14章2-手性化合物的环境毒理学

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手性化合物实例介绍

3.3 两种对映体的生理活性不同 天然的(-)-尼古丁毒性比(+)-尼古丁 大得多。在60年代曾流行一时的孕妇服用的反 应停的对映体混合物,发现会对胎儿造成肢体 先天性治残,可能是其中一种对映体有治疗作 用,而另一种对映体有害。这样,有一种对映 体有益,另一种对映体无用,甚至于有害处就 值得我们关注。

因此,对化学品的迁移、转化和归趋研究及风 险评价中,越来越需要考虑手性因素的影响。
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三 手性化合物实例介绍
(S)- 天冬酰胺,味甜
(S)- 香芹酮,芫荽香味
(S)- 苎烯,柠檬香味
3.1 两种对映 体之间有 不同的 气味或 味道
(R)- 天冬酰胺,味苦
(R)- 香芹酮,留兰香味
2
Miyazaki 等测试 了大米中丙虫磷 杀虫剂的代谢产 物丙虫磷亚砜的 ER 值为73/27
3
李朝阳等研究了 稻丰散在三种土 壤中的降解,在 华北土壤中降解 较快,对映体选 择性也更明显.
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5.3 有机磷和拟除虫菊酯
菊酯往往存在多个异构体,但其杀虫 活性却只存在于一个或几个异构体上。 由于异构体数目较多,菊酯的手性分 离相对困难,进行对映体选择性的研 究难度也相对较大。以前的工作多集 中在顺反几何异构体的比较,如在老 鼠、奶牛等动物和棉花、大豆等植物 体内以及土壤中的消解等,研究结果 大多显示反式体的消解速度快于顺式。
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手性化合物实例介绍
类似的还有一种更奇特的性信息素——日 本丽金龟性信息素,当(R,Z)-信息素
仅掺杂2%的对映体,混合物的活性只有光
学纯信息素的1/3。这种信息素只要含有少
到0.5%的(S,Z)-对映体,对雄性昆虫
的吸引就会下降。
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手性化合物实例介绍
还有一种名为 olean的昆虫信 息素,其中一种对映体能吸引雄 性果蝇,另一种对映体则只能吸 引雌性果蝇。 对于这些昆虫的信息活性物 质对映体的使用,可以在农业和 林业上诱捕有害虫。
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5.3 有机磷和拟除虫菊酯
有机磷和拟除虫菊酯是目 前最主要的杀虫剂品种, 有机磷农药通常含一个手 性中心,并有磷手性和碳 手性之分。相关有机磷农 药的研究多集中在代谢过 程中ER 值的测定上。
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5.3 有机磷和拟除虫菊酯
1
Wang 等人用液 相色谱分离了苯 线磷fenamiphos 的对映体,土壤 降解实验表明活 性高的(+)fenamophos优先 降解
Garrison等对 DCPP在德国 Scheyern附近 的一个农场进 行了土壤降解 实验,S体也 被优先降解
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Ludwig等进 行了海水中 DCPP的培养 实验,发现只 有R体被降解, S对映体的浓 度几乎不变
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5.2 芳氧基羧酸和酰胺

甲霜灵是研究最多的酰胺类农药,土壤降解实 验表明活性高的R体优先降解,甲霜灵酸是主 要的降解产物,且在降解过程中手性保持,因 此最终的农药残留是S体的甲霜灵 酸。
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手性化合物的来源
对外消旋体化合物进行拆分研究,目
前主要有机械拆分法、晶体接种拆分法、 生物拆分法、化学拆分法以及色谱拆分法。 色谱分离法由于其非常优秀的分辨
能力,使其是目前应用最广的手性拆分方
法,尤其在分离分析和纯度检测方面。
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手性化合物的来源
手性化合物的气相色谱拆分
1966年Gil - Av 等首次报道了用N-三氟乙酰基 - D-异亮氨酸月桂醇酯作为手性固定相分离氨基酸 对映异构体。气相色谱手性固定相的发展过程经历 了由作用力简单、单一手性中心的氢键型手性固定 相向具有多种作用力、多手性中心的复杂型手性固 定相的发展过程,已有大量的商品气相色谱手性柱 出售。
适的手性试剂,经过一定的分离条件优化即
能实现手性分离,是一种简便实用的方法。
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五 手性化合物的毒理学研究及应用 前景
目前使用的农药中有25%是手性的,手性农药 的生物活性存在对映体差异性,其活性往往只存 在于一个或少数几个对映体中,即一个手性化合 物的不同对映体具有不同的毒性。只有在对映体 水平上研究手性农药的环境行为,考察手性农药 的归趋和生态效应,才能更准确的评估其生态风 险性以及对人类健康的影响,对手性农药的合理 使用也有较好的指导作用。
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5.4 手性农药对映体稳定性的研究
在某些环境条件下,一些手性农药是
Part 1
构型不稳定的,可能发生不容忽视的 对映体间的相互转化 既有的研究表明手性农药的稳定性也 是与具体实验条件密切相关的 然而在另外一些例子中,手性农药的
Part 2
Part 3
对映体是不稳定的,有明显的对映体
(R)- 苎烯,桔子香味
在食品工业中,选择调味品时,就应关注不同对映体的 手性,选择不同手性的对映体,保障食品的品质和口味。
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手性化合物实例介绍

3.2 两种对映体的不同信息活性
舞毒蛾的性引诱素 disparlure是舞毒蛾 的性信息素,其中一种对映体在极低浓度下 就能对舞毒蛾起到性吸引的作用,而另一对 映体即使在极高浓度下也没有性吸引的活性 作用。
有研究者又有 对水体的研究 表明,波罗的 海海水中αHCH 的ER 值 为0.85,证实了 该水体中微生 物优先降解(+)α-HCH。
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5.1 手性有机氯农药的对映体选择性环境行为
通过以上三个试验充分说明了手性污染
物α-六六六(α-HCH)在环境中的对映体选
择性降解。
除了α-HCH,其他手性有机氯农药主要包
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四 手性化合物的来源
1
天然来源 不对称合成
2
3
外消旋体拆分
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手性化合物的来源

由天然来源获得手性化合物,原料丰富、价廉
易得,生产过程简单,产品的纯度一般都较高, 因此很多量大的产品都是从天然物中获得。 在药物工业中由于对手性药物的要求不断增加, 其大大激发了不对称有机合成的发展,使一些 生物技术、生物催化剂也迅速扩展到该领域产 生纯的手性中间体和手性产品。
括DDT、多氯联苯 (PCB)、氯丹、毒杀芬、
溴烯杀等,均有对映体选择性行为的报道。
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5.2 芳氧基羧酸和酰胺
试验1 试验2 试验3
Desiderio等以万古 霉素为手性试剂, 采用电泳技术成功 分离了多种芳氧基 羧酸类农药,并对 盖草能进行了土壤 降解实验,结果表 明S体的降解速度大 大快于R体
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手性化合物实例介绍
在医疗医药的使用中,需要把握对映体对人体 生理的影响,特别当有些工业合成的对映体混合 物作为食品增加剂时,更加要关注手性物质对人 体生理的影响,不能造成对人体的永久性致残损 伤。 另外,对于酶的专一性也是与“手性”密切 相关的,构成生物的二十余种氨基酸(除甘氨酸 外)均为“手性分子”,这些分子就构成特定空 间结构的蛋白质——酶,对生物体内的生化反应就 会有特定的专一性。
一 概念介绍

如人的左右手:结构相同,大姆至小指的
次序也相同,但顺序不同,左手是由左向
右,右手则是由右向左,所以叫做“手
性”。
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一 概念介绍
比如以下 两种化合物
分子量、 分子结构 相同,但 左右排列 相反,如 实物与其 镜中的映 体
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二 研究意义

自然界里有很多手性化合物,手性是自然
界中最重要的属性之一,分子手性识别在
生命活动中起着极为重要的作用。

因其所具有的特殊性质和非凡功能,不仅 在药物中,而且在农药、香料、食品添加 剂和昆虫信息素等领域均获得了广泛的应 用。
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二 研究意义


分子手性的重要性在生命科学中已被广泛 认识. 现在使用的杀虫剂中大约有25% 是手 性的, 并且这个比率呈渐增趋势 。 手性污染物主要以外消旋的形式来管理或 使用, 但是, 对映体在生物学系统内的相互 作用通常是由对映体选择的, 并且可能表现 为性质完全不同的化合物.
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手性化合物的来源

手性化合物的高效毛细管电泳拆分
在毛细管电泳中,手性拆分不是基于
电泳分离的原理。手性化合物的拆分绝大
多数是采用构建手性分离的环境的方法, 让对映异构体与手性选择剂作用,它所依 靠的是一种色谱的原理。
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手性化合物的来源
手性环境可以通过3种方法来构建,即使 用手性添加剂、使用手性填充毛细管或使用 手性涂层毛细管柱。其中手性填充或手性涂 层毛细管需要特别的制作技术,推广有一定 难度。添加剂法只需向电泳缓冲液中加入合
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手性化合物的来源
现气相色谱使用的手性固定相主要有3 类:
(1)氢键型手性固定相
(2)形成包合物的手性固定相
(3)金属配体作用手性固定相
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手性化合物的来源

手性化合物的液相色谱拆分 手性化合物的直接液相色谱拆分,最早 是用天然物质做色谱柱填料,50年代初已有 人用这种方法部分拆分个别的外消旋体,如 用粉状羊毛做吸附剂、水做洗脱剂拆分DL苦杏仁酸,D - ( - )苦杏仁酸先被洗脱。
ER值
α-HCH 的对映体浓度比值(enantiomeric ratio),称为ER值。
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5.1 手性有机氯农药的对映体选择性 环境行为
实例试验
在北极的 Amituk 湖淡 水中也发现存 在α-HCH 对 映体的选择性 降解,ER 值 为0.77。
Mü 等测定出 ller 一家曾生产HCH 的工厂附近的土 壤中α-HCH的 ER值为1.0999, (–)–α-HCH优先 降解。
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手性化合物的毒理学研究及应用前景
毒理学研究
有机氯
芳氧基 羧酸
拟除虫 菊酯
手性农药
酰胺
有机磷
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5.1 手性有机氯农药的对映体选择性环 境行为

α-六六六(α-HCH)是研究最多的有机氯品 种,α-HCH有一对对映体,标记为(+)-αHCH和(-)-α-HCH。
5.5 手性污染物的对映体富集
(1)手性污染物的对映体选择性吸收 离子通道受体是一种膜受体, 它们的分子结 构相近, 具有特异药物结合位点. 由内源性配体控 制的称为配体门控制离子通道; 由跨膜电位改变 控制的称为电压门控离子通道. 离子通道对离子 具有精确的选择性或完全没有区别. 因此, 常把通 道看作是选择性滤孔. 滤孔上几个氨基酸的改变 就足以改变通道的立体选择性 . 另外, 磷脂双分子膜也具有手性选择性吸收 . 细胞对许多手性物质的选择性吸收主要是由于磷 脂膜的手性选择性, 这是因为脂质双分子膜对手 性污染物有不同的透过率.
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二 研究意义

在非手性的环境中,手性化合物的对映体
有相同的物理和化学特性,但是它们在生
物体系中则表现出不同的生理、生化与毒
理性质。在生物体内,对映体之间的比例、
新陈代谢和排泄、毒性往往是不同的,有
时会表现出完全相反的活性。
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二 研究意义
例如:德国一家制药公司在20世纪50年代开发
的一种治疗孕妇早期不适应的药物- 反应停, 药效很好,但很快发现服用了反应停的孕妇生 出的婴儿很多是四肢残缺。后来发现反应停中 有一种构型有致畸作用,而另一种没有。
又如L-多巴1是治疗帕金森的良药,但它的
对映体却有严重的毒性作用。
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二 研究意义

有资料统计,世界上最畅销的100种药物中有 近50种为避免不利副作用而采用单对映体成分。 美国食品与药品管理局(FDA)明确规定,无 论药品以何种化学形式存在,都要求获得关于 对映体毒理学体内试验的详细数据。
或异构体转化现象发生
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5.4 手性农药对映体稳定性的研究

除了微生物过程,某些化学过程也可能引起 手性农药的手性转化,如Mü ller等对酰胺的 研究表明酰胺存在轴手性和碳手性两种手性 中心,而轴手性由于互变能较低,在温度较 高时会发生对映体的转化,产生外消旋化.
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手性化合物的环境 毒理学研究
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概念介绍
研究意义
手性化合物实例介绍
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手性化合物的来源
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手性化合物的毒理学研究及应用前景
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结语
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一 概念介绍

手性是指因碳原子连接的4个原子或基 团在空间排布上可以以两种形式形成不
同结构的对映体,互成镜像,彼此对称
而不重合。
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