性的，另外1 9 种都为l 型，而 核糖和脱氧核糖分子则都是d 型的。如由1 0 0 个谷氨酸组成阿尔谷氨酸，若谷 氨酸都是一种手性，那么最终只有一种阿尔谷氨酸，若是由l 和d 谷氨酸聚合 将得到2 1 0 0 种异构体，这样就不利于生命分子的高度有序。同手性的确切起源 仍然是进化科学中的一个未解之迷( j a c q u e s , 1 9 9 3 ；s i e g e l ，1 9 9 8 ) 。不过也正是由 于这种高度的立体选择性，才使得蛋白质与药物、酶与底物、抗体与抗原等的相 互作用才具有高度的专属性。这种相互作用的专属性犹如一把钥匙开一把锁一样 固定。生命体系通常对具有手性的药物、农药或味觉化合物中的一对对映异构体 会表现出不同的生理、生化反应，即能够手性识别它们。因此，手性药物( 农药) 的药理( 药效) 作用是通过与生物大分子之闻的严格手性匹配与分子识别而实现 的。 在研究手性农药的环境行为和生态效应时，一直以来大量的环境研究都把手 性农药视为单一化合物，几乎所有的环境法规也把手性农药当成单一化合物 ( a r m s t r o n g , 1 9 9 3 ) 。然而，手性是生物系统的基本特征，在生物体内核酸、蛋 白质、糖类分别由手性d n a 、手性氨基酸、手性单糖构成，由此推知，手性农 药进入生态环境后，其各个对映体在靶标生物或非靶标生物体内的活性、代谢和 毒性存在着差异性，而且不同生物可能选择性摄取、代谢同一手性农药的不同对 映体，因此，手性农药的不同对映体在环境中的持久性和对环境生化过程影响通 常也存在着差异。近年来的研究表明，手性农药的环境归宿和生态毒理研究，应 该考虑其化学结构的立体选择性( a l ie ta 1 ，2 0 0 5 ；舢ie ta 1 ，2 0 0 3 ；q 肾r i s o m2 0 0 6 ； 2 浙江大学博士学位论文 k o h l e re ta 1 ，1 9 9 7 ；l i ue ta l ，2 0 0 5 ) 。在对映体水平上研究手性污染物是环境科学 发展到今天的必然，手性化合物有望成为环境示踪物，用以研究有机污染物在环 境中的迁移、变化及归宿( r e n n e r , 1 9 9 6 ) 。 目前，这一领域中研究最多的环境样品是有机氯化合物，包括a h c h 、 c h l o r d a n e 和o ，p d d t 等毒性高、残留长，在大多数国家已停止使用的老手性农 药。由于这类农药大量使用和生物累积效应，它们在生态系统食物链各个营养级 中普遍存在，在生物组织内高度富集且均为可疑致癌物。天然水体、土壤和污泥 等介质中微生物的选择性降解是环境样品中手性污染物的主要降解途径。而在上 世纪9 0 年代以前，手性农药一直是被当作单一化合物来进行环境行为研究的，其 主要原因是手性化合物的拆分是一大难题，手性对映体的分离分析一直没有得到 很好的解决，得到对映体纯标样的难度较大。多年来国内外学者建立了许多分离 纯化手性物质的方法，随着2 0 世纪8 0 年代手性色谱的发展和2 0 世纪9 0 年代手性色 谱柱的商品化，为手性物质的分离奠定了良好的基础，以及1 9 8 0 年, d r a k e 等 ( d r a k ee ta 1 ，1 9 8 0 ) 首次使用圆二色检测器，在液相色谱上实现了手性化合物的 分离及纯度的测定，高效液相色谱圆二色检测技术经过2 0 多年的不断发展，已经 成为一种实用的手性化合物分析方法( 田芹，2 0 0 6 ) 。手性化合物对映体分离分 析的成果为开展对映体水平上手性污染物的环境研究创造了很好的条件，可以通 过调查手性农药在环境中残留物的对映体比率来试图了解自然界在对这些农药 的长期作用和长程转移过程中是否存在对映体选择性。 下面主要综述三个方面的文献：( 1 ) 对映体分离分析的意义及分离与分析 方法，特别是常用的高效液相色谱手性固定相法作重点综述；( 2 ) 手性农药对映 体的选择性环境行为；( 3 ) 农药对土壤微生物活性的影响。 1 2 手性化合物的分离与分析方法 1 2 1 手性与旋光异构体 3 浙江大学博士学位论文 图1 - 1 左右手镜面对称 图1 - 2 典型手性分子( 丙氨酸) 的镜象对映体 f i g 1 - l1 ) i g r a mo f s y m m e t r yo f h a n d s f 皓1 - 2s y m m e t r yo f r e p r e s e n t a t i v ec h i r a lm o l e c u l e ( a l 越i n c ) 1 8 4 8 年，法国科学家路易斯巴斯德( p a s t e u r ，l o u i s ) 从外消旋混合物中分 离了) - 酒石酸钠铵盐的晶体。随后他又发现，这些对映形态的晶体的溶液能 旋转偏振光的平面：一种溶液使偏振光向右旋转，而另一种溶液使偏振光向左旋 转。这两种晶体的关系就好像一个物体与它在镜子中的映像一样，当把这两种晶 体的溶液等量混合以后，则不会发生偏振光偏转的现象。 分子结构互为镜象但不能重叠的两个化合物，称为对映体( e n a n t i o m e r s ) 或 光学异构体。这两种结构的分子如同人的左右手一样不能重叠的性质称为手性 ( c h i r a l i t y ) ( 见图1 - 1 ) 。图l - 2 给出了典型手性分子( 丙氨酸) 的镜象对映体。导 致分子具有手性的因素有以下几类( 叶秀林，1 9 9 9 ) ：( 1 ) 具有一个或多个手 性原子( 如手性c 、p 、n 、s 元素等) ；( 2 ) 具有手性轴( 如有环状骨架的螺 烷) ；( ，) 具有手性平面( 如p a r a c y a l o p t a s e s ) ：( 4 ) 拓朴型非对称性( 如 c a t e n a n e s ) ：( 5 ) 扭转手征性( 如顺反异构体中单键和双键的扭力产生的异构 体) ；( 6 ) 具有螺旋性( 如蛋白质、多糖、核酸等的螺旋性) 。 手性分子的对映体能把偏振光平面旋转到一个数值相等但方向相反的角 度，以顺时针方向旋转偏振光的对映体称为右旋分子，用正号( + ) 或字母d 竹 ( d e x t r o r o t a t o r y ，右旋) 表示；以逆时针方向旋转偏振光平面的另一种对映体称 为左旋的，并标以负号( 一) 或字母“l ( 1 e v o r o t a t o r y ，左旋) 。由于“d ”和叩容易 与糖类化合物化学及蛋白质化学中的“d ( d e x t r o ) 和“l * ( l e a v o ) 相混，i u p a c 于1 9 7 9 年建议取消铲及“，。对于空间构型异构体来说，其旋光物质的真正的立 体结构( 或称绝对构型) 则以r ，s 来表示手性碳原子的空间构型限：拉丁字r e , u 曲t l s 4 浙江大学博士学位论文 ( 右) ；s ：拉丁字s i n i s t e r ( 左) 1 旋光性物质的旋光度a 可由旋光仪来测定。 对映体具有数值相等但方向相反的比旋光 手性化合物的右旋和左旋对映体的等摩尔混合物称为外消旋混合物或外消 旋体，它的旋光值应该是零。外消旋混合物在其分子名称的前面冠以( 士) 或m c 。 1 2 2 对映体分离分析的意义 2 0 世纪5 0 年代，反应停( 沙利度胺，t h a l i d o m i d e ) 作为镇静剂在欧洲以消 旋体形式批准上市，用于孕妇早期反应的治疗，不久发现服用此药的孕妇生出的 婴儿出现畸胎。1 9 6 1 年该药从市场上撤消，随后的研究发现，消旋体中( r ) 一 反应停具有镇静作用，而它的对映体( s ) 一反应停是致畸的罪魁祸首( 陈志琼， 2 0 0 5 ) 。从此药审部门对手性药物立体异构体之间不同的药理和毒理作用开始重 视，由此，畸婴启示了一个新产业手性药物，国际上兴起了手性技术的热潮， 如2 0 0 1 年度的诺贝尔化学奖三位得主的主要贡献就是他们研究出了应用于氢化 反应和氧化反应的优异的手性催化剂，如治疗帕金森症的药l 一多巴( d o p a ) 就是其研究成果制造出来的。 药物的手性对其生物应答关系，如药物在体内的吸收，转运，组织分配，与 活性位点作用，代谢和消除都可能有重要影响，直接关系到药物的药理作用，临 床效果，毒副作用，发挥药效时间和药效作用时间等。有些手性药物在人体内生 理条件下还可能发生构型反转。如( r ) 一反应停在人体内有一部分会发生构型 反转，产生( s ) 一反应停，布洛芬在人体辅酶a 的作用下，低活性的( r ) 一 布洛芬能够转变成高活性的( s ) 一布洛芬。这些特性增加了手性药物研究的复 杂程度。 天然及半合成药物中手性药物占9 8 ，合成药物中手性药物占4 0 ；合成 手性药物中以单一异构体销售的比较少，大多数情况下还是以消旋体的形式出售 的( c a l d w e l le ta 1 ，1 9 9 2 ；h u t te ta 1 ，1 9 9 6 ；g o r o ge ta 1 ，1 9 9 4 ；曾苏等，1 9 9 4 ) 。美 国食品与药品管理局( f i ) a ) 在总结手性药物临床经验与教训的基础上，于1 9 9 2 年颁发了手性药物指导原则( u s f o o da n dd r u ga d m i n i s t r a t i o n , 1 9 9 2 ；m i l l e r , 2 0 0 1 ) 。新规定要求，所有在美国上市的消旋体类新药，生产者均需提供报告， 说明手性药物中所含的对映体的药理、毒理和临床效果。因此，建立快速灵敏的 浙让大学博士学位论文 药物对映体分离测定方法对于研究手性药物的体内药动学过程，确定药动学参数， 阐明药理毒理机制以及在手性药物的合成和质量控制方面具有重要意义。 对于杀虫剂、杀菌剂、昆虫性信息素、植物生长调节剂、食品添加剂、香料 等精细化学品，其分子的光学异构体也表现出不同的生理活性。如( + ) 一2 一 芳氧基苯酯类农药对紫苜蓿有良好的除草活性，而( 一) 一2 一芳氧基苯酯类农 药的对映体却无此活性( s t u a r t e t a l ，1 9 9 2 ) 。有机磷农药氧代苯硫磷中低杀虫活 性的( s ) 异构体却有高的神经延迟作用，而高杀虫活性的( r ) 异构体则无此 作用( j o h n s o n , 1 9 8 7 ；j o h n s o n , 1 9 8 8 ) ；( r ) - d i n i c o n a z o t e 比( s ) d i n i c o n a z o l e 有高 的杀菌活性，而( s ) 异构体比( r ) 异构体有较强的植物生长调节功能；保幼 激素类农药都是天然构型最有效，如：天然激素( 1 0 r , 1 1 s ) j i - i i 的活性比e n t - j h i 大约高1 2 0 0 0 倍( s a k u r a ie ta 1 ，1 9 9 0 ) ：对于昆虫信息素类则立体构型与生物活性 之间的关系更为复杂( k u r i h a r a e t a l 1 9 9 8 ) 具有特定光学活性异构体的手性农药才能发挥更好的药效。手性农药，如多 虫畏、盖草能、甲霜灵等农药只有l 2 是有效成分，另一半几乎无效；氯菊酯、 速灭杀等只有l 4 是高效体，其余为低效或无效成分：溴氰和丙烯菊酯等仅有 1 8 是高效体，其余则是低效或无效成分。但是现在只有很小一部分农药是以 对映体纯的形式生产和销售的。目前，各大公司如：巴斯夫、赫司持、陶氏、罗 姆一哈斯、罗素优克福、氰胺、住友和捷利康等都在进行手性农药的开发。近几 年己出现一些专门从事手性化学开发的公司，如：b i o c a t a l y s t s 、c e l g e n e 、c h i r o n a s 、c h i r o s c i e n c e 、c r e a t i v eb i o m o l e c u l e s 、o x f o r da s y m m e t r y 和s e p r a c o 。受管 理因素、知识产权因素、市场因素和效益因素的影响，人们开始采用单种异构体 或提高某种异构体的含量，来达到更好的防治效果并获得更高的经济效益。近年 来急速发展的菊酯类杀虫剂的光学活性对生物活性的重要意义已为人们所逐步 接受，这点认识正在逐步扩展到杀菌剂和除草剂的研究中，这也是现代化农药发 展的趋势之一 在农药新产品开发过程中，目前出现这样一个现象，就是手性农药用得越来 越普遍。过去，只有价值比较昂贵的农药，比如菊酯，人们才去拆分开不同光学 异构体，并把无效体转化为有效体。进入9 0 年代之后出于对环境保护的考虑， 不允许把无效体施放到环境中去污染环境，如果外消旋的两个光活性异构体的选 6 浙江大学博士学位论文 择性不同，即其中一种异构体低效、无效、具有拮抗作用，或具有不同的作用方 式与作用位点，则农药行政管理部f - j f l i 大程度趋向于只选择所需的异构体。比如， 荷兰与瑞士的行政管理当局不允许手性苯氧羧酸类除草剂外消旋混合物注册，只 认可单一光活性异构体注册，除此之外，一些国家宣布减少农药的用量，如荷兰、 瑞典和丹麦已宣布在l o 年之内，农药用量要减少5 0 ，瑞典还执行按农药的重 量收税的办法，迫使农药生产商必须生产光学异构体的有效体。因此，目前国内 外推出的手性除草剂，大部分都正在以光学活性异构体的方式出现 随着农药分子立体异构与生物活性间的关系得到人们的重视，对手性农药的 拆分和定向合成的研究将在本世纪深入展开。进入9 0 年代以来，手性科学的发 展非常迅猛，为此专门创刊了两本学术杂志“c h i r a h t y 和“t e w a h e d r o n ： a s y m m e t r y ，而且每年分别在美国和欧洲召开一次c h i r a lu s a 和c h i r a le u r o p e 国际专题研讨会。各国政府对于手性技术迅速的发展迅速作出反应，如英国政府 已将手性技术作为决定投资的众多技术领域之一。手性技术工业的崛起，以及对 手性药物的合成和质量控制，对手性农药的环境风险评价的重视，使得手性化合 物的分离研究成为分析化学界的热点之一，色谱技术成了当今手性化合物分离研 究方法的主体。 1 2 3 手性化合物拆分方法 对映体化合物之间除了对偏振光的偏转方向恰好相反外，其理化性质是完全 相同的，因而难以分离。普通环境中的有机合成，只能产生等量立体