手性農藥的對映體拆分及選擇性環境行為研究進展

王青　黃錚　徐美蓉　寇向龍　李曉蓉　李婷

摘要：手性農藥進入環境后其對映體的環境行為表現出差異性，研究手性農藥的對映體結構及選擇性環境行為對發展高效低風險農藥具有重要意義。對國內近10 年來結晶拆分法、酶拆分法、液液萃取拆分法、化學拆分法、色譜拆分法等方法在手性農藥對映體拆分中的應用，以及手性農藥在水體、土壤、動植物體等手性環境中的選擇性環境行為研究進展進行了綜述，并對其趨勢進行了展望。

關鍵詞：手性農藥;對映體拆分;選擇性環境行為;展望

中圖分類號：S482? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? ?文章編號：1001-1463（2020）01-0067-04

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2020.01.016

Review of Chiral Separation and Environmental Behavior of Chiral Pesticides

WANG Qing 1， 2， HUANG Zheng 1， 2， XU Meirong 1， 2， KOU Xianglong 1， 2， LI Xiaorong 1， 2， LI Ting 1， 2

（1. Institute of Animal Husbandry，Pasture and Green Agriculture， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China; 2. Institute of Agricultural Quality Standards and Testing Technology， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract：Chiral pesticides exhibit different environmental behaviors when they enter the environment. It is important to study the enantiomeric structure and enantioselective environmental behavior of chiral pesticides for the development of efficient and low-risk pesticides. The paper reviewed the application of crystallization separation， enzyme split method， the liquid-liquid extraction separation method， chemical separation， chromatographic separation methods in enantiomeric resolution of chiral pesticides in recent 10 years， as well as the research progress of the enantioselective environmental behavior of chiral environment in water， soil， animals and plants， and its research trend was prospected.

Key words：Chiral Pesticides;Chiral Separation;Enantioselective Environmental Behavior;Prospects

農業生產過程中，噴施農藥可有效防治病蟲草害的發生，但長期、大量使用農藥，不僅會帶來農產品中的農藥殘留，還會造成土壤板結、病菌與害蟲對農藥的抗藥性增強以及生態環境污染[1 ]，嚴重威脅人體健康，因此使用高效低風險農藥至關重要。

手性分子之間呈鏡像對稱但不能完全重合，二者互為對映體，組成的混合物稱為外消旋體。目前，常用的農藥中至少有40%具有手性結構，大部分以外消旋體形式出售使用[2 ]，導致在農產品和環境中存在手性農藥外消旋體殘留。生物體內的蛋白質、核酸、糖類物質、激素、酶系等大部分具有手性，可以使進入生物體內的手性農藥在化學行為、生物效應、毒性效應等方面存在顯著的選擇性差異。使用手性農藥的單一異構體可以達到提高藥效、減少使用劑量、降低農藥對非靶標生物潛在毒性的目的[3 ]。隨著手性分離分析技術的發展及對手性農藥研究的日益深入，手性農藥已成為發展高效低風險農藥的一個重要突破口。手性農藥進入環境后其對映體的環境行為表現出差異性，研究手性農藥的對映體結構及選擇性環境行為對發展高效低風險農藥具有重要意義。我們在對國內近10年來關于手性農藥對映體拆分及其選擇性環境行為的文獻檢索的基礎上，從手性農藥對映體拆分方法以及在水體、土壤、動植物體等手性環境中的選擇性環境行為進行歸納、綜述并進行了展望，以期為開展手性農藥的深入研究提供借鑒。

1? ?手性農藥的對映體拆分方法

對比化學合成單一手型農藥的方法，手性農藥的外消旋體拆分法具有低成本、低能耗的優勢，在獲取單一手性農藥異構體上得到廣泛的重視和應用。目前，常用的手性農藥拆分方法包括結晶拆分法、酶拆分法、液液萃取拆分法、化學拆分法、色譜拆分法等。

1.1? ?結晶拆分法

結晶拆分法是獲得純光學異構體的經典方法，是在飽和的外消旋體溶液中加入拆分劑，使得其中一種對映體結晶析出，以實現手性拆分的方法[4 ]。近10年來國內尚無采用結晶拆分法分離手性農藥對映體的相關報道。

1.2? ?酶拆分法

酶拆分法是利用酶或微生物的手性活性結構域，能夠選擇性的催化外消旋底物中某一對映體進行反應，再分離未反應對映以體實現拆分。具有操作簡便、選擇性強、產物易提純等特點[5 ]。近年來，采用酶拆分法已成功制備多種手性藥物在手性農藥領域也有所應用。駱晨濤[6 ]采用脂肪酶Novozym 435為反應用酶，經過一系列中間反應最終制得手性高效除草劑（S）-唑嘧氯草胺1.44 g，純度為94.5 %，旋光度為-0.025。

1.3? ?液液萃取拆分法

液液萃取拆分法是在待拆分的外消旋體中加入手性選擇劑，通過與對映體分子的相互作用，使兩種對映體的理化性質形成差異，從而實現分離。該方法具有操作簡便、易于工業化等特點，已廣泛得到研究者的關注[7 ]。易健民[8 ]采用疏水性D/L-酒石酸酯和水溶性β-環糊精衍生物對反式第一菊酸、順式二氯菊酸、反式二氯菊酸、三氟氯菊酸、氰戊菊酸對映體成功地進行了手性識別萃取拆分。

1.4? ?化學拆分法

化學拆分法一般包括形成非對應異構體拆分法和動力學拆分法。前者即外消旋體中的一種對映體通過化學反應形成非對映體被分離出后，再進行反應還原得到原來的手性對映體;后者是利用對映體間與手性試劑反應速率的差異，當一種對映體完成反應而另一種對映體尚未反應時，通過分離反應產物和底物實現對映體拆分[9 ]。近10年來，國內采用化學拆分法分離手性農藥對映體的報道很少。

1.5? ?色譜拆分法

色譜拆分法是手性化合物拆分中廣泛應用的方法，也是唯一能夠測定復雜基質中手性對映體純度的方法[9 ]。陳巧梅等[10 ]采用C18修飾420 nm亞微米單分散二氧化硅微球裝填成毛細管色譜柱，通過加壓毛細管電色譜同時拆分了烯效唑、烯唑醇和丙環唑等3對手性三唑類農藥。廖玉芹等[11 ]采用自制的鄰苯二甲酰亞胺-β-環糊精手性固定相 （PCDP） ，通過液相色譜拆分了滅菌唑的對映體，分離度為3.81。馮碩立等[12 ]采用超臨界流體色譜，在Chiralpak IB纖維素衍生物鍵合型手性固定相上對三唑酮、己唑醇、戊唑醇、烯效唑、腈菌唑以及惡醚唑等6種三唑類殺菌劑進行了手性拆分。

2? ?手性農藥對映體選擇性環境行為

手性農藥進入環境后，其分布、轉化、降解、累積、毒性等環境行為在手性因子的作用下往往表現出選擇性差異。目前，手性農藥對映體的選擇性環境行為研究主要集中在水體、土壤、植物、動物體內的選擇性降解和富集方面。

2.1? ?手性農藥在水體中的選擇性環境行為

農藥生產過程中產生的廢水以及農藥施用后降水的淋溶，是水體中農藥的主要來源。進入水體的手性農藥在不同的水體環境下，受微生物作用，存在選擇性降解行為。瞿涵[13 ]通過模擬水生態系統模型發現，R-氟蟲腈降解較快且更易轉化為對映體，因此氟蟲腈在水體中的富集主要為S-氟蟲腈。

2.2? ?手性農藥在土壤中的選擇性環境行為

手性農藥在土壤中的選擇性富集與降解行為決定于手性農藥的結構和土壤中的環境組成。劉通[14 ]發現，R-呋蟲胺和S-呋蟲胺在未滅菌土壤中降解速率更快。謝海燕[15 ]通過實驗發現，Peak1-吡噻菌胺在土壤中的降解速率受土壤pH的影響顯著，在酸性土壤中降解較快。

2.3? ?手性農藥在植物體中的選擇性環境行為

植物體內的酶、糖類物質等具有手性，手性農藥進入植物體內后，在不同的手性環境中，其對映體的選擇性行為表現出差異性。楊雪葳[16 ]報道，（±）-B-啶菌噁唑在甘藍中進行了選擇性降解，對映體 （+）-B-啶菌噁唑的選擇性降解程度較強，而在小青菜和辣椒中 （±）-B-啶菌噁唑的降解未發生選擇性行為。田明明[17 ]通過實驗發現，R-丁蟲腈在菠菜和黃瓜中降解半衰期不同，在黃瓜中降解較快，造成S-丁蟲腈富集更多。

2.4? ?手性農藥在動物體中的選擇性環境行為

蛋白質、脂肪等分子同樣具有手性結構，因此動物體內存在手性環境，其對手性農藥降解和富集的影響與植物體內相似。劉娜[18 ]探索了戊唑醇、烯效唑和氟環唑在斑馬魚體內的選擇性行為，結果：在斑馬魚體內（-）-R-戊唑醇、（+）-S-烯效唑、（+）-氟環唑優先富集，（+）-S-戊唑醇、（-）-R-烯效唑、（-）-氟環唑優先降解，并且降解速率均較快。黃竻丹[19 ]的研究表明，蝌蚪對某些手性農藥的富集代謝具有立體選擇性，對于三唑醇優先富集1R， 2S-三唑醇，對于氟蟲腈則優先富集R-（-）-氟蟲腈，蝌蚪體內毒性更高的對映體累積導致的高殘留可能帶來潛在的慢性毒害效應。

3? ?展望

當前對于手性農藥的研究主要集中在對映體拆分、立體選擇性環境行為，其中對映體拆分中應用最廣泛的是色譜法，而立體選擇性環境行為研究多集中在降解、富集、毒性等方面。隨著手性農藥研究的深入，實現復雜基質中多種手性農藥的多殘留分離分析、對映體結構對其立體選擇性差異的影響，以及對非靶標生物的毒性效應將成為手性農藥研究的重要方向。

參考文獻：

[1] 曹曉冬.? 農業生產中降低農藥使用的重要性[J].? 農家參謀，2019（8）：27.

[2] 崔? ?璇， 鐘? ?青， 張新忠，等.? 農產品中手性農藥對映體殘留色譜法分析研究進展[J].? 分析測試學報，2019，38（2）：249-262.

[3] 王達明，黃曦澤，曾耿狄.? 手性農藥對非靶標生物毒性研究進展[J].? 熱帶農業科學，2018，38（11）：63-69.

[4] 王耀國，趙紹磊，楊一純，等.? 手性藥物結晶拆分的研究進展[J/OL]. 化工學報，2019（9）：1-18[2019-09-16].? http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.1946.TQ.20190904. 0949.

002.html.

[5] 蔣? ?南，胡學錚，夏詠梅，等. 酶催化手性拆分旋光異構體[J].? 現代化工，2004（1）：24-27.

[6] 駱晨濤.? 化學酶法制備手性1-（4-氯苯基）乙胺及手性農藥的合成[D].? 杭州：浙江工業大學，2012.

[7] 練偉平.? 手性液液萃取拆分酮洛芬對映體的研究[D].? 杭州：浙江大學，2018.

[8] 易健民.? 立體選擇性萃取分離菊酸對映體及其機理研究[D].? 長沙：中南大學，2010.

[9] 潘興魯.? 手性殺菌劑啶菌噁唑和苯酰菌胺對映體生物活性、生態毒性及環境行為研究[D].? 北京：中國農業科學院，2018.

[10] 陳巧梅，柳? ?青，申? ?琳，等.? 亞微米C18鍵合硅膠固定相加壓毛細管電色譜法同時拆分3種手性三唑類農藥[J].? 色譜，2018，

36（4）：388-394.

[11] 廖玉芹，曹志剛，雷學影，等.? β-環糊精液相色譜柱測定黃瓜中滅菌唑對映體含量[J].? 南昌大學學報（理科版），2017，41（6）：531-537.

[12] 馮碩立，徐明仙，高偉亮，等.? 超臨界色譜拆分6種唑類手性農藥[J].? 浙江工業大學學報， 2011，39（4）：424-428.

[13] 瞿? ?涵.? 苯基吡唑類手性農藥及代謝物在水環境中的立體選擇性行為及污染修復研究[D]. 北京：中國農業大學，2016.

[14] 劉? ?通.? 呋蟲胺對映體的選擇性環境行為及生態和毒理效應[D].? 北京：中國農業科學院，2018.

[15] 謝海燕.? 手性殺菌劑吡噻菌胺在土壤中選擇性降解研究[D].? 呼和浩特：內蒙古大學，2017.

[16] 楊雪葳.? 手性殺菌劑啶菌噁唑的立體選擇性活性與環境行為研究[D].? 哈爾濱：東北農業大學，2018.

[17] 田明明.? 手性殺蟲劑丁蟲腈對映體立體選擇性研究[D].? 南京：南京農業大學，2016.

[18] 劉? ?娜.? 戊唑醇等3種典型三唑類手性農藥在斑馬魚中的選擇性生物富集及生物毒性差異[D].? 沈陽：沈陽農業大學，2016.

[19] 黃竻丹.? 幾種手性農藥在柵藻和蝌蚪中的選擇性富集及毒性效應研究[D].? 北京：中國農業大學，2015.

（本文責編：鄭立龍）

收稿日期：2019 - 09 - 16

基金項目：甘肅省農業科學院中青年基金項目（2016GAAS56）。

作者簡介：王? ?青（1988 — ），女，甘肅蘭州人，助理研究員，碩士，主要從事農獸藥殘留檢測研究工作。聯系電話：（0）13909428129。Email：wqing8129@163.com。

通信作者：黃? ?錚（1981 — ），男，甘肅蘭州人，副研究員，碩士，主要從事農產品營養功能及農獸藥殘留檢測研究工作。聯系電話：（0931）7616610。Email：huangz4321@126.com。