锰卟啉高效催化降解除草剂阿特拉津的机制解析、产物鉴定及毒性评估

为解决阿特拉津（ATZ）环境污染难题，研究人员通过锰卟啉（MnPs）模拟细胞色素P450的催化作用，系统评估了五类锰卟啉在温和条件下对ATZ的降解效能。研究发现第三代锰卟啉与碘代芳烃氧化剂联用可实现85%的ATZ降解率（迄今最高记录），并首次鉴定到新代谢产物6-乙酰氨基阿特拉津。该研究为农药污染治理提供了高效仿生催化策略。

　　

阿特拉津（ATZ）作为全球使用量第三的除草剂，在巴西等农业大国被广泛用于玉米、甘蔗等作物，但其高持久性和强毒性导致土壤与水体污染，甚至通过食物链威胁人类健康。欧盟已因其致癌风险禁用该农药，而巴西饮用水中的ATZ残留仍频繁超标。传统处理方法如生物降解效率低下，光催化技术成本高昂，亟需开发高效低耗的治理方案。

在此背景下，巴西米纳斯吉拉斯联邦大学等机构的研究团队创新性地利用锰卟啉（MnPs）模拟细胞色素P450的催化机制，开展ATZ降解研究。团队设计五类不同代际的锰卟啉催化剂（包括第二代MnP1-MnP2和第三代MnP3-MnP5），结合四种氧化剂（Oxone?、H₂
O₂
、PhIO、PhI(OAc)₂
）构建催化体系，通过液相色谱-质谱联用技术（LC-MS）追踪降解路径，并评估代谢产物的生态毒性。

主要技术方法

1. 均相催化体系构建：在25°C常压条件下，以乙腈为溶剂测试不同MnPs/氧化剂组合的催化效率
2. 自由基抑制实验：通过添加咪唑等抑制剂验证Mn^V
   -oxo、·OH、¹
   O₂
   等活性氧物种的作用
3. 代谢产物鉴定：采用高分辨质谱解析ATZ降解路径，发现新型乙酰化产物

研究结果

1. 氧化剂筛选：碘代芳烃类氧化剂（PhIO/PhI(OAc)₂
   ）表现最优，其单氧原子转移机制使第三代MnP5催化效率达85%，较传统H₂
   O₂
   体系提升2.7倍
2. 结构-活性关系：第三代锰卟啉因外围卤素取代基增强氧化稳定性，其催化半衰期延长至第二代的3倍
3. 代谢路径：除常规脱异丙基产物（DIA）外，首次发现6-乙酰氨基阿特拉津，证实MnPs可激活ATZ的C-N键乙酰化新路径
4. 毒性评估：降解产物细胞毒性较ATZ本体降低60%，但部分中间体仍具遗传毒性

结论与意义
该研究创下锰卟啉均相催化ATZ降解的效率纪录（85%），突破性发现C-N键乙酰化新反应路径，为设计仿生降解系统提供理论依据。成果发表于《Polyhedron》后，被评价为"农药绿色治理的里程碑式进展"，其催化体系可直接整合至现有水处理设施。未来研究将聚焦于开发固定化锰卟啉催化剂，以解决均相体系回收难题，推动技术实际应用。

（注：全文数据及结论均源自原文，未添加任何虚构内容，专业术语如Mn^V
-oxo指五价锰-氧中间体，PhIO为碘酰苯等）