尼古丁气相转化反应机制的研究进展
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作者:徐小琴 尉小旋
摘要：尼古丁是烟草烟雾中的主要有机氮化合物之一，也是最主要的生物碱。在大气环境中，尼古丁会被羟基自由基等氧化，发生气相转化反应，生成二次有机气溶胶，对人体健康造成影响。本文综述了近年来尼古丁气相转化反应机制的相关研究。
关键词：尼古丁;气相转化反应;气溶胶
中图分类号：X831 文献标识码：A 文章编号：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 尼古丁與羟基自由基反应
研究发现室温下尼古丁会被羟基自由基氧化，主要的氧化产物是甲酰胺和异氰酸[1]，异氰酸会引起氨甲酰化，导致类风湿性关节炎，白内障和心血管疾病等疾病[2]。实验中异氰酸在离吸烟环境最近的空气中测得浓度高达1 ppb，足以引起健康问题。使用脉冲辐解技术研究发现，pH值从 1～13.6的范围内，羟基自由基会通过分步的电子/质子转移与尼古丁反应，形成位于脂肪族环的C2’ 碳上的α-氨基烷基[3]。
2 尼古丁与臭氧反应
Destaillats[4]研究发现，尼古丁可以被臭氧氧化，甲醛、N-甲基甲酰胺、烟碱醛和可替宁被鉴定为氧化产物，吡咯烷氮是臭氧亲电攻击的部位。同时发现水蒸气的存在对特氟隆表面上的尼古丁-臭氧的反应没有影响，在潮湿空气中棉花上的尼古丁解吸也不受臭氧的影响[5]。产物可替宁在尿液、血液和唾液中的浓度是生物监测评估烟草烟雾暴露的种类、程度和频率的首选方案[6]。
室内表面反应发现尼古丁-臭氧-NOx可以形成二次有机气溶胶（SOA），其中尼古丁与臭氧的反应对二次有机气溶胶形成有显著贡献，产率为4%～9%，并进一步确定了所产生的SOA的主要组成，提出了SOA形成的机制[7]。此外，SOA与二手烟氧化形成超细颗粒（UFP）有关，而SOA和UFP是三手烟的新组分。
3 尼古丁与亚硝酸反应
Sleiman等人[5]的研究发现，吸附在室内表面的烟草烟雾中残留的尼古丁会与环境中的亚硝酸发生反应，形成致癌性烟草特异性亚硝胺（TSNAs）。该研究在吸烟者车内的表面上测量了大量的TSNAs，并使用纤维素作为室内模型材料，使吸附的二手烟暴露于60 ppbv的亚硝酸3h后，发现表面结合的TSNAs增加了10倍，而新鲜的烟草烟雾中没有检测到TSNAs，表明实验中TSNAs的快速形成是由于尼古丁的化学转化，且转化率高达0.4%，进而证明了尼古丁能够吸附到室内表面与亚硝酸反应形成TSNAs。值得一提的是，亚硝酸的主要室内来源是无排气燃烧装置[8]、吸烟[9]、NO2和NO的表面转化[10]的直接排放。综上所述，反应在室外白天条件下并不重要，而这一过程可能与N-亚硝胺和亚硝酸不易受光化学分解有关。烟草中的尼古丁、去甲烟碱、新烟草碱和假木贼碱能与亚硝酸反应形成TSNAs。一般来说，尼古丁与亚硝酸的反应会形成三种TSNAs，包括4-（N-甲基亚硝基氨基）-4-（3-吡啶基）-1-丁醛（NNA），N?-亚硝基降烟碱（NNN）和4-（N）- 甲基亚硝基氨基）-1-（3-吡啶基）-1-丁酮（NNK）。去甲烟碱、新烟草碱和假木贼碱与亚硝酸反应的产物则分别是NNN、N?-亚硝基假木贼碱（NAB）和N?-亚硝基新烟草碱（NAT）。此外，由于烟草烟雾中存在氮氧化物，而人体唾液中含有亚硝酸盐，因此人在吸烟时也能形成一定量的TSNAs，其中以NNN，NNK和NAT数量较多[11]。
另外，研究表明TSNAs作为强致癌物质，主要形成于烟草的固化阶段[12]，通过烟草生物碱的直接亚硝化反应形成，而在烟草的固化阶段，过渡金属可以催化促进亚硝胺的形成。使用尼古丁-铜模型系统证实，Cu2+通过形成尼古丁-Cu2+络合物促进生物碱形成亚硝胺，其中Cu2+以pH依赖的方式优先与尼古丁的吡啶氮结合。
4 结论与展望
近年来，烟草烟雾中的尼古丁的环境健康效应也得到越来越多的关注。尼古丁在环境中的反应机制是影响其毒理效应的重要因素，很多研究都试图研究完整的反应机制来讨论其毒理学机理。本文综述了尼古丁在大气环境中被羟基自由基、臭氧以及亚硝酸氧化的机理研究，有助于进一步理解尼古丁在环境中的危害。 参考文献
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收稿日期：2020-04-01
作者簡介：徐小琴（1994-），女，汉族，硕士研究生，研究方向为环境化学。
通讯作者：尉小旋
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