手性有機(jī)磷農(nóng)藥的穩(wěn)定性及立體選擇性生物行為研究.pdf

1、我國對(duì)5種高毒有機(jī)磷農(nóng)藥(organophosphorus pesticides，OPs)的全面禁用將導(dǎo)致國內(nèi)在農(nóng)藥使用上的巨大空缺，因此急需開發(fā)和生產(chǎn)既經(jīng)濟(jì)有效，又環(huán)境友好的可替代品。OPs在結(jié)構(gòu)上有兩個(gè)特點(diǎn)：第一，容易因親核試劑或其他因素而發(fā)生變化，保存難度高；第二，有40％都是手性的，而手性O(shè)Ps的不同旋光異構(gòu)體的藥效、毒性、神經(jīng)系統(tǒng)干擾和環(huán)境歸趨等均有可能不同。因此，在新OPs的開發(fā)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，穩(wěn)定性和手征性問題引起了廣泛

2、的關(guān)注，是農(nóng)藥化學(xué)和環(huán)境科學(xué)研究的共同熱點(diǎn)，已成為一個(gè)世界性的研究課題。 本文以兩種我國目前推薦使用的高毒農(nóng)藥的替代品——氯胺磷( CP)和蔬果磷為研究對(duì)象做了以下幾個(gè)方面的研究： (1)對(duì)CP唯一的商品化制劑——30％氯胺磷乳油(CP EC)的常溫貯存過程進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)其不穩(wěn)定性并解釋相關(guān)機(jī)制。結(jié)果表明，氯胺磷乳油的不穩(wěn)定性與其助溶劑甲醇有關(guān)，引發(fā)兩個(gè)后果：一方面，大部分CP與甲醇通過親核加成生成一個(gè)新的有機(jī)磷化合物—

3、—甲基氯胺磷( MCP)，此化合物后被證實(shí)穩(wěn)定且高效；另一方面，CP分解生成甲胺磷致使制劑的毒性增加。由此，30％氯胺磷乳油的應(yīng)用受到很大的限制，我們提出兩條解決思路：第一是從外因出發(fā)，開發(fā)氯胺磷新劑型，使其避免過于極性的環(huán)境；第二是從內(nèi)因出發(fā)，以甲基氯胺磷替代氯胺磷。 (2)鑒于環(huán)糊精在改善農(nóng)藥穩(wěn)定性中的應(yīng)用，本人制備、表征了CP/β-環(huán)糊精的包合物，并分別從環(huán)糊精對(duì)CP的穩(wěn)定性和毒性效應(yīng)的影響來論證此包合物作為CP新劑型活性

4、成分的開發(fā)前景。結(jié)果表明，簡單的固相研磨法可制得環(huán)糊精與CP的包合物，當(dāng)CP包結(jié)于β-CD后，其熱穩(wěn)定性提高3.6倍，同時(shí)環(huán)糊精的包合對(duì)CP的活性和毒性均未產(chǎn)生明顯影響。由此我們認(rèn)為，與環(huán)糊精包合可能是開發(fā)氯胺磷新劑型的一條較好的途徑，具有一定的應(yīng)用前景。 (3)旋光純異構(gòu)體的分離和制備是研究手性農(nóng)藥立體特異性構(gòu)效關(guān)系和環(huán)境行為的首要前提和基本保障。本文借助多糖類商品化手性柱在HPLC上拆分并制備CP、MCP和蔬果磷的旋光異構(gòu)體

5、標(biāo)樣。結(jié)果表明，CP和MCP的四個(gè)立體異構(gòu)體在Chiralpak AD柱上均得到基線分離，結(jié)合前人的研究我們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)Chiralpak AD柱對(duì)含碳、磷兩個(gè)不對(duì)稱中心的OPs的手性拆分具有普遍的適用性。多糖類手性固定相對(duì)蔬果磷的手性識(shí)別能力很強(qiáng)，Chiralpak AD、Chiralcel OD和Chiralcel OJ三根手性柱均能有效分離蔬果磷的兩個(gè)對(duì)映體，其中Chiralpak AD的分離效果最好，分離度為4.14。由上，本文采

6、用Chiralpak AD柱制備以上三種有機(jī)磷化合物的單一旋光異構(gòu)體，得到的旋光異構(gòu)體標(biāo)樣的純度均>98％，可用于生物學(xué)實(shí)驗(yàn)。 (4)在得到旋光純異構(gòu)體標(biāo)樣的基礎(chǔ)上，我們進(jìn)一步研究了以上三種有機(jī)磷化合物在不同毒性效應(yīng)上的立體選擇性。 ①實(shí)驗(yàn)首先測定了CP外消旋體，各立體異構(gòu)體(峰1～峰4)及等摩爾對(duì)映體混合物(pair1和pair2)的體外乙酰膽堿酯酶(AChE)抑制活性及體內(nèi)大型蚤毒性，均發(fā)現(xiàn)了明顯的立體選擇性。其中，

7、異構(gòu)間對(duì)AChE的抑制活性大小為峰4>峰3>峰2>峰1，差異在1.1～18.1倍之間，對(duì)大型蚤的毒性大小為峰4>峰3>峰2>峰1，差異在1.1～21.4之間。進(jìn)一步的酶抑制動(dòng)力學(xué)研究表明不同異構(gòu)體對(duì)AChE的空間取向和磷?；阅芫幌嗤?②對(duì)MCP毒性的立體特異性研究開始關(guān)注農(nóng)藥對(duì)人體健康的影響，通過在體外模式下對(duì)人成神經(jīng)細(xì)胞瘤SH-SY5Y的AChE和軸突生長的抑制的測定，分別評(píng)價(jià)了MCP對(duì)人體的急性和遲發(fā)性神經(jīng)毒性的立體選

8、擇性。研究進(jìn)一步結(jié)合MCP在藥效上的立體選擇性探討外消旋MCP及其手性富集產(chǎn)品作為農(nóng)藥的可能性和價(jià)值。結(jié)果表明，外消旋MCP穩(wěn)定、高效、急性毒性低，但有可能引發(fā)遲發(fā)性的神經(jīng)中毒，因此作為農(nóng)藥使用有一定的限制。MCP各旋光異構(gòu)體的急性毒性都很低，無明顯差異，但在殺蟲活性和遲發(fā)性神經(jīng)毒性上則具有很明顯的立體選擇性。峰1、峰2、峰3、峰4的殺蟲活性分別為其外消旋體的3.1、0.6、0.5和1.0倍，相應(yīng)的遲發(fā)性神經(jīng)毒性分別為其外消旋的<0.7

9、、0.7、42.9和9.5倍。由此我們得出，在MCP的四個(gè)立體異構(gòu)體中，峰1是其外消旋體的最佳替代品。若以峰1替代外消旋MCP，農(nóng)藥用量節(jié)省2/3，同時(shí)人體遭受遲發(fā)性神經(jīng)中毒的風(fēng)險(xiǎn)將下降。此外，峰1和峰3的等摩爾混合物pair1的殺蟲活性、急性毒性以及遲發(fā)性神經(jīng)毒性均與峰1相當(dāng)，從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上考慮，pair1的開發(fā)價(jià)值大，應(yīng)用前景佳，是CP的優(yōu)良替代品。 ③蔬果磷及其制劑的穩(wěn)定性已有不少研究，因此我們僅關(guān)注其生物行為對(duì)映體選擇性

10、。本文評(píng)價(jià)了蔬果磷在體外AChE、丁酰膽堿酯酶(BChE)抑制，體內(nèi)大型蚤毒性及細(xì)胞模式下對(duì)人體急、慢性神經(jīng)毒性的對(duì)映體選擇性。結(jié)果表明，蔬果磷的體外AChE抑制活性和遲發(fā)性神經(jīng)毒性很低，但對(duì)體外BChE、細(xì)胞AChE的抑制活性以及對(duì)大型蚤的毒性則較高，且具有明顯的對(duì)映體選擇性。但總體來講，蔬果磷在多種毒性作用上的對(duì)映體選擇性均不強(qiáng)烈，最大差異也小于5倍，目前無手性轉(zhuǎn)化的必要。另外，蔬果磷的兩個(gè)對(duì)映體在多種毒性作用上都表現(xiàn)出明顯的拮抗效

11、應(yīng)，因此由外消旋體得到的毒性數(shù)據(jù)可能會(huì)造成對(duì)其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的低估，而且，隨著蔬果磷在環(huán)境中的對(duì)映體選擇性降解，其對(duì)環(huán)境的毒性將會(huì)增加。 綜合以上，本論文有兩個(gè)方面的主要成果：一方面，我們對(duì)氯胺磷制劑的貯存不穩(wěn)定性給出了一個(gè)可靠而合理的解釋，提出解決問題的思路并從內(nèi)外因上分別給予具體嘗試，為氯胺磷今后的使用提供了有效參考。另一方面，通過對(duì)氯胺磷、甲基氯胺磷和蔬果磷三個(gè)有機(jī)磷化合物的手性層面的研究，并結(jié)合其它研究者的工作，我們得到對(duì)于手