Degradation of oseltamivir (Tamiflu) in UV photolysis and UV/H2O2 reactions

Abstract

Oseltamivir (OST) is widely used as an antiviral drug and has been a concern in the aquatic environment. In this study, the degradation mechanisms of OST were investigated through UV photolysis and UV/H2O2 reactions. The effects of pH, temperature, humic acid, H2O2 concentration, and inorganic anions such as Cl–, HCO3–, and NO3– were examined with respect to the degradation kinetics. The degradation kinetics of each reaction followed the pseudo-first order. The UV/H2O2 reaction showed a higher removal than UV photolysis because of the effective generation of OH radical. The contribution of the OH radical under different pH conditions was determined using nitrobenzene as a radical scavenger. The OH radical contributed 88% at pH 6.5, showing the highest contribution than pH 3.5 (79%) and pH 9.5 (84%). 64% of total organic carbon in OST was mineralized after 12 h in UV/H2O2 reaction. 10 transformation byproducts (TPs) were identified using ultra-performance liquid chromatography-quadrupole-time of flight : six (m/z = 277, 327, 329, 347, 361, and 377) from UV/H2O2, two (m/z = 226 and 244) from UV photolysis, and two (m/z = 261 and 331) from both reactions. Based on the identified TPs, the potential degradation pathways were proposed.

Tamiflu로 흔히 알려져 있는 Oseltamivir는 인플루엔자 A 바이러스 와 B 바이러스의 감염 치료제로 전세계적으로 많이 이용되고 있다. 사용 량의 증가에 따라 강, 호소수 등의 상수원에서 수 십에서 수 백 ng/L 농 도로 검출되는 사례가 많다. 항바이러스제는 수계에 높은 농도로 존재할 경우 내성 바이러스 출현 문제가 있다. 따라서 적정 수처리 기술을 이용 하여 인간 및 수중 생물에게 오염물질이 노출되는 것을 방지해야 할 필 요성이 증가하고 있다. 이 연구에서는 OST의 분해 메커니즘을 알아보기 위해 자외선 광분해 및 UV/H2O2 반응을 이용한 실험을 실시하였다. pH, 온도, 과산화수소 농도, 휴믹산 농도, 염소 이온(Cl- ), 중탄산(HCO- ), 질산염(NO3 - ) 등 무기 음이온이 분해에 미치는 영향을 실험하였고, 각 반응들은 모두 유사 1차 반응을 따랐다. UV/H2O2 반응은 ∙OH의 생성으 로 인해 UV 광분해보다 높은 제거율을 보였다. 세 가지 pH 조건에서의 ∙OH 기여도는 니트로벤젠을 사용하여 결정되었고, pH 3.5에서 79%, pH 6.5에서 88%, pH 9.5에서 84%의 기여도를 보였다. 그리고 12시간 UV/H2O2 반응을 통해 64%의 OST가 무기화되었다. UPLC-QToF/MS를 사용하여 검출된 10개의 분해 유기 부산물은 각각 UV/H2O2 에서 6개(m/z = 277.1, 327.2, 329.2, 347.2, 361.2, 377.2), 자외선 광분해 반응에서 2개(m/z = 226.2, 244.4), 두 반응에서 공통된 2개 (m/z = 261.1, 331.2)물질이 검출되었다. 검출된 부산물들을 기반으로, OST의 분해 경로가 제시하였다.