典型头孢菌素在不同氧化体系中的转化机制研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 李立平 |
| 学位类别 | 硕士 |
| 答辩日期 | 2013-05 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 魏东斌 |
| 关键词 | 头孢菌素 氯化 氧化 毒性 机理 cephalosporin chlorination oxidation genotoxicity mechanism |
| 其他题名 | Transformation Mechanisms of Typical Cephalosporins in Different Oxidation systems |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 中文摘要 | 近年来，头孢菌素类抗生素被大量使用并经多种途径进入环境水体，对生态环境及人类健康造成潜在威胁。这类污染物在人工水处理过程和自然环境过程中的转化特征对揭示其潜在的环境风险具有重要意义。因此，本文选取两种典型的头孢菌素——头孢唑啉与头孢曲松，着重研究其在氯化消毒、高锰酸钾预氧化等人工水处理过程，以及锰氧化物催化氧化等自然环境过程中的转化机制。借助高效液相色谱与高分辨质谱，对各反应体系中的产物进行分离与鉴定。同时，结合有机化学原理、化学计算结果及二级质谱解析结果对其转化机理进行推导，并对其在实际环境基质中的转化行为进行模拟。主要开展的研究如下： 1 头孢唑啉氯化转化机制研究。中性条件下头孢唑啉在氯化消毒体系中生成5 种主要产物，主要转化机理包括硫醚基团中S 原子的氧化反应及氯原子的亲电取代反应。酸性条件下仅发生氧化反应生成3 种氧化产物。毒性测试结果表明，头孢唑啉经氯化处理后遗传毒性有一定程度的升高，与亚砜产物及氯代产物的生成有关。采集环境水样模拟头孢唑啉在环境基质中的氯化转化行为发现，绝大多数转化产物被检出，表明文中所推测的转化路径在环境基质中也能再现。 2 头孢曲松氯化转化机制研究。头孢曲松在氯化消毒体系中的转化行为与头孢唑啉相似，主要发生氧化和氯化两种类型的反应，生成3 种主要产物。头孢曲松分子中的硫醚官能团经氧化生成亚砜产物，消毒剂中的氯原子与噻唑环中的4-C 原子发生亲电取代反应生成氯代产物。此外，本研究还真实模拟了与环境残留浓度相当的头孢曲松在实际环境水样中的氯化转化特征，3 种产物在模拟实验体系中均被检出。 3 头孢唑啉在高锰酸钾体系中转化机制研究。头孢唑啉在高锰酸钾体系中共检出5 种产物。pH 条件影响头孢唑啉的转化路径，归因于高锰酸钾在不同pH 条件下的氧化能力差异。在此基础上，进一步探讨了头孢唑啉在实际环境水样中的转化行为，产物与中性条件下检出产物完全相同，表明头孢唑啉的转化在实际水处理过程中也能发生。 4 头孢唑啉在锰氧化物体系中的转化机制研究。采用湿法制备了-二氧化锰，并对其进行了表征。进一步研究了头孢唑啉在二氧化锰体系中的转化特征。结果表明，头孢唑啉在二氧化锰体系中共生成5 种主要转化产物，机理涉及硫醚的氧化、不饱和双键的催化氧化水解、脱羧等。 综上，本论文选择了头孢唑啉和头孢曲松两种典型抗生素，通过深入研究其在次氯酸钠、高锰酸钾、二氧化锰等三种体系中的转化机制，旨在全面揭示头孢菌素类抗生素在人工环境过程（水处理典型工艺）和自然环境过程（土壤/沉积物体系）中的转化行为。结果发现该类抗生素在三种体系中均有比较显著的转化降解，主要机理涉及硫醚氧化、不饱和双键氧化、脱羧、氯代。三种体系均涉及氧化转化，但氧化程度和转化机制随氧化剂性质的不同而有所差异。特别值得关注的是，即使在模拟实际水处理工艺参数的条件下，两种环境相关浓度水平的目标污染物仍遵循上述转化机理。本研究将为该类污染物的科学使用、污染防治、风险管理提供科学依据。 |
| 公开日期 | 2014-07-09 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/7568]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_环境化学与生态毒理学国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李立平. 典型头孢菌素在不同氧化体系中的转化机制研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2013. |
入库方式： OAI收割
来源：生态环境研究中心
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