《Food Chemistry》：Stereoselective behavior, residue dissipation, and household removal of isocycloseram stereoisomers in cabbage and soil using an optimized QuEChERS-UHPLC-MS/MS method
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基于QuEChERS-UHPLC-MS/MS方法同时分离定量四种异构体（ISM, ISS, ISO, ISR）在甘蓝及土壤中的立体选择性降解规律，结合DFT计算揭示其分子稳定性差异（HOMO-LUMO间隙与极性），并评估1%柠檬酸清洗效率。
周文文|刘森尧|陈健|张书杰|谢玉军|谢桂|周志
江西农业大学食品科学与工程学院，南昌330045，中国
摘要
本文开发了一种分析方法，结合QuEChERS提取技术和超高效液相色谱-质谱联用（UHPLC-MS/MS）技术，用于分离和定量卷心菜和土壤中的四种异环氯酰胺（isocycloseram）立体异构体。这些立体异构体包括cis-(+)-(5R,4S) ISR、cis-(?)-(5S,4R) ISM、trans-(+)-(5R,4R) ISO和trans-(?)-(5S,4S) ISS，在Chiralcel OJ-3R色谱柱上使用乙腈/水（60:40，0.3%甲酸）混合物作为流动相时能够实现基线分离。该方法表现出良好的线性（R2 ≥ 0.998）、最低检测量（LOQ）为0.01 mg kg?1以及85.33–109.51%的回收率（相对标准偏差RSD ≤ 11.64%）。田间试验表明，顺式异构体（尤其是ISM）的降解速度比反式异构体（ISO和ISS）快，半衰期分别为2.11–4.95天。密度泛函理论（DFT）计算显示ISM的HOMO-LUMO能隙较小，稳定性较低，ISS的稳定性也较低。用1%柠檬酸清洗可去除高达88.35%的ISM和其他异构体，这与分子的极性和静电势有关。本研究为手性农药的分析提供了工具，并有助于了解其立体选择性行为，从而评估其在环境中的命运和膳食风险。
引言
农药被广泛用于保护作物免受害虫、疾病和杂草的侵害（联合国儿童基金会，2024年）。许多农药是手性化合物，含有一个或多个立体中心。它们的立体异构体通常具有不同的物理化学性质、生物活性和环境行为（Chen等人，2025年）。这些差异源于与生物体内酶和受体的立体选择性相互作用。因此，每种异构体的毒性、持久性和生态风险可能有所不同（Fan等人，2025年；Liu、Li等人，2025年）。了解手性农药的立体选择性行为对于评估其安全性和有效性非常重要。
异环氯酰胺是一种新型异噁唑啉类杀虫剂，它作用于γ-氨基丁酸（GABA）受体的独特位点，与有机氯类和氟虫腈的作用位点不同。该分子含有两个立体中心，从而产生四种立体异构体：cis-(+)-(5R,4S)异环氯酰胺（ISR）、cis-(?)-(5S,4R) ISM、trans-(+)-(5R,4R) ISO和trans-(?)-(5S,4S) ISS（图1）。其中，ISM表现出最高的生物活性（Jeschke，2024年）。异环氯酰胺对鳞翅目、半翅目和甲虫目昆虫有效，尤其是卷心菜上的小菜蛾（Plutella xylostella）（Bordini等人，2025年；Saran等人，2025年；van Herk & Vernon，2025年）。在生物测定中，ISM的48小时LC??值为0.2629 mg L?1，其毒性是阿维菌素的21.46倍（Palumbo，2022年）。在田间使用时，剂量为15–30 g a.i. ha?1，控制效果可达76.71%至99.02%（Lira等人，2024年）。它还用于番茄和花生作物，对叶矿虫和棉铃虫有良好的控制效果（Blythe等人，2022年；Palumbo，2022年）。
以往关于异环氯酰胺在农业系统中的研究主要集中在总残留量和降解动力学方面。例如，Luo等人（2022年）报告称异环氯酰胺在卷心菜和土壤中的降解遵循一级动力学，半衰期分别为2.10至2.28天和2.41至2.63天。同样，Katna等人（2024年）观察到在番茄中异环氯酰胺也遵循一级降解规律，且半衰期随施用剂量增加而延长，达到3.13–3.46天。异环氯酰胺对卷心菜中的小菜蛾（Plutella xylostella）和番茄中的多种叶矿虫具有显著的防治效果（Lira等人，2024年；Palumbo，2022年）。
然而，对所有四种异环氯酰胺立体异构体的环境行为进行系统评估仍存在显著不足。现有研究主要关注总残留量或个别异构体，忽视了立体化学对环境命运和风险的关键影响。鉴于手性农药的对映体在生物活性和环境持久性方面存在显著差异，这一点尤为重要。例如，(1S,3R)-(?)-和(1S,3S)-(?)-异构体的活性比相应异构体高100多倍，且降解速度更快（Li等人，2020年）。相反，对于氟氯啶酮（fluorochloridone），生物活性更高的异构体具有更强的持久性（Li、Chen等人，2024年）。由于缺乏全面的立体选择性数据，异环氯酰胺的环境和膳食风险评估仍然不完整。因此，阐明特定异构体的降解、迁移和残留特征对于合理应用和基于证据的监管决策至关重要。
手性农药异构体的分离和分析主要通过色谱技术实现，通常采用QuEChERS样品预处理与气相色谱（GC）、液相色谱（LC）或UHPLC-MS/MS联用，其中QuEChERS因其高效性而受到青睐，UHPLC-MS/MS则因其高分辨率和痕量分析的灵敏度而受到重视（Cervantes-Díaz等人，2024年；Kim等人，2022年；Wu & Ding，2023年）。通过优化色谱柱和流动相，可以实现立体异构体的基线分离（Fu等人，2025年；Li等人，2025年）。然而，对于异环氯酰胺而言，现有的HPLC或LC-TQ方法主要关注总残留量的定量，四种立体异构体的完全分离和单独定量尚未得到充分发展（Katna等人，2025年；Luo等人，2022年）。因此，关于植物-土壤系统中所有四种异环氯酰胺立体异构体的同时立体选择性分析、比较降解动力学、基于DFT的稳定性解释以及实际修复策略的知识仍存在较大空白。
为填补这些知识空白，本研究开发并验证了一种QuEChERS-UHPLC-MS/MS方法，能够同时分离和定量卷心菜和土壤中的四种异环氯酰胺立体异构体（ISS、ISM、ISR和ISO）。该方法用于研究田间条件下每种异构体的立体选择性降解模式。为进一步解释观察到的降解和环境命运差异，采用了DFT计算来分析分子稳定性和反应性。此外，还评估了多种家庭清洗方法去除卷心菜中个别异构体的有效性，为减少膳食暴露提供了实际建议。这些综合发现有助于更深入地了解手性农药残留物的立体选择性行为、环境安全性和分析策略。
试剂和材料
异环氯酰胺立体异构体标准品（纯度≥99%）和9.2% DC由Syngenta India（印度马哈拉施特拉邦浦那）提供；色谱级二氯甲烷、甲醇、乙酸乙酯和丙酮购自Xilong Scientific Co., Ltd.（中国广东省汕头）；色谱级甲酸（纯度≥88%）购自Kermel Chemical Reagent Co., Ltd.（中国天津）；色谱级乙腈购自Merck（美国）；分析级钠...
基于DFT的异环氯酰胺立体异构体研究
如图3所示，DFT计算揭示了四种异构体在分子结构层面的差异，为它们的环境行为和收获后清洗过程中的去除提供了解释基础。
前线分子轨道，即最高占据分子轨道与最低未占据分子轨道（HOMO-LUMO）之间的能量差，在量子化学中至关重要，它决定了电子转移和分子相互作用（Cheng等人，2022年）。
结论
本研究开发并验证了一种基于QuEChERS技术和超高效液相色谱-串联质谱（UHPLC-MS/MS）的方法，用于同时分离和定量卷心菜和土壤基质中的四种异环氯酰胺立体异构体（ISM、ISS、ISO和ISR）。在优化的色谱条件下，使用Chiralcel OJ-3R色谱柱实现了所有立体异构体的基线分离。该方法表现出优异的线性和高灵敏度（最低检测量...
CRediT作者贡献声明
周文文：撰写初稿、项目管理、研究设计、资金申请。
刘森尧：概念构思。
陈健：概念构思。
张书杰：研究实施。
谢玉军：方法学设计。
谢桂：撰写与编辑。
周志：方法学设计。
未引用的参考文献
Al-Sulaimi等人，2023年
Wen, Cheng, Xu, Liu和Wu，2022年
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了江西省自然科学基金（20252BAC240594）和江西省林业科学院基础研究与人才研究专项（2024512502）的支持。
