有机污染物降解的第一步是什么？

一、降解反应

一般来说自然有机物的微生物代谢和有机污染物的生物降解在本质上是一样的，发生在前者的化学过程也见于各种污染物的降解过程中，主要包括氧化反应、还原反应、水解反应和聚合反应。

1.氧化反应

氧化反应是许多有机污染物生物降解开始的第一步，是最重要的反应，特别是许多烷烃降解中的重要反应。羟化作用(hydroxylation)是最一般的氧化反应。例如芳香环氧化成儿茶酚的过程就是羟化作用的结果(图8-10)。形成羟基会增加化合物的极性，从而提高化合物的水溶性，有助于提高生物降解性。催化这种反应的酶包括羟化酶和混合功能氧化酶。另一类重要的氧化反应是N-脱烃作用(N-dealklation)，也常是污染物降解的第一步，特别是alkyl取代的农药(烷基取代基农药)，N-脱烃作用可被混合功能氧化酶所催化(图8-11)。其他的氧化反应还包括氧化脱氢、氧化脱氯、脱羧作用、β-氧化、醚键的水解、环氧化作用、硫氧化作用(sulfoxidation)及芳香环、杂环的断裂。有些化合物经氧化反应后仍保持原底物的生物活性，如阿特拉津降解的第一步是氧化反应，其氧化反应的产物仍保持作为农药的生物活性。

图8-10　苯氧化成儿茶酚的过程

2.还原反应

很多有机污染物在厌氧生物降解时发生还原反应(好氧条件下也有还原反应)。例如还原脱卤，酮(ketones)还原成醇(alchohols)，亚砜(sulfoxide)还原成硫化物(sulfide)。在还原反应中，还原脱氯尤为重要，还原脱氯是许多化合物(包括有机氯农药、烷基溶剂、烷基卤化物)的一种重要降解方式。这些化合物包括许多毒性最强，最难降解的污染物。脱氯以后可降低毒性，提高可降解性。DDT加氢转化成DDD就是一个烷基还原脱氯的例子。催化还原脱氯的催化剂是存在于细菌中的过渡金属复合物。

图8-11　阿特拉津的初始氧化

3.水解反应

水解反应是有机污染物降解过程中的重要反应，反应是向反应系统加水使底物中的某些基团发生水解。许多有机污染物的生物降解常开始于水解反应。有醚(ether)、酯(ester)或胺(amine)键的化合物在酯酶、丙烯酰氨酶、磷酸酶、水解酶和裂合酶催化下生成醚、酯、磷酸脂或胺键。此外还可以发生水解脱卤，卤素原子被水产生的羟基取代。这种反应也被称为取代反应，这如下式反应。

CH₃CH₂CH₂Cl+H₂─→O CH₃CH₂—CH₃OH+HCl

重要农药阿特拉津降解的第一步也是水解脱氯反应，且其产物不具有原来农药的活性。

4.聚合反应

有机污染物通过增加某些化学基团扩增，形成聚合产物，或者把污染物接到另一个分子或多个分子得二聚或多聚化合物。在污染物的微生物降解中，常发生甲基化(methylated)、乙酰化(acetylated)和甲酰化(formylated)，聚合以后的产物毒性比亲本化合物要小，然而在某些情况下，聚合后的污染物实际上对人和高等生物的毒性更大。

部分或者不完全降解也能导致聚合或合成比母体化合物更复杂、更稳定的化合物。这种情况发生在最初降解步骤，常常是胞外酶催化，并产生活泼的中间化合物，然后这些高度活泼的中间化合物能被结合或与环境中的有机物结合。例如除草剂敌稗(propanil)的水解产物3，4-二氯苯胺(3，4-Dichloroaniline)能被二聚化成为3，4-3'4'-四氯苯醌，三聚化成为4-(3，4-二氯苯胺)-3，3'，4'-三氯偶氮苯(4-(3，4-dichloroanilino)-3，3'，4'-trichloroazobenzene)。