Dechlorination Helps Defluorination: Insights into the Defluorination Mechanism of Florfenicol by S-nZVI and DFT Calculations on the Reaction Pathways

化学 亲核细胞 脱氯作用 水解 卤化 反应机理 反应性(心理学) 计算化学 组合化学 有机化学 催化作用 生物降解 医学 病理 替代医学
作者
Zhenhuan Chen,Jingdan Chen,Shendong Tan,Zilin Yang,Yanyan Zhang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:58 (5): 2542-2553 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acs.est.3c07435
摘要

Defluorination is essential to eliminate the antibiotic resistance and detrimental effects of florfenicol (C12H14Cl2FNO4S, FF), which is achievable by sulfidated nanoscale zerovalent iron (S-nZVI), yet a comprehensive understanding of the mechanism is lacking. Herein, we used experimental data and density functional theory calculations to demonstrate four dechlorination-promoted defluorination pathways of FF, depending on S-nZVI or not. FF was defluorinated in a rapid and then slow but continuous manner, accompanying a consecutive dechlorination to deschloro (dFF) and dideschloro FF (ddFF). Unexpectedly, the predominant defluorination occurs by spontaneous hydrolysis of ddFF to form the hydrolyzed byproduct (HO-ddFF), i.e., independent of S-nZVI, which is initiated by intramolecular attack from carbonyl O to alkyl F and is thus limited for FF and dFF owing to the diminished nucleophilicity by electron-withdrawing Cl. The removal of Cl also makes the reductive defluorination of ddFF by S-nZVI amenable. The other two minor but more rapid defluorination pathways occur in synergy with the dechlorination of FF and dFF, which are mediated by the reactive carbanion intermediates and generate HO-dFF and HO-ddFF, respectively. The reliability of these dechlorination-facilitated defluorination pathways was verified by the consistency of theoretical calculations with experimental data, providing valuable insights into the degradation of fluorinated contaminants.
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