手性杀虫剂丁虫腈对映体立体选择性研究

摘要

手性农药对映体在非手性环境中具有类似的物理和化学性质，但它们的生物活性、毒性和环境行为往往表现出显著差异。仅从外消旋体水平对手性农药进行研究往往会造成不准确的环境风险评估。近年来，对手性农药立体选择性研究的关注不断增长。丁虫腈是一种广泛使用的苯基吡唑类手性杀虫剂，它是一种重要的氟虫腈替代品种，至今尚无关于丁虫腈立体选择性的研究报道。本论文系统研究了丁虫腈对映体在手性环境中的立体选择性，旨在通过系统性评估，来填补相关研究空白。主要研究结果如下:
　　1.使用Lux Cellulose-2手性色谱柱在反相液相条件下实现了丁虫腈对映体的分离，同时考察了不同流动相组成对拆分的影响。以乙腈/水=55∶45(v/v)为流动相，检测波长为230 nm，流速为0.7 mL/min，柱温为30℃，对映体分离效果良好，分离度为6.28。通过比较实测圆二色光谱和计算圆二色光谱确定了丁虫腈对映体的绝对构型，通过测定比旋光度确定其左旋体和右旋体。从Lux Cellulose-2手性柱第一个被洗脱出的对映体为S-(-)-丁虫腈，第二个为R-(+)-丁虫腈。
　　2.建立了在水果、蔬菜和土壤样品中定量检测丁虫腈对映体的分析方法，该方法简单可靠。使用中性氧化铝固相萃取柱对样品进行净化，通过评价方法的特异性、基质效应、线性、精确度和准确度进行方法验证。该方法无明显的基质效应，所有基质匹配标准曲线在0.2-20 mg/L范围内线性良好(R2＞0.998)，两个对映体在六种基质中的检测限为0.007-0.008 mg/kg，定量限为0.021-0.025 mg/kg，平均回收率为86.8-98.9％，日内标准偏差为1.1-6.4％，日间标准偏差为1.2-5.8％。分析方法的准确度、精密度和灵敏度满足食品和环境样品中丁虫腈对映体同时检测的要求。
　　3.首次研究了丁虫腈对映体立体选择性活性和急性毒性。以小菜蛾(Plutellaxylostella)，褐飞虱(Nilaparvata lugens)，黏虫(Mythimna separate)和豌豆蚜虫(Acyrthosiphon pisum)作为供试昆虫，进行立体选择性的杀虫活性研究。同时评价了丁虫腈对映体对两种非靶标生物斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)和稻螟赤眼蜂(Trichogramma japonicum Ashmead)的急性毒性。结果表明，R-丁虫腈生物活性为S-丁虫腈1.9-5.1倍，同时，R-丁虫腈急性毒性为S-丁虫腈3.7-5.7倍。
　　4.通过对丁虫腈对映体在土壤和四种蔬菜（青菜、菠菜、黄瓜和番茄）中的立体选择性降解研究对其环境行为进行全面评估。丁虫腈对映体在土壤中的降解遵循一级降解动力学(R2＞0.97)，降解半衰期均为9.76天，立体选择性不显著。丁虫腈对映体在四种蔬菜中的降解符合一级降解动力学(R2=0.9164-0.9638)，且存在显著的立体选择性。丁虫腈对映体在四种蔬菜中的降解表现出相反的立体选择性。在青菜、菠菜、黄瓜和番茄中S-丁虫腈的降解半衰期分别为4.07，3.76，4.33和7.79天，而R-丁虫腈的半衰期分别为5.19，6.15，3.46和6.73天，在青菜和菠菜中，EF从0.50分别增长到0.70和0.81，S-丁虫腈被优先降解;而在黄瓜和番茄中，EF从0.50分别降低至0.37和0.42，R-丁虫腈降解速率更快。
　　5.开展了丁虫腈对映体在大鼠肝微粒体中的立体选择性代谢和酶反应动力学研究。丁虫腈对映体在大鼠肝微粒体中的代谢过程符合一级降解动力学(R2=0.9533-0.9582)，S-丁虫腈代谢速率更快，S-体和R-体代谢半衰期分别为14.1和19.3分钟，且EF最终达到0.69。用Michaelis-Menten模型计算代谢速率常数，S-丁虫腈最大反应初速度和Michaelis常数分别为R-丁虫腈1.7和1.6倍，S-体内在清除常数同样高于R-体。最终结果表明大鼠肝微粒体催化代谢S-丁虫腈能力更强，且反应过程中不存在对映体相互转化现象。
　　6.利用分子模拟技术阐明了丁虫腈对映体立体选择性活性机理。使用同源建模构建了果蝇RDL同源五聚体模型，通过分子对接研究受体与丁虫腈对映体之间的相互作用。结果表明，R-丁虫腈与结合口袋内的氨基酸残基之间疏水作用比S-体更强，导致R-丁虫腈的Glide Sore为-5.82 kcal/mol，而S-丁虫腈的为-5.11kcal/mol。R-丁虫腈和靶标位点结合模式与S-丁虫腈具有显著不同，R-丁虫腈阻断GABA受体氯离子通道的能力更强。分子模拟研究结果与生物活性测定结果一致。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1 手性及手性农药简介

2 手性农药对映体绝对构型研究进展

2．1 光学异构体绝对构型测定方法

2．2 圆二色光谱法简介

2．3 圆二色光谱在手性农药对映体绝对构型中的应用

3 手性农药立体选择性活性研究进展

4 手性农药对映体生态毒性研究进展

5 手性农药立体选择性环境行为研究进展

5．1 手性农药对映体立体选择性评价指标

5．2 手性农药在水体中立体选择性降解研究进展

5．3 手性农药在土壤中立体选择性降解研究进展

5．4 手性农药在植物体内立体选择性降解研究进展

5．5 手性农药在动物体内立体选择性代谢研究进展

6 γ-氨基丁酸受体同源建模与分子对接研究进展

6．1 昆虫γ-氨基丁酸受体研究进展

6．2 同源建模和分子对接简介

6．3 γ-氨基丁酸受体分子模拟研究进展

7 苯基吡唑类杀虫剂研究进展

7．1 苯基吡唑类杀虫剂简介

7．2 苯基吡唑类杀虫剂对映体生物活性、毒性研究进展

7．3 苯基吡唑类杀虫剂立体选择性环境行为研究进展

8 本论文的研究意义和主要内容

第二章 丁虫腈对映体分析方法研究

1 试验材料与方法

1．1 试剂和材料

1．2 仪器与设备

1．3 丁虫腈对映体分离及条件优化

1．4 丁虫腈对映体比旋光度测定与绝对构型

1．5 丁虫腈对映体基质前处理方法

1．6 方法验证

2 结果与讨论

2．1 丁虫腈对映体分离条件优化

2．2 丁虫腈对映体比旋光度和绝对构型

2．3 丁虫腈对映体前处理方法优化

2．4 检测方法的线性关系和基质效应

2．5 检测方法的准确度和精密度

3 本章小结

第三章 丁虫腈对映体立体选择性活性研究

1 试验材料与方法

1．1 仪器与药剂

1．2 供试靶标昆虫

1．3 生物测定方法

1．4 数据处理

2 结果与讨论

2．1 丁虫腈对映体活性差异

3 本章小结

第四章 丁虫腈对映体立体选择性急性毒性研究

1 试验材料与方法

1．1 试剂和材料

1．2 仪器与设备

1．3 生物测定方法

1．4 数据处理

2 结果与讨论

2．1 丁虫腈对映体急性毒性差异

3 本章小结

第五章 丁虫腈对映体在蔬菜和土壤中立体选择性降解研究

1 试验材料与方法

1．1 试剂和材料

1．2 仪器与设备

1．3 田间施药试验

1．4 高效液相色谱检测条件

1．5 样品前处理方法

1．6 方法验证

1．7 数据处理

2 结果与讨论

2．1 基质效应、灵敏度、精密度和准确度

2．2 丁虫腈对映体在黄瓜和番茄上立体选择性降解

2．3 丁虫腈对映体在青菜和菠菜上立体选择性降解

2．4 丁虫腈对映体在土壤中立体选择性降解

3 本章小结

第六章 丁虫腈对映体在大鼠肝微粒体中的立体选择性代谢

1 试验材料与方法

1．2 仪器与设备

1．3 试验动物

1．4 大鼠肝微粒体制备与蛋白浓度测定

1．5 药物体外代谢

1．6 酶反应动力学研究

1．7 样品前处理方法

1．8 高效液相色谱检测条件

1．9 方法确证

2 结果与讨论

2．1 方法确证

2．2 丁虫腈对映体在大鼠肝微粒体立体选择性代谢

2．3 丁虫腈对映体酶反应动力学差异

3 本章小结

第七章 γ-氨基丁酸受体同源建模以及与丁虫腈对映体分子对接

1 试验材料与方法

1．1 仪器与设备

1．2 模型构建

1．3 分子对接

2 结果与讨论

2．1 模板选择

2．2 受体与丁虫腈对映体作用模式分析

3 本章小结

全文总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢