Hexabromcyclododecan

Das Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung des enantiomerenspezifischen Umweltverhaltens des Flammschutzmittels Hexabromcyclododecan (HBCD). Zu Beginn erfolgte daher die Optimierung und Validierung eines enantiomerenspezifischen Analysenverfahrens für die Bestimmung von HBCD in Biota. Die errechneten mittleren Wiederfindungen lagen im Bereich von 100-102 % und die Nachweisgrenzen zwischen 0,131 und 0,255 pg g-1. Untersuchungen zur ubiquitären Verteilung von HBCD erfolgten an Eiern der Silbermöwe deutscher Nord- und Ostseeinseln (Probenahme 1988-2008). In allen Fällen dominierte alpha-HBCD das Diastereomerenmuster, wobei eine bevorzugte Anreicherung von (-)-alpha-HBCD sowie ein zeitlicher Trend aller Enantiomeren-Gehalte festgestellt wurde. Zur Klärung der Frage einer Bioakkumulation sowie -isomerisierung der HBCD-Stereoisomere erfolgten Langzeit-Fütterungsversuche an Spiegelkarpfen. Die Untersuchungen ergaben eine signifikante Akkumulation des jeweils gefütterten HBCD-Enantiomers, jedoch konnte die Hypothese der Bioisomerisierung nicht bestätigt werden. Ein weiterer Schwerpunkt lag in Untersuchungen zur cytochromabhängigen enantiomerenspezifischen Biotransformation von HBCD im Rahmen des Metabolismus an Lebermikrosomen diverser Spezies. Hier konnte gezeigt werden, dass HBCD dem Phase I-Metabolismus unterliegt und hydroxyliert wird. Dabei weist jedes HBCD-Enantiomer ein spezifisches Metabolitenmuster auf, was eine Zuordnung der hydroxylierten Verbindungen zum entsprechenden HBCD-Enantiomer erlaubt. Anhand von Zeitreihen sowie der Berechnung von Halbwertszeiten konnte der Verdacht eines enantiomerenspezifischen Metabolismus in Richtung einer Anreicherung von (-)-alpha- und (+)-gamma-HBCD bestätigt werden. Inkubationsansätze mit reinen Cytochrom (CYP)-Isoformen sowie molekülmechanische Berechnungen legen die Vermutung nahe, dass dem CYP3A4 eine Schlüsselrolle bei der Metabolisierung von HBCD zukommt.The main emphasis of this thesis was on the enantio-specific environmental behaviour of the polybrominated flame retardant hexabromocyclododecane (HBCD). Initially, an enantio-specific analytical method for the determination of HBCD in biota was optimised and validated. The calculated mean recoveries ranged from 100 to 102 % and the limits of detection are in the range of 0.131 to 0.255 pg g-1. First investigations of the ubiquitous environmental distribution of HBCD were performed using herring gull eggs from different islands in the North and Baltic Sea (sampling 1988 to 2008). In all cases alpha-HBCD was the predominant diastereomer. Significant deviations from the racemic mixture revealed a preferred enrichment of the first eluting (-)-alpha-HBCD. In addition, a temporal trend of HBCD levels was observed. To clarify the issue of accumulation as well as bioisomerisation of HBCD stereoisomers, a long-term feeding study with mirror carps was performed. The results showed an accumulation of each initially fed HBCD enantiomer, but hypothesis of a bioisomerisation could not be confirmed. Another important focus of this work was to study the cytochrome-dependent enantio-specific biotransformation of HBCD enantiomers in various species of liver microsomes. It was shown that HBCD is subject to phase I metabolism. In the course of this process, HBCD is metabolised to hydroxylated products, whereas each HBCD enantiomer results in a specific metabolite pattern allowing the allocation of the corresponding hydroxylated compounds. Investigation of time series as well as the calculation of half-lives, the hypothesis of an enantio-specific metabolism towards an enrichment of (-)-alpha- and (+)-gamma-HBCD could be confirmed. Incubation mixtures with pure cytochrome (CYP) isoforms, as well as molecular mechanic calculations suggest that CYP3A4 plays a key role in the biotransformation processes of HBCD