手性農(nóng)藥的對映體拆分及選擇性環(huán)境行為研究進展

王青　黃錚　徐美蓉　寇向龍　李曉蓉　李婷

摘要：手性農(nóng)藥進入環(huán)境后其對映體的環(huán)境行為表現(xiàn)出差異性，研究手性農(nóng)藥的對映體結(jié)構(gòu)及選擇性環(huán)境行為對發(fā)展高效低風(fēng)險農(nóng)藥具有重要意義。對國內(nèi)近10 年來結(jié)晶拆分法、酶拆分法、液液萃取拆分法、化學(xué)拆分法、色譜拆分法等方法在手性農(nóng)藥對映體拆分中的應(yīng)用，以及手性農(nóng)藥在水體、土壤、動植物體等手性環(huán)境中的選擇性環(huán)境行為研究進展進行了綜述，并對其趨勢進行了展望。

關(guān)鍵詞：手性農(nóng)藥;對映體拆分;選擇性環(huán)境行為;展望

中圖分類號：S482? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? ?文章編號：1001-1463（2020）01-0067-04

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2020.01.016

Review of Chiral Separation and Environmental Behavior of Chiral Pesticides

WANG Qing 1， 2， HUANG Zheng 1， 2， XU Meirong 1， 2， KOU Xianglong 1， 2， LI Xiaorong 1， 2， LI Ting 1， 2

（1. Institute of Animal Husbandry，Pasture and Green Agriculture， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China; 2. Institute of Agricultural Quality Standards and Testing Technology， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract：Chiral pesticides exhibit different environmental behaviors when they enter the environment. It is important to study the enantiomeric structure and enantioselective environmental behavior of chiral pesticides for the development of efficient and low-risk pesticides. The paper reviewed the application of crystallization separation， enzyme split method， the liquid-liquid extraction separation method， chemical separation， chromatographic separation methods in enantiomeric resolution of chiral pesticides in recent 10 years， as well as the research progress of the enantioselective environmental behavior of chiral environment in water， soil， animals and plants， and its research trend was prospected.

Key words：Chiral Pesticides;Chiral Separation;Enantioselective Environmental Behavior;Prospects

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，噴施農(nóng)藥可有效防治病蟲草害的發(fā)生，但長期、大量使用農(nóng)藥，不僅會帶來農(nóng)產(chǎn)品中的農(nóng)藥殘留，還會造成土壤板結(jié)、病菌與害蟲對農(nóng)藥的抗藥性增強以及生態(tài)環(huán)境污染[1 ]，嚴重威脅人體健康，因此使用高效低風(fēng)險農(nóng)藥至關(guān)重要。

手性分子之間呈鏡像對稱但不能完全重合，二者互為對映體，組成的混合物稱為外消旋體。目前，常用的農(nóng)藥中至少有40%具有手性結(jié)構(gòu)，大部分以外消旋體形式出售使用[2 ]，導(dǎo)致在農(nóng)產(chǎn)品和環(huán)境中存在手性農(nóng)藥外消旋體殘留。生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)、核酸、糖類物質(zhì)、激素、酶系等大部分具有手性，可以使進入生物體內(nèi)的手性農(nóng)藥在化學(xué)行為、生物效應(yīng)、毒性效應(yīng)等方面存在顯著的選擇性差異。使用手性農(nóng)藥的單一異構(gòu)體可以達到提高藥效、減少使用劑量、降低農(nóng)藥對非靶標生物潛在毒性的目的[3 ]。隨著手性分離分析技術(shù)的發(fā)展及對手性農(nóng)藥研究的日益深入，手性農(nóng)藥已成為發(fā)展高效低風(fēng)險農(nóng)藥的一個重要突破口。手性農(nóng)藥進入環(huán)境后其對映體的環(huán)境行為表現(xiàn)出差異性，研究手性農(nóng)藥的對映體結(jié)構(gòu)及選擇性環(huán)境行為對發(fā)展高效低風(fēng)險農(nóng)藥具有重要意義。我們在對國內(nèi)近10年來關(guān)于手性農(nóng)藥對映體拆分及其選擇性環(huán)境行為的文獻檢索的基礎(chǔ)上，從手性農(nóng)藥對映體拆分方法以及在水體、土壤、動植物體等手性環(huán)境中的選擇性環(huán)境行為進行歸納、綜述并進行了展望，以期為開展手性農(nóng)藥的深入研究提供借鑒。

1? ?手性農(nóng)藥的對映體拆分方法

對比化學(xué)合成單一手型農(nóng)藥的方法，手性農(nóng)藥的外消旋體拆分法具有低成本、低能耗的優(yōu)勢，在獲取單一手性農(nóng)藥異構(gòu)體上得到廣泛的重視和應(yīng)用。目前，常用的手性農(nóng)藥拆分方法包括結(jié)晶拆分法、酶拆分法、液液萃取拆分法、化學(xué)拆分法、色譜拆分法等。

1.1? ?結(jié)晶拆分法

結(jié)晶拆分法是獲得純光學(xué)異構(gòu)體的經(jīng)典方法，是在飽和的外消旋體溶液中加入拆分劑，使得其中一種對映體結(jié)晶析出，以實現(xiàn)手性拆分的方法[4 ]。近10年來國內(nèi)尚無采用結(jié)晶拆分法分離手性農(nóng)藥對映體的相關(guān)報道。

1.2? ?酶拆分法

酶拆分法是利用酶或微生物的手性活性結(jié)構(gòu)域，能夠選擇性的催化外消旋底物中某一對映體進行反應(yīng)，再分離未反應(yīng)對映以體實現(xiàn)拆分。具有操作簡便、選擇性強、產(chǎn)物易提純等特點[5 ]。近年來，采用酶拆分法已成功制備多種手性藥物在手性農(nóng)藥領(lǐng)域也有所應(yīng)用。駱晨濤[6 ]采用脂肪酶Novozym 435為反應(yīng)用酶，經(jīng)過一系列中間反應(yīng)最終制得手性高效除草劑（S）-唑嘧氯草胺1.44 g，純度為94.5 %，旋光度為-0.025。

1.3? ?液液萃取拆分法

液液萃取拆分法是在待拆分的外消旋體中加入手性選擇劑，通過與對映體分子的相互作用，使兩種對映體的理化性質(zhì)形成差異，從而實現(xiàn)分離。該方法具有操作簡便、易于工業(yè)化等特點，已廣泛得到研究者的關(guān)注[7 ]。易健民[8 ]采用疏水性D/L-酒石酸酯和水溶性β-環(huán)糊精衍生物對反式第一菊酸、順式二氯菊酸、反式二氯菊酸、三氟氯菊酸、氰戊菊酸對映體成功地進行了手性識別萃取拆分。

1.4? ?化學(xué)拆分法

化學(xué)拆分法一般包括形成非對應(yīng)異構(gòu)體拆分法和動力學(xué)拆分法。前者即外消旋體中的一種對映體通過化學(xué)反應(yīng)形成非對映體被分離出后，再進行反應(yīng)還原得到原來的手性對映體;后者是利用對映體間與手性試劑反應(yīng)速率的差異，當一種對映體完成反應(yīng)而另一種對映體尚未反應(yīng)時，通過分離反應(yīng)產(chǎn)物和底物實現(xiàn)對映體拆分[9 ]。近10年來，國內(nèi)采用化學(xué)拆分法分離手性農(nóng)藥對映體的報道很少。

1.5? ?色譜拆分法

色譜拆分法是手性化合物拆分中廣泛應(yīng)用的方法，也是唯一能夠測定復(fù)雜基質(zhì)中手性對映體純度的方法[9 ]。陳巧梅等[10 ]采用C18修飾420 nm亞微米單分散二氧化硅微球裝填成毛細管色譜柱，通過加壓毛細管電色譜同時拆分了烯效唑、烯唑醇和丙環(huán)唑等3對手性三唑類農(nóng)藥。廖玉芹等[11 ]采用自制的鄰苯二甲酰亞胺-β-環(huán)糊精手性固定相 （PCDP） ，通過液相色譜拆分了滅菌唑的對映體，分離度為3.81。馮碩立等[12 ]采用超臨界流體色譜，在Chiralpak IB纖維素衍生物鍵合型手性固定相上對三唑酮、己唑醇、戊唑醇、烯效唑、腈菌唑以及惡醚唑等6種三唑類殺菌劑進行了手性拆分。

2? ?手性農(nóng)藥對映體選擇性環(huán)境行為

手性農(nóng)藥進入環(huán)境后，其分布、轉(zhuǎn)化、降解、累積、毒性等環(huán)境行為在手性因子的作用下往往表現(xiàn)出選擇性差異。目前，手性農(nóng)藥對映體的選擇性環(huán)境行為研究主要集中在水體、土壤、植物、動物體內(nèi)的選擇性降解和富集方面。

2.1? ?手性農(nóng)藥在水體中的選擇性環(huán)境行為

農(nóng)藥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水以及農(nóng)藥施用后降水的淋溶，是水體中農(nóng)藥的主要來源。進入水體的手性農(nóng)藥在不同的水體環(huán)境下，受微生物作用，存在選擇性降解行為。瞿涵[13 ]通過模擬水生態(tài)系統(tǒng)模型發(fā)現(xiàn)，R-氟蟲腈降解較快且更易轉(zhuǎn)化為對映體，因此氟蟲腈在水體中的富集主要為S-氟蟲腈。

2.2? ?手性農(nóng)藥在土壤中的選擇性環(huán)境行為

手性農(nóng)藥在土壤中的選擇性富集與降解行為決定于手性農(nóng)藥的結(jié)構(gòu)和土壤中的環(huán)境組成。劉通[14 ]發(fā)現(xiàn)，R-呋蟲胺和S-呋蟲胺在未滅菌土壤中降解速率更快。謝海燕[15 ]通過實驗發(fā)現(xiàn)，Peak1-吡噻菌胺在土壤中的降解速率受土壤pH的影響顯著，在酸性土壤中降解較快。

2.3? ?手性農(nóng)藥在植物體中的選擇性環(huán)境行為

植物體內(nèi)的酶、糖類物質(zhì)等具有手性，手性農(nóng)藥進入植物體內(nèi)后，在不同的手性環(huán)境中，其對映體的選擇性行為表現(xiàn)出差異性。楊雪葳[16 ]報道，（±）-B-啶菌噁唑在甘藍中進行了選擇性降解，對映體 （+）-B-啶菌噁唑的選擇性降解程度較強，而在小青菜和辣椒中 （±）-B-啶菌噁唑的降解未發(fā)生選擇性行為。田明明[17 ]通過實驗發(fā)現(xiàn)，R-丁蟲腈在菠菜和黃瓜中降解半衰期不同，在黃瓜中降解較快，造成S-丁蟲腈富集更多。

2.4? ?手性農(nóng)藥在動物體中的選擇性環(huán)境行為

蛋白質(zhì)、脂肪等分子同樣具有手性結(jié)構(gòu)，因此動物體內(nèi)存在手性環(huán)境，其對手性農(nóng)藥降解和富集的影響與植物體內(nèi)相似。劉娜[18 ]探索了戊唑醇、烯效唑和氟環(huán)唑在斑馬魚體內(nèi)的選擇性行為，結(jié)果：在斑馬魚體內(nèi)（-）-R-戊唑醇、（+）-S-烯效唑、（+）-氟環(huán)唑優(yōu)先富集，（+）-S-戊唑醇、（-）-R-烯效唑、（-）-氟環(huán)唑優(yōu)先降解，并且降解速率均較快。黃竻丹[19 ]的研究表明，蝌蚪對某些手性農(nóng)藥的富集代謝具有立體選擇性，對于三唑醇優(yōu)先富集1R， 2S-三唑醇，對于氟蟲腈則優(yōu)先富集R-（-）-氟蟲腈，蝌蚪體內(nèi)毒性更高的對映體累積導(dǎo)致的高殘留可能帶來潛在的慢性毒害效應(yīng)。

3? ?展望

當前對于手性農(nóng)藥的研究主要集中在對映體拆分、立體選擇性環(huán)境行為，其中對映體拆分中應(yīng)用最廣泛的是色譜法，而立體選擇性環(huán)境行為研究多集中在降解、富集、毒性等方面。隨著手性農(nóng)藥研究的深入，實現(xiàn)復(fù)雜基質(zhì)中多種手性農(nóng)藥的多殘留分離分析、對映體結(jié)構(gòu)對其立體選擇性差異的影響，以及對非靶標生物的毒性效應(yīng)將成為手性農(nóng)藥研究的重要方向。

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（本文責編：鄭立龍）

收稿日期：2019 - 09 - 16

基金項目：甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院中青年基金項目（2016GAAS56）。

作者簡介：王? ?青（1988 — ），女，甘肅蘭州人，助理研究員，碩士，主要從事農(nóng)獸藥殘留檢測研究工作。聯(lián)系電話：（0）13909428129。Email：wqing8129@163.com。

通信作者：黃? ?錚（1981 — ），男，甘肅蘭州人，副研究員，碩士，主要從事農(nóng)產(chǎn)品營養(yǎng)功能及農(nóng)獸藥殘留檢測研究工作。聯(lián)系電話：（0931）7616610。Email：huangz4321@126.com。