氯过氧化物酶调控溴代酚类化合物的生成与机制

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溴酚(BPs)、羟基化多溴联苯醚/羟基化多溴联苯(OH-PBDE/PBBs)、溴代二恶英/二苯并呋喃(PBDD/Fs)是环境中常见的有机污染物,广泛存在于各种环境介质中,其来源引起了研究者们的关注。大部分研究表明,OH-PBDEs是多溴联苯醚(PBDE)的生物代谢产物。二恶英是一类公认对人类健康具有极大潜在危害的全球性散布的持久性有毒污染物。溴代阻燃剂(BFRs)的生产、使用以及垃圾焚烧被认为是PBDD/Fs的主要来源。已有研究报道卤过氧化物酶可以催化氧化苯酚发生加溴反应生成BPs,而在水环境中BPs分别可以通过光化学反应和溴过氧化物酶的作用生成OH-PBDEs和PBDD/Fs。然而,在溴离子及过氧化物存在的条件下,卤过氧化物酶能否直接催化氧化苯酚生成OH-PBDEs和PBDD/Fs还有待研究。因此,本论文探索了在Br-、过氧化氢(H2O2)存在条件下,氯过氧化物酶(CPO)催化氧化苯酚、BPs生成OH-PBDE/PBBs和PBDD/Fs的过程与机制。主要研究内容和结果如下:(1)研究了CPO催化氧化苯酚的产物。用气质联用仪对生成产物进行定量和定性分析。结果表明,CPO能够快速催化氧化Br-和苯酚发生加溴反应生成2-溴酚(2-BP)、4-溴酚(4-BP)、2,4-二溴酚(2,4-DBP)、2,6-二溴酚(2,6-DBP)和2,4,6-三溴酚(2,4,6-TBP);同时还检测到2′-OH-BDE-68、6′-OH-BDE-25、2,2′-OH-BB-80、1,3,8-TrBDD、2,4,6,8-TeBDF等21种OH-PBDE/PBBs、PBDD/Fs主要产物。CPO能够快速催化氧化Br-和2-BP发生加溴反应生成2,4-DBP、2,6-DBP、2,4,6-TBP;同时检测到了2′-OH-BDE-68、2’-OH-BDE-121和4’-OH-BDE-121。CPO能够快速催化氧化Br-和4-BP发生加溴反应生成2,4-DBP、2,4,6-TBP;同时检测到了6′-OH-BDE-25、2′-OH-BDE-68、2,2′-OH-BB-80、2,4,6,8-TeBDF等9种OH-PBDE/PBBs、PBDD/Fs。CPO能够快速催化氧化Br-和2,4-DBP、2,6-DBP发生加溴反应生成2,4,6-TBP、1,3,6,8-TeBDD、1,3,7,9-TeBDD、2’-OH-BDE-121和4’-OH-BDE-121。在不加Br-的条件下,CPO能够催化氧化2,4-DBP生成1,3,8-TrBDD、2′-OH-BDE-68、2,2′-OH-BB-80。(2)通过各个反应生成的产物结构和种类提出了CPO催化氧化苯酚生成BPs、OH-PBDE/PBBs和PBDD/Fs可能生成途径。首先,CPO通过H2O2催化氧化Br-生成带两个电子的氧化溴中间体(如HOBr、Br2、Br3),氧化溴中间体可能会溴化苯酚生成一溴酚(如2-BP,4-BP),随后部分2-BP、4-BP进一步被氧化溴中间体溴化为2,4-DBP、2,6-DBP等二溴酚,2,4-DBP、2,6-DBP再进一步被氧化溴中间体溴化为2,4,6-TBP,同时部分氧化溴中间体会与H2O2反应生成水和氧气;生成的部分BPs(4-BP、2,4-DBP、2,6-DBP、2,4,6-TBP)被氧化物质氧化生成溴苯氧自由基,溴苯氧自由基之间发生耦合反应生成OH-PBDE/PBBs;生成的OH-PBDE/PBBs进一步被CPO氧化为PBDD/Fs。由于Br-、H2O2、苯酚和CPO在自然环境中的广泛存在性,CPO催化氧化Br-和苯酚生成BPs、OH-PBDE/PBBs和PBDD/Fs可能是环境中BPs、OH-PBDE/PBBs和PBDD/Fs自然来源的潜在途径。
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