Formation and Effects of Transformation Products during the Ozonation of Tamoxifen

Der Einsatz von Ozon hat sich als geeignet erwiesen, um eine Reduzierung der Mengen an Mikroschadstoffe und deren okotoxikologischer Effekte zu erreichen, welche uber gereinigtes Abwasser in die Umwelt eingetragen werden. Daher wird es in Kombination mit einer anschliesenden biologischen Filtration als eine Moglichkeit der erweiterten Abwasserbehandlung in grosem Umfang diskutiert. Besonders endokrine (hormonelle) Effekte konnen bereits durch geringe Konzentrationen von einer Vielzahl von Mikroschadstoffen induziert werden. Ostrogene und androgene Effekte konnen durch den Einsatz von Ozon vermindert werden. Die Reaktionen von Ozon und Mikroschadstoffen, die diese Effekte verursachen, sind bereits gut untersucht. Im Gegensatz dazu wurde kurzlich berichtet, dass die antagonistischen Effekte durch diese Behandlung nicht entfernt werden konnen. Bisher sind nur wenige Informationen uber Reaktionen von anti-ostrogenen Verbindungen mit Ozon bekannt. Aus diesem Grund fokussiert sich diese Studie auf die Reaktion von Ozon mit Tamoxifen (TAM), einem selektivem Ostrogenrezeptormodulator (SERM), der Bildung von Transformationsprodukten (TPs) und dem gleichzeitigen Verlauf der anti-ostrogenen Aktivitat und der akuten okotoxikologischen Wirkung. Alle Versuche wurden in Reinstwasser in Anwesenheit eines Radikalfangers durchgefuhrt, um Radikalreaktionen auszuschliesen und lediglich die Reaktion von TAM und Ozon, unter Berucksichtigung der Dissoziation in Abhangigkeit des pH, zu betrachten. Reaktionsgeschwindigkeiten wurden mithilfe von Kompetitionskinetiken uber einen weiten pH Bereich untersucht, um die speziesspezifischen kinetischen Konstanten zweiter Ordnung fur die Reaktion von Ozon und TAM zu bestimmen. Die Geschwindigkeitskonstanten beider Spezies unterscheiden sich substanziell (k(TAM, O3) = 3.25 x 108 M-1 s-1; k(TAM-H+, O3) = 1.57 x 104 M-1 s-1). Daraus ergeben sich bei pH 7 kinetische Konstanten von > 106 M-1 s-1. Dementsprechend kann ein vollstandiger Abbau von TAM durch den Einsatz von Ozon als erweiterte Abwasserbehandlung angenommen werden. Es ist zu betonen, dass fur die neutrale Spezies, bei der das tertiare Amin die reaktivste Gruppe fur die Reaktion mit Ozon ist, eine unerwartet hohe kinetische Konstante zweiter Ordnung beobachtet wurde. Funf TPs wurden mit Hilfe von hochauflosender Massenspektrometrie und Tandem-Massenspektrometrie-basierter Strukturaufklarung, identifiziert. Die zwei primaren TP, TP 270 (Criegee-Produkt) und TP 388 (Hydroxilierung), werden bei der Ozonierung der korrespondierenden Saure von TAM gebildet. Tamoxifen-N-oxid ist das primare Produkt, das aus der Reaktion von Ozon mit der neutralen TAM-Spezies gebildet wird und wurde durch einen Referenzstandard identifiziert. Die weitergehende Oxidation der primaren TPs durch Ozon fuhrt zu der Bildung von TP 286 und TP 404 als sekundare TP. Diese sind die korrespondierenden N-Oxide von TP 270 und TP 388. Die anti-ostrogene Aktivitat wurde mit dem hefebasiertem Arxula adeninivorans yeast estrogen screen (A-YES) assay bestimmt. Diese wurde ebenso wie die akute Toxizitat fur Daphnia magna und die Hemmung des Algenwachstums der Grunalge Desmodesmus subspicatus in Abhangigkeit von der Ozondosis bestimmt, um daraus den verbleibenden Effekt mit der Bildung von TPs zu korrelieren. Die anti-ostrogene Aktivitat blieb bei zunehmender Ozondosis, auch nach vollstandiger Reduktion der TAM-Konzentration, erhalten. Der verbleibende Effekt konnte mit der Bildung von TP 270 korreliert werden. Die Bildung von N-Oxiden konnte hingegen mit einer Abnahme der anti-ostrogene Aktivitat korreliert werden. Die Immobilisierung von D. magna wurde bereits bei geringen Ozondosen komplett aufgehoben. Dahingegen wurde eine Zunahme der Wachstumshemmung von D. subspicatus mit steigender Ozondosis beobachtet. Auch hier korrelierte die Effektzunahme mit der Bildung von TP 270, aber auch TP 388. Bei pH 3 resultiert die Ozonierung von TAM in einer Verdopplung der anti-ostrogenen Aktivitat sowie auch der Hemmung des Algenwachstums. Hier war das Hauptprodukt TP 270, welches als 4-(Dimethylaminoethoxy)-benzophenone identifiziert wurde. Auf Grund des erhohten Risikopotentials von TP 270 wurde eine neue Aufreinigungsstrategie erfolgreich entwickelt, um TP 270 hoher Reinheit fur weitere Toxizitatstests zu gewinnen. In dieser Studie wurde die Reaktion von Ozon mit dem SERM TAM sowie die Bildung von primaren und sekundaren TPs untersucht. Zudem konnte die Bildung toxikologisch relevanter TPs nachgewiesen werden. Dadurch kann zu einem verbesserten Verstandnis uber die Bestandigkeit anti-ostrogener Effekte beim Einsatz von Ozon in der erweiterten Abwasseraufbereitung beitragen. Weitere Studien zur Ozonierung von SERMs, inklusive deren Metabolite, der Bildung von TPs in Abwasser und deren Entfernung durch nachgeschaltete biologische Filtration werden benotigt, um dieses Verstandnis weiter auszubauen.