徐小琴 尉小旋

摘要：尼古丁是煙草煙霧中的主要有機(jī)氮化合物之一，也是最主要的生物堿。在大氣環(huán)境中，尼古丁會被羥基自由基等氧化，發(fā)生氣相轉(zhuǎn)化反應(yīng)，生成二次有機(jī)氣溶膠，對人體健康造成影響。本文綜述了近年來尼古丁氣相轉(zhuǎn)化反應(yīng)機(jī)制的相關(guān)研究。

關(guān)鍵詞：尼古丁;氣相轉(zhuǎn)化反應(yīng);氣溶膠

中圖分類號：X831 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）05-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.05.072

Research progress on the reaction mechanism of nicotine gas phase transformation

Xu Xiaoqin，Wei Xiaoxuan

（College of Geography and Environmental Sciences，Zhejiang Normal University，Jinhua Zhejiang 321004，China）

Abstract：Nicotine is one of the main organic nitrogen compounds in tobacco smoke， and also the most important alkaloid. In the atmospheric environment，nicotine can be oxidized by some oxidizers such as hydroxyl radicals，which will generate secondary organic aerosols and affect human health.This paper reviews the recent studies on the mechanism of nicotine gas phase transformation.

Key words：Nicotine;Gas phase conversion reaction;Aerosol

1 尼古丁與羥基自由基反應(yīng)

研究發(fā)現(xiàn)室溫下尼古丁會被羥基自由基氧化，主要的氧化產(chǎn)物是甲酰胺和異氰酸[1]，異氰酸會引起氨甲?；?，導(dǎo)致類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎，白內(nèi)障和心血管疾病等疾病[2]。實驗中異氰酸在離吸煙環(huán)境最近的空氣中測得濃度高達(dá)1 ppb，足以引起健康問題。使用脈沖輻解技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，pH值從 1～13.6的范圍內(nèi)，羥基自由基會通過分步的電子/質(zhì)子轉(zhuǎn)移與尼古丁反應(yīng)，形成位于脂肪族環(huán)的C2 碳上的α-氨基烷基[3]。

2 尼古丁與臭氧反應(yīng)

Destaillats[4]研究發(fā)現(xiàn)，尼古丁可以被臭氧氧化，甲醛、N-甲基甲酰胺、煙堿醛和可替寧被鑒定為氧化產(chǎn)物，吡咯烷氮是臭氧親電攻擊的部位。同時發(fā)現(xiàn)水蒸氣的存在對特氟隆表面上的尼古丁-臭氧的反應(yīng)沒有影響，在潮濕空氣中棉花上的尼古丁解吸也不受臭氧的影響[5]。產(chǎn)物可替寧在尿液、血液和唾液中的濃度是生物監(jiān)測評估煙草煙霧暴露的種類、程度和頻率的首選方案[6]。

室內(nèi)表面反應(yīng)發(fā)現(xiàn)尼古丁-臭氧-NOx可以形成二次有機(jī)氣溶膠（SOA），其中尼古丁與臭氧的反應(yīng)對二次有機(jī)氣溶膠形成有顯著貢獻(xiàn)，產(chǎn)率為4%～9%，并進(jìn)一步確定了所產(chǎn)生的SOA的主要組成，提出了SOA形成的機(jī)制[7]。此外，SOA與二手煙氧化形成超細(xì)顆粒（UFP）有關(guān)，而SOA和UFP是三手煙的新組分。

3 尼古丁與亞硝酸反應(yīng)

Sleiman等人[5]的研究發(fā)現(xiàn)，吸附在室內(nèi)表面的煙草煙霧中殘留的尼古丁會與環(huán)境中的亞硝酸發(fā)生反應(yīng)，形成致癌性煙草特異性亞硝胺（TSNAs）。該研究在吸煙者車內(nèi)的表面上測量了大量的TSNAs，并使用纖維素作為室內(nèi)模型材料，使吸附的二手煙暴露于60 ppbv的亞硝酸3h后，發(fā)現(xiàn)表面結(jié)合的TSNAs增加了10倍，而新鮮的煙草煙霧中沒有檢測到TSNAs，表明實驗中TSNAs的快速形成是由于尼古丁的化學(xué)轉(zhuǎn)化，且轉(zhuǎn)化率高達(dá)0.4%，進(jìn)而證明了尼古丁能夠吸附到室內(nèi)表面與亞硝酸反應(yīng)形成TSNAs。值得一提的是，亞硝酸的主要室內(nèi)來源是無排氣燃燒裝置[8]、吸煙[9]、NO2和NO的表面轉(zhuǎn)化[10]的直接排放。綜上所述，反應(yīng)在室外白天條件下并不重要，而這一過程可能與N-亞硝胺和亞硝酸不易受光化學(xué)分解有關(guān)。煙草中的尼古丁、去甲煙堿、新煙草堿和假木賊堿能與亞硝酸反應(yīng)形成TSNAs。一般來說，尼古丁與亞硝酸的反應(yīng)會形成三種TSNAs，包括4-（N-甲基亞硝基氨基）-4-（3-吡啶基）-1-丁醛（NNA），N?-亞硝基降煙堿（NNN）和4-（N）- 甲基亞硝基氨基）-1-（3-吡啶基）-1-丁酮（NNK）。去甲煙堿、新煙草堿和假木賊堿與亞硝酸反應(yīng)的產(chǎn)物則分別是NNN、N?-亞硝基假木賊堿（NAB）和N?-亞硝基新煙草堿（NAT）。此外，由于煙草煙霧中存在氮氧化物，而人體唾液中含有亞硝酸鹽，因此人在吸煙時也能形成一定量的TSNAs，其中以NNN，NNK和NAT數(shù)量較多[11]。

另外，研究表明TSNAs作為強(qiáng)致癌物質(zhì)，主要形成于煙草的固化階段[12]，通過煙草生物堿的直接亞硝化反應(yīng)形成，而在煙草的固化階段，過渡金屬可以催化促進(jìn)亞硝胺的形成。使用尼古丁-銅模型系統(tǒng)證實，Cu2+通過形成尼古丁-Cu2+絡(luò)合物促進(jìn)生物堿形成亞硝胺，其中Cu2+以pH依賴的方式優(yōu)先與尼古丁的吡啶氮結(jié)合。

4 結(jié)論與展望

近年來，煙草煙霧中的尼古丁的環(huán)境健康效應(yīng)也得到越來越多的關(guān)注。尼古丁在環(huán)境中的反應(yīng)機(jī)制是影響其毒理效應(yīng)的重要因素，很多研究都試圖研究完整的反應(yīng)機(jī)制來討論其毒理學(xué)機(jī)理。本文綜述了尼古丁在大氣環(huán)境中被羥基自由基、臭氧以及亞硝酸氧化的機(jī)理研究，有助于進(jìn)一步理解尼古丁在環(huán)境中的危害。

參考文獻(xiàn)

[1]Borduas N， Murphy J G， Wang C， et al. Gas Phase Oxidation of Nicotine by OH Radicals： Kinetics， Mechanisms， and Formation of HNCO[J].Environ Sci Technol Let，2016，3（9）：327-331.

[2]Wang Z， Nicholls S J， Rodriguez E R， et al. Protein Carbamylation Links Inflammation， Smoking， Uremia and Atherogenesis[J].Nat Med，2007，13（10）：1176-1184.

[3]Kosno K， Janik I， Celuch M， et al.The Role of pH in the Mechanism of OH Radical Induced Oxidation of Nicotine[J].Isr J Chem，2014，54（3）：302-315.

[4] Destaillats H S B.Effect of Ozone on Nicotine Desorption from Model Surfaces：Evidence for Heterogeneous Chemistry[J].Environ Sci Technol，2006（40）：1799-1805.

[5]Sleiman M， Gundel L A， Pankow J F， et al. Formation of Carcinogens Indoors by Surface-mediated Reactions of Nicotine with Nitrous Acid， Leading to Potential Thirdhand Smoke Hazards[J]. Proc Natl Acad Sci USA，2010，107（15）：6576-6581.

[6]Torres S， Merino C， Paton B， et al. Biomarkers of Exposure to Secondhand and Thirdhand Tobacco Smoke： Recent Advances and Future Perspectives[J]. Int J Environ Res Public Health，2018，15（12）：2693.

[7]Sleiman M， Destaillats H， Smith J D， et al. Secondary Organic Aerosol Formation from Ozone-initiated Reactions with Nicotine and Second-hand Tobacco Smoke[J]. Atmos Environ，2010，44（34）：4191-4198.

[8]Spengler J D， Brauer M， Samet J M， et al. Nitrous acid in Albuquerque， New Mexico， homes[J]. Environ Sci Technol，1993（27）：841–845.

[9]Benner C L， Bayona， J M， Caka， F M， et al. Chemical Composition of Environmental Tobacco Smoke.2.Particulate-phase Compounds[J]. Environ Sci Technol，1989（23）：688-699.

[10]Hirokawa J， Kato T， Mafune F. Uptake of Gas-Phase Nitrous Acid by pH-Controlled Aqueous Solution Studied by a Wetted Wall Flow Tube[J].J Phys Chem A，2008，112（47）：12143-12150.

[11]Hecht S S，Hof f mann D. Tobacco-speci f i c ni trosami nes，an i mportant group of carci nogens i n tobacco and tobacco smoke[J].Carci nogenesi s，1988，9（6）：875-884.

[12]Gupta P C M， P.R.， Bhonsle， R.B. Epidemiology of Cancer by Tobacco Products and the Significance of TSNA[J].J Crit Rev Toxicol，1996，26（2）：183-198.

收稿日期：2020-04-01

作者簡介：徐小琴（1994-），女，漢族，碩士研究生，研究方向為環(huán)境化學(xué)。

通訊作者：尉小旋