Ozonation-Induced Changes of Azathioprine and Flutamide : A Non-Targeted Analysis Using UHPLC-IM-HRMS and NMR

Abstract

Introduction: Cytostatic pharmaceuticals are increasingly detected in the aquatic environment, raising concerns due to their persistence and toxicity.
Background: Conventional wastewater treatment processes do not effectively remove these compounds. Advanced oxidation processes, such as ozonation, are needed to degrade cytostatic pharmaceuticals during wastewater treatment. However, these processes generate new unknown compounds known as transformation products.
Aims: This thesis aimed to investigate the transformation products formed when azathioprine and flutamide are exposed to ozonation for 5, 15, 30, 60 and 120 minutes. Identifying these transformation products can help guide future efforts to remove them or control their presence.
Methods: The identification of transformation products was done with a non-targeted approach using ultra-high-performance liquid chromatography, ion mobility and high-resolution mass spectrometry. Data analysis was performed using MetaboScape, and a comparison between manual and automated workflows was made. Selected features were purified and analysed by nuclear magnetic resonance spectroscopy, though low signal intensity limited structural elucidation.
Results: MetaboScape enabled the proposal of molecular structures based on m/z values, retention times, and collision cross-section values. Three flutamide-derived transformation products were identified, and the following molecular structures were proposed: 3,4-dinitro-5-(trifluoromethyl)aniline, 2,4-dinitro-5-(trifluoromethyl)aniline, and N-methoxy-2,6-dinitro-N-prop-2-enyl-4-(trifluoromethyl)aniline. Two azathioprine-derived products were also identified, and their predicted structures were: 7H-purine-6-sulfonic acid and Azathioprine Impurity 18.
Conclusion: The transformation products identified may pose a threat to human health and the environment. Their specific toxicity and environmental fate remain unknown and require further investigation.

Popular Abstract (Swedish)

Cytostatika är läkemedel som används för att behandla cancer genom att hämma eller stoppa celldelning. De används även som immunhämmande medel, till exempel vid organtransplantationer och autoimmuna sjukdomar. Eftersom dessa läkemedel påverkar cellers tillväxt kan de vara skadliga även i mycket små mängder om de hamnar i miljön. Cytostatika har upptäckts i ytvatten, grundvatten och dricksvatten i halter upp till 0,212 µg/L. Konventionella avloppsreningsverk klarar inte av att avlägsna dessa ämnen tillräckligt effektivt. Avloppsvatten från hushåll, sjukhus och industrier behandlas vanligtvis med mekaniska, biologiska och ibland kemiska metoder för att minska mängden föroreningar. För att minska halten cytostatika krävs dock en mer avancerad rening, till exempel avancerade oxidationsprocesser. I avancerade oxidationsprocesser används mycket reaktiva ämnen, som till exempel hydroxylradikaler, för att bryta ner föroreningar som annars är svåra att bryta ner. Ett exempel på sådana metoder är ozonering, där ozon (O₃), en stark oxidant, tillsätts till vattnet för att reagera med organiska föroreningar. Ozonet kan bryta ner läkemedelsrester till enklare ämnen, men i processen bildas också nya, ofta okända föreningar, som kallas transformationsprodukter.

I detta examensarbete undersöks två typer av cytostatika: azathioprin, ett immunhämmande läkemedel som används vid organtransplantationer och behandling av autoimmuna sjukdomar, samt flutamid, en hormonbehandling som används vid prostatacancer. Syftet är att undersöka vilka transformationsprodukter som bildas när dessa ämnen utsätts för ozonering. Det är av stor vikt att identifiera och förstå transformationsprodukternas effekter, då dessa ämnen ofta är svårnerbrytbara och utgör därför en risk om de når grundvattnet. Genom att identifiera transformationsprodukterna kan vi utveckla strategier för att antingen ta bort dem eller reglera deras förekomst. I denna studie identifierades transformationsprodukterna med en så kallad non-targeted analysmetod, vilken används när man inte vet på förhand vilka ämnen man letar efter. Detta är nödvendigt då transformationsprodukterna är okända. Analysen genomfördes med hjälp av så kallad vätskekromatografi, som separerar ämnen i ett prov, samt masspektrometri, där deras molekylmassa mättes med hög precision för att möjliggöra identifiering.

• author: Chakwizira, Andrea
• supervisor: Josep García Martínez; Margareta Sandahl
• organization: Centre for Analysis and Synthesis
• course: KASM01 20251
• year: 2025
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: azathioprine, flutamide, UHPLC-IM-HRMS, ozonation, transformation products, technical analytical chemistry
• language: English
• id: 9190955
• date added to LUP: 2025-06-02 09:36:44
• date last changed: 2025-06-02 09:36:44