饮用水氯化消毒新副产物的

饮用水氯化消毒新副产物的研究摘要在研究MX(饮饮用水中一种种强致突变的的化合物)的生成前驱驱物时，发现现了一个新的的化合物，它它严重干扰了了MX的测定，并并在自来水末末梢水中，也也发现到该化化合物。本文文将该新化合合物从模拟氯氯化副产物中中提取分离，通通过多次柱层层析和重结晶晶，得到少量量纯化合物，经经过红外光谱谱、核磁共振振、质谱及相相关现代分析析技术的综合合分析，推导导出了其结构构。同时，经经Ames试验，证实实其具有诱变变性。前言水中饮用水消毒毒副产物的研研究，一直是是环境科学的的重要研究方方向。原水经经过液氯消毒毒，其中的有有机物与氯反反应，生成对对人体有害的的副产物，其其中许多副产产物具有致癌癌致突变作用用。MX即是目前所所发现的唯一一的对细菌具具有直接的强强致变的氯化化消毒副产物物。在研究MX的生成机理理时，我们选选取了一些模模型化合物，这这些化合物具具有与腐植酸酸及木质素经经氧化铜氧化化降解产物相相同的结构单单元。将这些些模型化合物物在实验室模模拟氯化，结结果发现芳香香酸和酚类不不能生成MX，而国外一一些学者的研研究表明它们们均是MX的前驱物。通通过进一步的的研究，我们们发现在与MX相近的保留留时间处，有有一个化合物物，它的分子子中有与质谱谱检测MX时所使用的的相同的选择择离子(mm/z1999,2001,2003)，我们们断定，它的的存在干扰了了MX的测定。此此外，我们在在某实际的自自来水样中，也也检测到该化化合物。由于于这是一个新新的化合物，在在其分子中存存在多个氯原原子，并且它它有广泛的前前驱物，因此此对其进行研研究具有重要要的理论及现现实意义，而而确定其结构构是对其进一一步研究的基基础。目前约有不到550%的氯化消毒毒副产物不能能确定结构。国国外许多学者者都在从事寻寻找新副产物物方面的研究究。常用的分分析技术有气气相色谱与质质谱联用（GC-MS）以及气相相色谱与红外外光谱联用（GC-IR），目前，越越来越多的学学者采用液相相色谱与电喷喷雾质谱联用用用来分析强强极性的消毒毒副产物。然然而，对于已已知化合物，可可采用以上方方法确定其结结构，而对于于未知的，甚甚至是以前从从未被发现的的化合物，仅仅凭红外光谱谱及质谱，一一般很难推断断其准确结构构，本文即是是在发现该新新化合物以后后，通过柱层层析将其从复复杂体系中分分离出来，得得到纯品后进进行核磁共振振分析，并综综合所有谱图图推断出该新新副产物的结结构。同时，我我们将制备分分离得到的样样品通过Ames实验进行了了初步的毒性性研究。实验部分1．前驱物的选选择本实验选择了33,5-二甲甲氧基-4-羟基苯甲醛醛（丁香醛），3-甲氧基-4-羟基苯甲酸,4-甲氧基苯甲酸,4-羟基苯甲醛,4-羟基苯甲酸,3,4-二羟基苯甲酸作为该副产物的氯化前驱物，在一定的PH条件下与新标定的次氯酸钠避光反应。反应结束后用乙醚萃取氯化产物。有机相经干燥浓缩，用GC-MS定性、定量，最终确定丁香醛为最佳前驱物。2．丁香醛氯化化条件的选择择及新副产物物的制备影响丁香醛氯化化产物的种类类和多少的主主要因素有反反应物浓度、次次氯酸钠与丁丁香醛的比例例、反应体系PH值及反应时时间。通过正正交实验，得得到了丁香醛醛氯化的最佳佳条件为：水水溶液总有机机碳浓度为300mgg/L，丁香醛与与有效氯摩尔尔比为1﹕10，体系PH值为2，反应时间间为30分钟。在最最佳氯化条件件下，分多次次氯化丁香醛醛约70克，产物经经萃取、干燥燥、浓缩、合合并。将合并并的混合氯化化产物留待进进一步分离提提纯。3．氯化产物的的提纯将合并的氯化产产物分成多份份，通过硅胶胶薄板层析选选择分离的流流动相，采用用硅胶柱层析析法将氯化产产物分离，使使用GC-MS实时检测，合合并含有该新新副产物的试试管。经过三三次柱层析，得得到了较纯的的样品。将所所得到的样品品用正己烷重重结晶。4．新副产物的的表征分别使用化学电电离质谱【ＣＣＩ（＋）】和和高分辨电子子轰击质谱（ＨＨＲＭＳ）测测定了新副产产物的分子量量和精确分子子量，此外还还使用红外光光谱，核磁共共振氢谱，核核磁共振碳谱谱以及二维核核磁共振技术术测定了其结结构。5．致突变实验验采用Ames试试验考察了新新副产物的致致变性。选取取了TA100和TA98两种菌株，分分别取6.225,122.5,225,500,1000µg五个个剂量进行试试验，每一浓浓度每一菌株株测三个平行行样，叠氮化化钠和敌克松松分别作为未未加S9时TA100和TA98的阳性对照照物，二氨基基芴作为TA100和TA98加S9后的阳性对对照物，阴性性对照为蒸馏馏水（自发回回变），溶剂剂对照为二甲甲亚砜。结果与讨论1．新副产物柱柱分离前后纯纯度的比较图一和图二分别别为柱层析分分离前后总离离子流色谱图图，从中可看看出经过三次次柱层析，新新副产物的纯纯度得到显著著改善。图一乙醚萃萃取丁香醛氯氯化产物总离离子流色谱图图图二经过三次次柱层析总离离子流色谱图图新副产物的表征征在CI（+）质质谱图（图三三）中，在谱谱图最右端质质荷比为228.9的峰为准分分子离子（M+1）峰,通过高分辨辨质谱（图四四）测得新副副产物的精确确分子量为2227.91118，基于于谱图中同位位素丰度的比比值，可知分分子中含三个个氯原子。由由此可断定新新副产物的元元素组成为CC6H3O3Cl3，高分辨质谱谱测得的分子子量与其理论论值仅相差33mDa。图三新副产物物的CI（+）质谱图图四新副产物物的ＨＲＭＳＳ质谱图新副产物的红外外光谱（图五五）中出现了了1723..7cm-11和1597..3cm-11两个最强的的吸收峰，可可判断为羰基基的伸缩振动动，34711.4cm--1为羰基的的伸缩振动的的倍频峰。因因此分子中至至少存在两个个羰基。29962.2ccm-1和2854..1cm-11为C-H伸缩振振动峰，但是是它们的强度度很弱，说明明分子中氢的的数目很少，由由于甲氧基的的C-H伸缩振振动常出现在在2850cm-1附近，我我们可初步判判断分子中存存在一个甲氧氧基。在9000cm-11以下有多个个峰，这是CC-Cl的伸伸缩振动峰，说说明分子中含含多个氯原子子。图五新副产物物的红外光谱谱图新副产物在核磁磁共振氢谱（图图六）中仅出出现了一个化化学位移为44.5ppmm的峰，这意意味着分子中中的三个氢质质子具有相同同的化学环境境。在13C核磁共振谱谱（图七）中中，有六个碳碳的信号，它它们的化学位位移分别为662ppm，72ppmm，128pppm，161pppm，180pppm，和182pppm。其图六新副产物物的１Ｈ核磁共振振谱中化学位移为662ppm的的碳强度很大大，而72pppm的碳信信号很弱。进进一步采用反反转门控去偶偶技术对碳进进行定量（图图八），发现现六个碳的信信号强度大致致相当，因此此可断定分子子中存在六个个不同化学环环境的碳，由由它们的化学学位移得出结结论分子中有有两个羰基((180pppm,1882ppm))，一个双键键(161pppm,1228ppm))和两个饱和和碳原子。从从分子式可知知该分子有四四个不饱和度度，由此我们们确定该分子子中有一个环环状结构。图七新副产物物的１３Ｃ核磁共共振谱图八新副产物物的１３Ｃ核磁共共振（反转门门控去偶）谱谱在DEPT（ddistorrtionllesseenhanccementtbyppolariizatioontraansferr）－135谱图（图九九）中，只存存在化学位移移为62pppm的峰，进进一步做DEEPT－90（图十），未未发现任何峰峰，因此化学学位移为622ppm的碳碳只能是伯碳碳或仲碳（伯伯碳和仲碳在在DEPT990谱中不出出峰）。由于于分子中只存存在三个氢原原子，且它们们有相同的化化学环境，因因此化学位移移为62pppm的碳为伯伯碳，而分子子中其余的碳碳原子为季碳碳。HSQCC谱[(1H–decteected))heteeronucclearsinglle-quaantumcoherrence,,图十一]亦证实了这这个结论。HHMBC[((1H–decteected))heteeronucclearmultiiple-bbondccorrellationn,图十二二]谱显示，氢氢质子只与化化学位移为1161ppmm的碳远程相相关，即在氢氢与该碳之间间存在二到三三个键，氢与与其它碳不存存在远程相关关。因此，我我们认为新副副产物为图十十三中所示的的两者之一。图九新副产物物的二维核磁磁共振（DEPT--135）谱图十新副产物物的二维核磁磁共振（DEPT--90）谱图十一新副产产物的二维核核磁共振（HSQC）谱图十二新副产产物的二维核核磁共振（HMBC）谱((I)(III)图十三新副产产物的可能结结构化合物（I）具具有还原性，它它能与吐伦试试剂发生银镜镜反应，而化化合物（II）则不能。通通过吐伦反应应，我们发现现新副产物生生成了银镜。因因此，新副产产物是（I），命名为为3,5,55-三氯-4-甲氧基基-3-环戊烯烯-1,2--二酮（TMCD）。TMCD的致变变性Ames试验中中，自发回变变菌落数在333-1744/皿之间，TMCD在不同浓度度下的回变菌菌落数如图十十四所示。结结果显示：TMCD在不加S9条件下测试试时TA100菌株在10--100μg/皿剂量范范围内引起回回变菌落数明明显增加，并并呈剂量反应应关系。TA98在100μg/皿剂量下下引起回变菌菌落数明显增增加，并超过过自发回变和和溶剂对照的的二倍以上，在在加S9条件下TMCCD的致变活活性降低，但但TA1000菌株在10--100μg/皿剂量范范围内仍引起起回