酸化マンガン酸化物とのオキシテトラサイクリン反応の速度論

テトラサイクリン抗生物質は、ヒト療法、動物飼育、水産養殖、および果物の生産に適用される幅広いスペクトルの抗菌剤のクラスを構成します。土壌と堆積物のこれらの抗生物質に影響を与えるプロセスをよりよく理解するために、酸化マンガン（MNO2）によるオキシテトラサイクリン変換の速度論を、反応物濃度、pH、および温度の関数として調査しました。オキシテトラサイクリンは、MNO2によって急速に分解されました。初期反応速度は顕著なpH依存性を示し、pHが減少するにつれて増加しました。オキシテトラサイクリンとMnO2との反応には、Mn（II）イオンの生成が伴い、抗生物質の酸化的形質転換を示唆しています。pH 5.6では、オキシテトラサイクリンとMNO2の見かけの反応順序は0.7および0.8でした。H+に対する反応順序は、pH 4と9の間で0.6でした。初期反応速度は、10度Cの温度上昇で約2.4の倍に増加しました。見かけの活性化エネルギー（60 kJ x mol（-1））は、表面制御反応と一致していました。MNO2に対するテトラサイクリン抗生物質の反応性は、次の順序で増加しました：ロリテトラシリンオキシテトラサイクリン<OR =テトラサイクリン<Meclocycline <Chlortetracycline。MnO2によるクロルテトラサイクリン分解の初期速度は、調査した他のテトラサイクリン抗生物質の初期速度よりも大幅に大きかった。オキシテトラサイクリンに対するMNO2反応性は、時間とともに減少しました。遅延速度方程式を使用して、減少速度条件下でMNO2とのオキシテトラサイクリン反応を記述しました。この研究は、土壌や堆積物中の天然のマンガン酸化物がテトラサイクリン抗生物質のかなりの分解を促進する可能性が高く、反応速度が反応時間スケールと溶液条件に強く依存していることを示しています。

Tetracycline antibiotics comprise a class of broad spectrum antimicrobial agents finding application in human therapy, animal husbandry, aquaculture, and fruit crop production. To better understand the processes affecting these antibiotics in soils and sediments, the kinetics of oxytetracycline transformation by a hydrous manganese oxide (MnO2) were investigated as a function of reactant concentration, pH, and temperature. Oxytetracycline was rapidly degraded by MnO2. Initial reaction rates exhibited pronounced pH-dependence, increasing as pH decreased. Reaction of oxytetracycline with MnO2 was accompanied by generation of Mn(II) ions, suggesting oxidative transformation of the antibiotic. At pH 5.6, apparent reaction orders for oxytetracycline and MnO2 were 0.7 and 0.8. Reaction order with respect to H+ was 0.6 between pH 4 and 9. Initial reaction rates increased by a factor of approximately 2.4 for 10 degrees C temperature increases; the apparent activation energy (60 kJ x mol(-1)) was consistent with a surface-controlled reaction. Reactivity of tetracycline antibiotics toward MnO2 increased in the following order: rolitetracyline oxytetracycline < or =tetracycline approximately meclocycline < chlortetracycline. The initial rate of chlortetracycline degradation by MnO2 was substantially larger than that of the other tetracycline antibiotics investigated. MnO2 reactivity toward oxytetracycline decreased with time; a retarded rate equation was used to describe oxytetracycline reaction with MnO2 under declining rate conditions. This study indicates that natural manganese oxides in soils and sediments are likely to promote appreciable degradation of tetracycline antibiotics, and that reaction rates are strongly dependent on reaction time scale and solution conditions.