Nghiên cứu quá trình phân hủy một số hợp chất thuốc kháng sinh bằng phương pháp quang hóa UV HOCl clo

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN HÀ THỊ HẢI YẾN NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY MỘT SỐ HỢP CHẤT THUỐC KHÁNG SINH BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUANG HÓA UV/HOCl/ClO- LUẬN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

HÀ THỊ HẢI YẾN

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY MỘT SỐ HỢP CHẤT

THUỐC KHÁNG SINH BẰNG PHƯƠNG PHÁP

QUANG HÓA UV/HOCl/ClO-

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2016

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

HÀ THỊ HẢI YẾN

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY MỘT SỐ HỢP CHẤT

THUỐC KHÁNG SINH BẰNG PHƯƠNG PHÁP

QUANG HÓA UV/HOCl/ClO- Chuyên nghành: Hóa phân tích

Mã số: 60440118

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS Đào Hải Yến

Hà Nội - 2016

MỞ ĐẦU

Các chất ô nhiễm mới trong môi trường nước gần đây được quan tâm nghiên cứu là sự tồn dư của các chất kháng sinh và các mỹ phẩm sau khi được sử dụng bị thải loại vào môi trường Những chất ô nhiễm mới này được định nghĩa là những hợp chất chưa bao gồm trong các tiêu chuẩn về chất lượng nước, chưa được nghiên cứu trước đây, và có khả năng ảnh hưởng đến môi trường sinh thái và sức khỏe con người Các hợp chất kháng sinh tồn tại trong nước phần lớn do các tác động của con người và liên tục đươc thải vào môi trường, chúng có thể tác động đến các vi sinh vật, gây nên sự kháng thuốc, cũng như các sản phẩm chuyển hóa của chúng có thể

là những hợp chất có độc tính cao Các hợp chất kháng sinh này thường không xử lý được bằng các phương pháp xử lý nước truyền thống và vẫn còn tồn tại trong nước sinh hoạt dẫn đến nguy cơ tích lũy trong cơ thể con người

Tại Việt Nam, việc nghiên cứu về dư lượng của các hợp chất kháng sinh trong nước tự nhiên cũng như nước sinh hoạt chưa được chú ý, việc ứng dụng Clo

để khử trùng được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như khử trùng nước, phun diệt trùng môi trường, phòng chống dịch bệnh, tuy nhiên cũng không nhiều những nghiên cứu về sự phân hủy cũng như các sản phẩm phụ của quá trình tiệt trùng nước có chứa những chất ô nhiễm hữu cơ mới

Ciprofloxacin (CIP), một Fluoroquinolone (FQ) thế hệ thứ hai và một trong những loại thuốc kê đơn nhiều nhất trên thế giới Nó đã được dùng trong thời gian bùng phát bệnh than vào năm 2001 và cũng đã được sử dụng để nhắm mục tiêu tác nhân sinh học của bệnh Legionnaire và thương hàn CIP là một loại FQs mạnh có liên quan đến tác dụng phụ nghiêm trọng bao gồm gân vỡ và tổn thương thần kinh

do cơn co giật Do những tác dụng bất lợi mà CIP gây ra nên nó đã được quan tâm nghiên cứu trong thời gian gần đây bởi vì nó đã được tìm thấy thường xuyên trong nguồn nước mặt, nước thải ở mức có thể gây ra sự kháng thuốc của nhiều loại vi khuẩn

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng quá trình oxy hóa tiên tiến (AOPs) và các ứng dụng hấp phụ là những phương pháp xử lý hữu hiệu cho việc làm giảm hoặc loại bỏ CIP trong nước và nước thải hoàn toàn Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng CIP nhạy cảm với những biến đổi quang hóa trực tiếp bởi sự tiếp xúc trực tiếp với UV

và bằng cách thêm chất xúc tác quang hóa như hydrogen peroxide (H2O2), và

titanium dioxide (TiO2) vào dung dịch [5] Nghiên cứu hấp phụ CIP lên trầm tích ở dưới nước, đất và bùn cũng đã được tiến hành bởi nhóm nghiên cứu Carmosini et al., 2009

Nhìn chung, việc nghiên cứu sâu về các quá trình clo hóa kết hợp với chiếu

xạ UV còn chưa nhiều đặc biệt là với các đối tượng ô nhiễm mới như các hợp chất kháng sinh Các sản phẩm phụ của quá trình chuyển hóa các hợp chất này trong tự nhiên cũng như trong quá trình xử lý cũng chưa được nghiên cứu sâu Vì vậy chúng

tôi đề xuất đề tài ―Nghiên cứu quá trình phân hủy một số hợp chất thuốc kháng sinh

bản chất của các quá trình này trong tự nhiên cũng như trong các quá trình xử lý nước

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

Lịch sử hình thành

Năm 1929, Alexander Fleming phát hiện ra khả năng kháng khuẩn của nấm Penicillium notatum, mở đầu cho nghiên cứu và sử dụng kháng sinh, và sau đó là hàng loạt những nghiên cứu, sản xuất và sử dụng kháng sinh phát triển mạnh do tác dụng hơn hẳn trong điều trị các bệnh nhiễm khuẩn so với các thuốc kháng sinh khác Giới y học định nghĩa : Kháng sinh là những chất tạo thành do chuyển hoá sinh học, có tác dụng ngăn cản sự tồn tại hoặc phát triển của vi khuẩn ở nồng độ thấp, được sản xuất bằng sinh tổng hợp hoặc tổng hợp theo mẫu các kháng sinh tự nhiên

Phân loại

Kháng sinh được phân chia thành các loại sau:

+ Nhóm Beta lactam: các Penicilin, các Cephalosporin, Carbapenem,

Monobactam, các chất ức chế Beta lactam

+ Nhóm Aminosid: Streptomicin, Dihydrostreptomycin, Kanamycin,

Neomycin, Paromomycin

+ Nhóm Chloramphenicol (hay Phenicol): Chloramphenicol,

Thiamphenicol…

+ Nhóm Tetracyclin

+ Nhóm Amynoglycosid

+ Nhóm Lincosamid: Clindamycin, Lincomycin…

+ Nhóm Marcrolid: Erythromycin, spiramycin, Azithromycin,…

+ Nhóm Quinolone: ciprofloxacin, ciprofloxacin-d8, oxolinic acid,

danofloxacin, enrofloxacin, difloxacin, sarafloxacin, ofloxacin, norfloxacin

+ Nhóm kháng sinh tổng hợp khác: Fosfomycin …

Kháng sinh họ Quinolone

Quinolone là một kháng sinh được sử dụng rộng rãi trong việc điều trị nhiễm

trùng ở người và động vật Mục tiêu chính của chúng là vi khuẩn bacterial enzyme DNA gyrase hay topoisomerase II Quinolone có thành phần hóa học là dẫn suất của axit nalidixic Dựa trên phổ kháng khuẩn của nó, quinolone được chia thành nhiều thế hệ như:

- Quinolone thế hệ thứ nhất: cinoxacin, flumequine, axit nalidixic,

oxilinic,

- Quinolone thế hệ thứ hai: ciprofloxacin, enoxacin, fleroxacin,…

- Quinolone thế hệ thứ ba: balofloxacin, gatifloxacin, grepafloxacin…

- Quinolone thế hệ thứ tư: garenoxacin, clinafloxacin, gemifloxacin… Công thức cấu tạo chung của nhóm quinolone là hợp chất vòng thơm có chứa

N, vị trí thứ 4 có gắn nhóm ketone, vị trí thứ 3 có gắn nhóm carboxylic Các dẫn suất của quinolone gồm những hợp chất mà: Vị trí 1: có thể gắn thêm nhóm alkyl hoặc aryl; Vị trí 6: có thể gắn thêm F; Vị trí 2, 6, 8 có thể gắn thêm một nguyên tử

N

Hình 1.1 Cấu trúc cơ bản của nhóm quinolone

Tính chất acid - base nhóm quinolone:

Quinolone có một nhóm carboxylic ở vị trí số 3 nên đây là một hợp chất có tính acid Một số quinolone có chứa thêm nhóm amine khác nên có thêm tính base Dựa vào pKa có thể chia nhóm quinolone thành hai loại: Acidic quinolone (AQ) và Piperazinyl quinolone (PQ)

- Acidic quinolone (AQ): chỉ có một giá trị pKa thuộc khoảng 6,0 đến 6,9 Trong nước chúng tồn tại ở dạng trung hòa hoặc dạng anion Thường AQ gồm những quinolone thuộc thế hệ thứ nhất

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt

1 Nguyễn Minh Đức (2006), Sắc ký lỏng hiệu năng cao và một số ứng dụng

vào nghiên cứu, dược phẩm và hợp chất thiên nhiên, NXB y học chi

nhánh thành phố Hồ Chí Minh

2 Nguyễn Văn Ri (2007), Các phương pháp tách sắc ký, chuyên đề cao học

trường ĐH KHTN – ĐHQG Hà Nội

3 Danh mục hóa chất, kháng sinh hạn chế sử dụng trong sản xuất kinh doanh

thủy sản, ban hành kèm theo quyết định số 07/2005/QĐ-BTS ngày 24/2/2005

Tiếng Anh

4 A.Garces, A.Zerzanova, R.Kucera, D.Barron, J.Barbosa (2006),

―Determination of a series of quinolones in pig plasma using solid-phase extraction and liquid chromatography coupled with mass spectrometric detection: Application to pharmacokinetic studies", Journal of Chromatography A, 1137, pp 22 – 29

5 Avisar D, Lester Y, Mamane H (2010), pH induced polychromatic UV

treatment for the removal of a mixture of SMX, OTC and CIP from water J Hazard Mater, 175(1–3), pp 1068–1074

6 Benedek Gy Plo´ sz, Christian Vogelsang, Kenneth Macrae, Harald H

Heiaas, Antonio Lopez, Helge Liltved and Katherine H Langford

(2010), The BIOZO process – a biofilm system combined with ozonation: occurrence of xenobiotic organic micro-pollutants in and removal of polycyclic aromatic hydrocarbons and nitrogen from landfill leachate,

Water Science & Technology—WST, pp 61-62

7 B.Toussaint, M.Chedin, G.Bordin, A.R.Rodriguez (2005), Journal of

Chromatography A,1088, pp 32-39

8 Bhandari et al (2008), Anticovulsant activities of some novel 3-[5-substituted

1, 3, 4- thiadiazole-YL]-2-styryl quinazoline-4(3H)- ones, 98, pp 45-65

9 Commission of the Eurobean Communities (1996), Off J.Eur.Commun,

L125, Beijing

10 Ding Wang (2015), Application of the UV/Chlorine Advanced Oxidation

Process for Drinking Water Treatment, Doctor of Philosophy, Graduate

Department of Civil Engineering University of Toronto

11 Fasani E, Rampi M, Albini A (1999), Photochemistry of some

fluoroquinolones: effect of pH and chloride ion J Chem Soc Perk, T

2(9), pp 1901–1907

12 F.Salehzadeh, A.Salehzadeh, N.Rokini, R.Madani, and F.Golchinefar

(2007), Pakistan Journal of Nutrition 6, 409-413

13 Gad-Allah TA, Ali MEM, Badawy MI (2011), Photocatalytic oxidation of

ciprofloxacin under simulated sunlight J Hazard Mater, 186 (1), pp

751–755

14 H Sun , F-X.Qiao (2008), ―Recognition mechanism of water-compatible

molecularly imprinted solid-phase extraction and determination of nine quinolones in urine by high performance liquid chromatography‖,

Journal of Chromatography A ,1212, pp 1-9

15 H.Ovando, N Gorla, Dr Cs Biol.(2004) A weyers, M Sc., L.ugnia, m.v.,a

Magnoli M.V Arch Med Vet XXXVI N0 1

16 Jerker Fick (2009), Contamination of surface, ground, and drinking water

from pharmaceutical production, Environmental Toxicology and

Chemistry, Vol 28, No 12, pp 2522–2527

17 Kolpin, Dana; Furlong, Edward; Meyer, Michael; Thurman, E Michael;

Zaugg, Steven; Barber, Larry; and Buxton, Herbert (2002),

Contaminants in U.S Streams, 1999-2000: A National Reconnaissance,

USGS Staff Published Research, pp 68

18 Mella M, Fasani E, Albini A (2001), Photochemistry of

1-cyclopropyl-6-fluoro-1,4-dihydro-4-oxo-7-(piperazin-1-yl)quinoline-3-car-boxylic acid (0 ciprofloxacin) in aqueous solutions, Helv Chim Acta, 84(9), pp 2508–

2519

19 M.A.Garcia, C Solans, A.Calvo, E.Hernandez, R Rey, M.A.Bregante,

M.Puig (2004), Biomedical Chromatography volume 19, pp 27-31

20 Paul T, Dodd MC, Strathmann TJ (2010), Photolytic and photocatalytic

decomposition of aqueous ciprofloxacin: transformation products and

residual antibacterial activity, Water Res, 44(10), pp.3121–3132

21 P-S Chu, R-C Wang, and H.V Chu (2002), J.Agric.Food Chem, 50, pp

4425-4455

22 S.Mostafa, M.EI- Sadek and E.A.Alla (2001), Journal of pharmaceutical and

Biomedical Analysis volume 27, pp 133-142