手性农药对映异构体的拆分及在动物组织中的残留分析方法

项目研究意义目的：

以高效液相色谱手性固定相法建立6种手性农药对映异构体的拆分及在动物组织中的残留分析方法，手性农药分别包括两种杀虫剂马拉硫磷和水胺硫磷、两种除草剂乳氟禾草灵和乙氧呋草黄及两种杀菌剂甲霜灵和己唑醇。通过口服和注射两种途径对大鼠和家兔进行手性农药对映体的选择性代谢行为研究。测定排泄物包括尿液和粪便、血样中对映体的含量及相对比值（ER值）随时间的变化情况，最终检测肝脏、心脏、肌肉、脂肪、脑等组织中农药对映体的含量及ER值并确定对映体的选择性代谢及残留行为，代谢产物通过质谱进行确证，探讨代谢机理。研究手性农药对映体在动物体内的选择性代谢行为能更加真实的反映相关农药污染对人类健康的影响，为其污染治理、指导合理用药、制定相关的分析方法及残留限量等标准提供依据，将农药污染等副作用对人类的影响减至最小。

关键词

手性农药；代谢；选择性；动物

（一）立项依据与研究内容（4000-8000字）：

1. 项目的立项依据（研究意义、国内外研究现状及分析，附主要参考文献目录。）

农药是防治病、虫、草、鼠害不可缺少的重要手段，为农业的增收作出巨大贡献，但是由于农药的大量使用，对环境造成了严重的污染，直接或间接地威胁了人类的健康。绝大多数农药是有机化合物，普遍存在着手性现象。在以往的研究中，通常不区分手性农药的对映异构体，正因如此，对农药的风险评估所依据的数据是不完全真实的。

由于立体化学的发展,手性现象已引起了人们的广泛关注，手性是指呈镜像而不重合的关系，如同人的左右手互为镜像但又不能重合。手性化合物中存在两种或以上不同构象的分子，这些分子以镜像关系成对的存在，互称为对映异构体。医药、农药等研究已深入到分子立体异构领域，尤其是在医药方面，主要表现在大量手性药物单一异构体的研究和使用上，很多手性药物对映体的性质已研究的比较清楚。在农药领域相关方面的研究相对滞后，手性农药的各种性质通常是以外消旋体的形式加以研究的，缺乏单一对映体的详细数据。手性农药对映异构具有完全相同的化学和物理性质，但在生物体系中可能存在截然不同的生物活性、毒性、毒理及代谢途径等，如具有一个手性中心的多虫畏、盖草能、敌草胺、甲霜灵等生物活性主要集中于其中的1/2对映体，而另一个对映体几乎无效；通常生产的氯菊酯、速灭杀丁等只有1/4是高效体,其余3个则为低效或无效成分；氯氰菊酯、溴氰菊酯和丙烯菊酯等,仅1/8是高效体,其余的7个异构体则相对低效或几乎无效。在目前通常使用的农药中，约25％具有手性，其中只有少数品种具有光学纯的商品，而且主要集中于菊酯类杀虫剂，绝大部分是以外消旋体的形式销售和使用。投入使用的外消旋体中的低效或无效异构体不仅不能有效地防治作物病虫草害，浪费人力物力，而且污染环境、降低农产品质量，还可能产生毒副作用，引起药害，严重影响了人类的健康。

目前，通常通过直接测定农药对高等动物的毒性、毒理及体内代谢途径等来评价对人类可能造成的影响，在这些研究中农药的手性特征往往被忽略，同时对映体间不同的毒性、毒理及代谢方式因而也被忽略。农药可以在使用过程中直接或残留于农产品、环境介质中间接的进入人体，由于人体内的很多酶、蛋白等都普遍存在着手性，是一个手性环境，因此手性农药对映体进入人体后可能存在着选择性的代谢行为。这种选择性表现在几个方面，一方面，农药外消旋体发生了构型转化，原本为1：1的两种对映异构体，经过代谢作用，某种对映异构体可能占有绝对优势；或者，光学纯异构体可能发生外消旋化或完全转化成另一种对映异构体；另一方面，其中一种优先被代谢成其它代谢产物，另一种则相对稳定而不被代谢或代谢较慢。目前在进行手性农药的毒性毒理评价时，是将含有两种或两种以上对映异构体的外消旋体农药当作一种农药来处理，没有考虑到对映异构体的构型转化或优先代谢的特性，因此使得传统上对手性农药的风险评估是不可靠的，即在进行手性农药的毒性毒理评价时所得的数据是不真实的。这种对映体的代谢及转化行为使得对手性农药的研究变得更为复杂。

研究手性农药对映异构体在动物体内构型转化或优先代谢等行为能够更真实的反映其对人类健康的

影响情况，这种影响有几个方面的可能，第一，在以往认为毒性大、三致作用强、代谢缓慢的手性农药中，部分手性农药的副面作用可能是由非活性的对映体所造成的，而真正起作用或活性更高的异构体的副面影响相对要小的多，如早期使用的DDT及其类似物。针对这种情况通过合成、生产及使用单一异构体会克服以往的缺点。第二，非活性或活性低的对映体优先被代谢或转化，从而降低了副作用，这种可能是人们所希望的，而且若能探知导致这种优先代谢或转化的原因，将对指导手性农药的不对称合成和光学纯手性农药的生产具有非常重要的意义。第三，一种异构体代谢转化为副面作用更强的另一种异构体，这种情况下其风险要比毒理毒性实验测得的结果高的多。但是目前有关手性农药的相关方面的研究还基本是空白，不能反映其对人类潜在的影响，因此进行手性农药在动物体的选择性代谢就显得十分重要。

大量的科学试验表明手性医药在人及动物体内的代谢确实存在着立体选择性，如Omeprazole 在人体内R-体比S-体更容易代谢； Carvedilol 经选择性代谢后在人的血浆中S-体的浓度比-R体高，人体对nisoldipine S体的代谢比R-体快8倍,相关方向的研究非常多。对手性农药在动物体的选择性代谢行为的研究非常少，只是很少数的几篇报道，而且相关的报道主要是有机氯农药在动物体及人体内的选择性的残留情况，Kallenborn R测定挪威河乌蛋中有机氯农药的污染，发现α-六六六的（+）异构体过剩；Ulrich E M研究α-六六六在老鼠中的代谢并发现在脑、血、脂肪等组织中分别具有不同的选择性。Tanabe S曾检测α-六六六在鲸鱼体内对映体的相对含量，发现（+）-/（-）-异构体比值在1.6-2.8之间，随个体不同而不同，原因是代谢能力的差异。Wakabayashi K 研究过从老鼠肝脏中提取的谷光甘肽S转移酶对杀冥硫磷具有立体选择性的去甲基代谢作用而产生S-体的去甲基杀冥硫磷。Skopp S 研究了四种毒杀芬类似物在老鼠中的选择性代谢，在肝脏等组织中发现了选择性的代谢。关于其他手性农药的相关研究基本未见报道。构成动物体的酶、蛋白、氨基酸、多糖等都具有手性，决定了动物体内的手性环境。当手性农药进入动物体内必定会受到酶系等很多生物因子的影响，对映异构体代谢等行为会发生复杂的变化。人们已认识到农药及残留农药的原体、代谢物对人类健康的影响，但由于手性农药的特殊性，其对映体的选择性的转化及代谢行为还是一个人们比较陌生的领域，对映体污染还未引起普遍的关注。研究手性农药在动物体内的选择性代谢行为具有非常重大的意义。

本课题拟选择常用的6种手性农药，马拉硫磷、水胺硫磷、乳氟禾草灵、乙氧呋草黄、甲霜灵和己唑醇，首先基于高效液相色谱手性固定相法建立其对映体的手性拆分方法及在动物组织中的残留分析方法，进行其在动物体内的选择性代谢和残留行为的系统性研究。国际上至今尚未开展手性农药在动物体

内的选择性代谢的系统研究，因此本项目的研究意义在于：（1）开展手性农药选择性转化、代谢、残留

的系统研究工作，填补这一领域的许多研究空白；（2）发展相关农药的手性分离和代谢分析方法；（3）

通过对手性农药在动物体内的选择性的代谢、残留行为研究及机理探讨，对相关手性农药的生产、使用、手性农药法规的制定提出建设性的意见；（4）为相关手性农药的风险评估和污染治理提供依据，指导合

理用药，减少污染，降低对人类健康的影响。

主要参考文献

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5 R.Kallenborn, S.Planting, J. E.Haugen, Chemosphere. 1998, 37: 2489-2499

6 S. Skopp, M. Oehme, H. Drenth, Chemsphere, 2002, 46: 7, 1083-1090

7 E. M. Ulrich, K. L. Willett, G. A. Caperell, et al.Environmental Scidence and Technology, 2001, 35: 8, 1604-1609,