飲用水氯化消毒新副產(chǎn)物的研究摘要在研究MX(飲飲用水中一種種強(qiáng)致突變的的化合物)的生成前驅(qū)驅(qū)物時(shí)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)了一個(gè)新的的化合物，它它嚴(yán)重干擾了了MX的測定，并并在自來水末末梢水中，也也發(fā)現(xiàn)到該化化合物。本文文將該新化合合物從模擬氯氯化副產(chǎn)物中中提取分離，通通過多次柱層層析和重結(jié)晶晶，得到少量量純化合物，經(jīng)經(jīng)過紅外光譜譜、核磁共振振、質(zhì)譜及相相關(guān)現(xiàn)代分析析技術(shù)的綜合合分析，推導(dǎo)導(dǎo)出了其結(jié)構(gòu)構(gòu)。同時(shí)，經(jīng)經(jīng)Ames試驗(yàn)，證實(shí)實(shí)其具有誘變變性。前言水中飲用水消毒毒副產(chǎn)物的研研究，一直是是環(huán)境科學(xué)的的重要研究方方向。原水經(jīng)經(jīng)過液氯消毒毒，其中的有有機(jī)物與氯反反應(yīng)，生成對對人體有害的的副產(chǎn)物，其其中許多副產(chǎn)產(chǎn)物具有致癌癌致突變作用用。MX即是目前所所發(fā)現(xiàn)的唯一一的對細(xì)菌具具有直接的強(qiáng)強(qiáng)致變的氯化化消毒副產(chǎn)物物。在研究MX的生成機(jī)理理時(shí)，我們選選取了一些模模型化合物，這這些化合物具具有與腐植酸酸及木質(zhì)素經(jīng)經(jīng)氧化銅氧化化降解產(chǎn)物相相同的結(jié)構(gòu)單單元。將這些些模型化合物物在實(shí)驗(yàn)室模模擬氯化，結(jié)結(jié)果發(fā)現(xiàn)芳香香酸和酚類不不能生成MX，而國外一一些學(xué)者的研研究表明它們們均是MX的前驅(qū)物。通通過進(jìn)一步的的研究，我們們發(fā)現(xiàn)在與MX相近的保留留時(shí)間處，有有一個(gè)化合物物，它的分子子中有與質(zhì)譜譜檢測MX時(shí)所使用的的相同的選擇擇離子(mm/z1999,2001,2003)，我們們斷定，它的的存在干擾了了MX的測定。此此外，我們在在某實(shí)際的自自來水樣中，也也檢測到該化化合物。由于于這是一個(gè)新新的化合物，在在其分子中存存在多個(gè)氯原原子，并且它它有廣泛的前前驅(qū)物，因此此對其進(jìn)行研研究具有重要要的理論及現(xiàn)現(xiàn)實(shí)意義，而而確定其結(jié)構(gòu)構(gòu)是對其進(jìn)一一步研究的基基礎(chǔ)。目前約有不到550%的氯化消毒毒副產(chǎn)物不能能確定結(jié)構(gòu)。國國外許多學(xué)者者都在從事尋尋找新副產(chǎn)物物方面的研究究。常用的分分析技術(shù)有氣氣相色譜與質(zhì)質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）以及氣相相色譜與紅外外光譜聯(lián)用（GC-IR），目前，越越來越多的學(xué)學(xué)者采用液相相色譜與電噴噴霧質(zhì)譜聯(lián)用用用來分析強(qiáng)強(qiáng)極性的消毒毒副產(chǎn)物。然然而，對于已已知化合物，可可采用以上方方法確定其結(jié)結(jié)構(gòu)，而對于于未知的，甚甚至是以前從從未被發(fā)現(xiàn)的的化合物，僅僅憑紅外光譜譜及質(zhì)譜，一一般很難推斷斷其準(zhǔn)確結(jié)構(gòu)構(gòu)，本文即是是在發(fā)現(xiàn)該新新化合物以后后，通過柱層層析將其從復(fù)復(fù)雜體系中分分離出來，得得到純品后進(jìn)進(jìn)行核磁共振振分析，并綜綜合所有譜圖圖推斷出該新新副產(chǎn)物的結(jié)結(jié)構(gòu)。同時(shí)，我我們將制備分分離得到的樣樣品通過Ames實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了了初步的毒性性研究。實(shí)驗(yàn)部分1．前驅(qū)物的選選擇本實(shí)驗(yàn)選擇了33,5-二甲甲氧基-4-羥基苯甲醛醛（丁香醛），3-甲氧基-4-羥基苯甲酸,4-甲氧基苯甲酸,4-羥基苯甲醛,4-羥基苯甲酸,3,4-二羥基苯甲酸作為該副產(chǎn)物的氯化前驅(qū)物，在一定的PH條件下與新標(biāo)定的次氯酸鈉避光反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后用乙醚萃取氯化產(chǎn)物。有機(jī)相經(jīng)干燥濃縮，用GC-MS定性、定量，最終確定丁香醛為最佳前驅(qū)物。2．丁香醛氯化化條件的選擇擇及新副產(chǎn)物物的制備影響丁香醛氯化化產(chǎn)物的種類類和多少的主主要因素有反反應(yīng)物濃度、次次氯酸鈉與丁丁香醛的比例例、反應(yīng)體系PH值及反應(yīng)時(shí)時(shí)間。通過正正交實(shí)驗(yàn)，得得到了丁香醛醛氯化的最佳佳條件為：水水溶液總有機(jī)機(jī)碳濃度為300mgg/L，丁香醛與與有效氯摩爾爾比為1﹕10，體系PH值為2，反應(yīng)時(shí)間間為30分鐘。在最最佳氯化條件件下，分多次次氯化丁香醛醛約70克，產(chǎn)物經(jīng)經(jīng)萃取、干燥燥、濃縮、合合并。將合并并的混合氯化化產(chǎn)物留待進(jìn)進(jìn)一步分離提提純。3．氯化產(chǎn)物的的提純將合并的氯化產(chǎn)產(chǎn)物分成多份份，通過硅膠膠薄板層析選選擇分離的流流動(dòng)相，采用用硅膠柱層析析法將氯化產(chǎn)產(chǎn)物分離，使使用GC-MS實(shí)時(shí)檢測，合合并含有該新新副產(chǎn)物的試試管。經(jīng)過三三次柱層析，得得到了較純的的樣品。將所所得到的樣品品用正己烷重重結(jié)晶。4．新副產(chǎn)物的的表征分別使用化學(xué)電電離質(zhì)譜【ＣＣＩ（＋）】和和高分辨電子子轟擊質(zhì)譜（ＨＨＲＭＳ）測測定了新副產(chǎn)產(chǎn)物的分子量量和精確分子子量，此外還還使用紅外光光譜，核磁共共振氫譜，核核磁共振碳譜譜以及二維核核磁共振技術(shù)術(shù)測定了其結(jié)結(jié)構(gòu)。5．致突變實(shí)驗(yàn)驗(yàn)采用Ames試試驗(yàn)考察了新新副產(chǎn)物的致致變性。選取取了TA100和TA98兩種菌株，分分別取6.225,122.5,225,500,1000μg五個(gè)個(gè)劑量進(jìn)行試試驗(yàn)，每一濃濃度每一菌株株測三個(gè)平行行樣，疊氮化化鈉和敵克松松分別作為未未加S9時(shí)TA100和TA98的陽性對照照物，二氨基基芴作為TA100和TA98加S9后的陽性對對照物，陰性性對照為蒸餾餾水（自發(fā)回回變），溶劑劑對照為二甲甲亞砜。結(jié)果與討論1．新副產(chǎn)物柱柱分離前后純純度的比較圖一和圖二分別別為柱層析分分離前后總離離子流色譜圖圖，從中可看看出經(jīng)過三次次柱層析，新新副產(chǎn)物的純純度得到顯著著改善。圖一乙醚萃萃取丁香醛氯氯化產(chǎn)物總離離子流色譜圖圖圖二經(jīng)過三次次柱層析總離離子流色譜圖圖新副產(chǎn)物的表征征在CI（+）質(zhì)質(zhì)譜圖（圖三三）中，在譜譜圖最右端質(zhì)質(zhì)荷比為228.9的峰為準(zhǔn)分分子離子（M+1）峰,通過高分辨辨質(zhì)譜（圖四四）測得新副副產(chǎn)物的精確確分子量為2227.91118，基于于譜圖中同位位素豐度的比比值，可知分分子中含三個(gè)個(gè)氯原子。由由此可斷定新新副產(chǎn)物的元元素組成為CC6H3O3Cl3，高分辨質(zhì)譜譜測得的分子子量與其理論論值僅相差33mDa。圖三新副產(chǎn)物物的CI（+）質(zhì)譜圖圖四新副產(chǎn)物物的ＨＲＭＳＳ質(zhì)譜圖新副產(chǎn)物的紅外外光譜（圖五五）中出現(xiàn)了了1723..7cm-11和1597..3cm-11兩個(gè)最強(qiáng)的的吸收峰，可可判斷為羰基基的伸縮振動(dòng)動(dòng)，34711.4cm--1為羰基的的伸縮振動(dòng)的的倍頻峰。因因此分子中至至少存在兩個(gè)個(gè)羰基。29962.2ccm-1和2854..1cm-11為C-H伸縮振振動(dòng)峰，但是是它們的強(qiáng)度度很弱，說明明分子中氫的的數(shù)目很少，由由于甲氧基的的C-H伸縮振振動(dòng)常出現(xiàn)在在2850cm-1附近，我我們可初步判判斷分子中存存在一個(gè)甲氧氧基。在9000cm-11以下有多個(gè)個(gè)峰，這是CC-Cl的伸伸縮振動(dòng)峰，說說明分子中含含多個(gè)氯原子子。圖五新副產(chǎn)物物的紅外光譜譜圖新副產(chǎn)物在核磁磁共振氫譜（圖圖六）中僅出出現(xiàn)了一個(gè)化化學(xué)位移為44.5ppmm的峰，這意意味著分子中中的三個(gè)氫質(zhì)質(zhì)子具有相同同的化學(xué)環(huán)境境。在13C核磁共振譜譜（圖七）中中，有六個(gè)碳碳的信號(hào)，它它們的化學(xué)位位移分別為662ppm，72ppmm，128pppm，161pppm，180pppm，和182pppm。其圖六新副產(chǎn)物物的１Ｈ核磁共振振譜中化學(xué)位移為662ppm的的碳強(qiáng)度很大大，而72pppm的碳信信號(hào)很弱。進(jìn)進(jìn)一步采用反反轉(zhuǎn)門控去偶偶技術(shù)對碳進(jìn)進(jìn)行定量（圖圖八），發(fā)現(xiàn)現(xiàn)六個(gè)碳的信信號(hào)強(qiáng)度大致致相當(dāng)，因此此可斷定分子子中存在六個(gè)個(gè)不同化學(xué)環(huán)環(huán)境的碳，由由它們的化學(xué)學(xué)位移得出結(jié)結(jié)論分子中有有兩個(gè)羰基((180pppm,1882ppm))，一個(gè)雙鍵鍵(161pppm,1228ppm))和兩個(gè)飽和和碳原子。從從分子式可知知該分子有四四個(gè)不飽和度度，由此我們們確定該分子子中有一個(gè)環(huán)環(huán)狀結(jié)構(gòu)。圖七新副產(chǎn)物物的１３Ｃ核磁共共振譜圖八新副產(chǎn)物物的１３Ｃ核磁共共振（反轉(zhuǎn)門門控去偶）譜譜在DEPT（ddistorrtionllesseenhanccementtbyppolariizatioontraansferr）－135譜圖（圖九九）中，只存存在化學(xué)位移移為62pppm的峰，進(jìn)進(jìn)一步做DEEPT－90（圖十），未未發(fā)現(xiàn)任何峰峰，因此化學(xué)學(xué)位移為622ppm的碳碳只能是伯碳碳或仲碳（伯伯碳和仲碳在在DEPT990譜中不出出峰）。由于于分子中只存存在三個(gè)氫原原子，且它們們有相同的化化學(xué)環(huán)境，因因此化學(xué)位移移為62pppm的碳為伯伯碳，而分子子中其余的碳碳原子為季碳碳。HSQCC譜[(1H–decteected))heteeronucclearsinglle-quaantumcoherrence,,圖十一]亦證實(shí)了這這個(gè)結(jié)論。HHMBC[((1H–decteected))heteeronucclearmultiiple-bbondccorrellationn,圖十二二]譜顯示，氫氫質(zhì)子只與化化學(xué)位移為1161ppmm的碳遠(yuǎn)程相相關(guān)，即在氫氫與該碳之間間存在二到三三個(gè)鍵，氫與與其它碳不存存在遠(yuǎn)程相關(guān)關(guān)。因此，我我們認(rèn)為新副副產(chǎn)物為圖十十三中所示的的兩者之一。圖九新副產(chǎn)物物的二維核磁磁共振（DEPT--135）譜圖十新副產(chǎn)物物的二維核磁磁共振（DEPT--90）譜圖十一新副產(chǎn)產(chǎn)物的二維核核磁共振（HSQC）譜圖十二新副產(chǎn)產(chǎn)物的二維核核磁共振（HMBC）譜((I)(III)圖十三新副產(chǎn)產(chǎn)物的可能結(jié)結(jié)構(gòu)化合物（I）具具有還原性，它它能與吐倫試試劑發(fā)生銀鏡鏡反應(yīng)，而化化合物（II）則不能。通通過吐倫反應(yīng)應(yīng)，我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)新副產(chǎn)物生生成了銀鏡。因因此，新副產(chǎn)產(chǎn)物是（I），命名為為3,5,55-三氯-4-甲氧基基-3-環(huán)戊烯烯-1,2--二酮（TMCD）。TMCD的致變變性Ames試驗(yàn)中中，自發(fā)回變變菌落數(shù)在333-1744/皿之間，TMCD在不同濃度度下的回變菌菌落數(shù)如圖十十四所示。結(jié)結(jié)果顯示：TMCD在不加S9條件下測試試時(shí)TA100菌株在10--100μg/皿劑量范范圍內(nèi)引起回回變菌落數(shù)明明顯增加，并并呈劑量反應(yīng)應(yīng)關(guān)系。TA98在100μg/皿劑量下下引起回變菌菌落數(shù)明顯增增加，并超過過自發(fā)回變和和溶劑對照的的二倍以上，在在加S9條件下TMCCD的致變活活性降低，但但TA1000菌株在10--100μg/皿劑量范范圍內(nèi)仍引起起回