阿昔洛韦与喷昔洛韦的间接光化学降解机理及产物毒性风险研

1、阿昔洛韦和喷昔洛韦的间接光化学降解机理及产物毒性风险研究（文章标题格式：三号宋体加粗、单倍行距、左对齐）（除文章标题外，其他部分全部为五号宋体、单倍行距，一些细节之处见文中标注）安继斌1,3，李桂英1，安太成1,*，聂湘平2（作者姓名和单位，均为左对齐；通讯作者用*号标注，共同通讯作者用#号标注，作者姓名用中文逗号相隔）1. 中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室，广州 5106402. 暨南大学水生生物研究所，广州 5106323. 中国科学院大学，北京 100049关键词（加粗）：阿昔洛韦；喷昔洛韦；光化学；活性氧物种；毒性评价（关键词左对齐；3-5个关键词，以中文分号相隔

2、）（与正文间空一行）（正文为两端对齐）阿昔洛韦和喷昔洛韦是治疗疱疹病毒的一类药物，在污水处理厂中检测到的浓度一般在ng·L-1的数量级1。然而关于这两种抗病毒药物在环境水体中的迁移转化和归趋方面的研究目前还比较少见2。因此，正确了解这类抗病毒药物在水环境中光化学转化机制与归趋及其生态毒性效应非常重要。本研究以富里酸为溶解有机质代表，选择这两种抗病毒药物及其三种分子子结构化合物，研究了其间接光化学转化动力学，然后采用同位素溶剂实验和活性物种淬灭实验详细研究了其间接光化学转化机理，并结合现代分析测试手段对其降解产物进行了鉴定。最后，对其降解过程的急性毒性变化特征进行了研究。阿昔洛韦和喷昔

3、洛韦在模拟太阳光下的不能发生直接光化学降解，而随反应体系中富里酸的浓度从10增加到40 mg·L-1时，它们的降解速率逐渐在增加，这可能是因为随体系中溶解有机质浓度的增加，产生了更多的活性氧物种参与反应。在富里酸存在下，1O2、OH、O2-和激发态富里酸均可能是它们间接光化学降解过程中的活性物种。因此，通过一系列活性物种淬灭实验来研究了阿昔洛韦和喷昔洛韦间接光化学降解的主要途径。首先人为添加O2-和H2O2到阿昔洛韦和喷昔洛韦间接光化学降解体系中，结果发现：这两个活性物种与阿昔洛韦和喷昔洛韦之间没有反应。此外，采用向反应体系中加入异丙醇来淬灭OH，加入叠氮化钠来淬灭1O2，而同时加入

4、异丙醇和叠氮化钠来淬灭体系中OH和1O2。发现当加入叠氮化钠来淬灭1O2，阿昔洛韦和喷昔洛韦间接光化学降解速率有很大变化，表明1O2在它们间接光化学降解过程中起着主要作用。而加入异丙醇来淬灭OH时，阿昔洛韦和喷昔洛韦间接光化学降解速率变化很小，说明OH对它们的光化学降解贡献很小。而当反应体系中同时加入异丙醇和叠氮化钠时，反应速率进一步降低，但此时阿昔洛韦还有一定的降解，这表明激发态的富里酸可能对阿昔洛韦的降解也有一定的作用。同时通过测定阿昔洛韦和喷昔洛韦降解体系中的活性物种浓度及目标污染物与活性物种的双分子反应速率常数，对淬灭实验所得到的活性物种贡献研究的结果有了交互的应证（活性物种贡献由式（

5、1）（2）（3）来计算）。由这些双分子反应速率常数乘以所测定的反应体系中的活性物种浓度可以得到预测活性物种的贡献值。预测结果如表1所示，计算得到的阿昔洛韦的1O2和OH的氧化降解速率常数分别为9.4×10-6和8.3×10-7 s-1，喷昔洛韦的1O2和OH的氧化降解速率常数为3.5×10-5和8.3×10-7 s-1，而预测得到了阿昔洛韦的1O2和OH的氧化降解速率常数为8.7×10-6和9.1×10-7 s-1，喷昔洛韦的1O2和OH的氧化降解速率常数为1.7×10-6和6.9×10-6 s-1，由此对比计算和

6、预测得到的活性物种贡献结果可知，两种方法的偏差在10%以内，因此可以表明活性氧物种淬灭实验可以很好地用来研究活性物种的贡献。k1O21O2sskobs-kobs, azide (1)kOHOHsskobs-kobs, IPA (2)kFA*FA*sskobs, IPA-(kobs-kobs, azide) (3)表1 阿昔洛韦和喷昔洛韦间接光化学降解过程中活性物种的贡献（表题为居中对齐）化合物kcalc,1O2 (s-1)akcalc,OH(s-1) bkcalc,FA* (s-1)ckpred,1O2(s-1) kpred, OH (s-1)阿昔洛韦9.4×10-68.3×

7、;10-75.7×10-88.7×10-69.1×10-7喷昔洛韦3.5×10-57.7×10-69.8×10-71.7×10-66.9×10-6注：FA*表示激发态富里酸，a 结果由(1)式计算，b 结果由(2)式计算，c 结果由(3)式计算。 为了确定阿昔洛韦和喷昔洛韦与1O2反应的活性部位，我们选择了这两种药物分子中不同官能团子结构的化合物作为研究对象，如鸟嘌呤、异胞嘧啶和咪唑分子，利用钼酸根-双氧水体系测定了其与1O2的反应速率常数。实验结果表明鸟嘌呤结构式中咪唑表现出来与阿昔洛韦和喷昔洛韦有十分接近的反应

8、速率常数，明确表现其为阿昔洛韦和喷昔洛韦分子中与1O2反应的活性部位。此外，我们通过LC/MS/MS鉴定了阿昔洛韦和喷昔洛韦与1O2反应的中间产物。并由此提出了阿昔洛韦和喷昔洛韦与1O2反应的途径，1O2与它们的反应类似于在咪唑部分发生的Diels-Alder反应，首先在咪唑环生成了一种内过氧化合物，其次，电子重组生成了两性离子的过渡态，接而分子中的醚类和醇类结构发生迁移，并伴随着咪唑结构的重组，随着键的断裂生成了一定的中间产物。最后，选用了三种不同营养级的水生生物，如发光细菌、羊角月牙藻和大型溞分别评价了目标污染物及其降解产物的生态毒性效应及其变化特征。结果表明，阿昔洛韦和喷昔洛韦的缓慢光化

9、学降解可能会导致潜在的生态危害。图1 阿昔洛韦和喷昔洛韦与1O2反应途径（图题为居中对齐）（与正文间空一行）通讯作者简介：安太成(1972)，男，环境科学理学博士，研究员，主要研究方向为新兴有机污染物的迁移转化机理研究，发表学术论文180余篇。联系方式：广州市天河区科华街511号中国科学院广州地球化学研究所，邮编510640，办公电话；手机，。（与简介间空一行）参考文献（加粗）： 1 Prasse C, Schlusener M P, Schulz R, et al. Antiviral drugs in wastewater and surface waters: A new pharmaceutical class of environmental relevance? J. Environmental Science & Technology, 2010, 44: 1728-17352 Prasse C, Wagner M, Schulz R, et al. Biotransformation of th