CN106699603B - 一种同位素标记的氨基甲酸酯的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种同位素标记的氨基甲酸酯的合成方法，利用稳定同位素13C标记一氧化碳(99.3％atom13C)为原料，在催化剂催化的条件下，与氨基化合物、羟基化合物，或者稳定同位素标记氨基化合物(99％atom 15N)、羟基化合物反应，控制反应温度为150～250℃，搅拌反应8～30h；然后冷却至室温，反应液进行浓缩蒸干，再加入水和活性炭，控制反应温度为20～100℃，搅拌0.1～3h，分离过滤后的滤液，得到13C标记氨基甲酸酯或13C、15N标记氨基甲酸酯。本发明成路线短，操作简便，制备的稳定同位素标记的氨基甲酸酯化学纯度达到98.5％以上，同位素丰度达到99％atom13C和99％atom 15N以上，可满足应用于食品、土壤等氨基甲酸酯农药残留监测的要求。

Description

一种同位素标记的氨基甲酸酯的合成方法
技术领域
本发明属于稳定同位素标记化合物合成技术领域，尤其是涉及一种同位素标记的氨基甲酸酯的合成方法。
背景技术
1937年Votai Benfold及其同事在德国勒沃库森的I.K.法尔莫实验室首次得到氨基甲酸酯，氨基甲酸酯类农药是在有机磷酸酯之后发展起来的合成农药，一般无特殊气味，在酸性环境下稳定，遇碱性环境分解。氨基甲酸酯类农药的中毒症状是特征性的胆碱性流泪、流涎，瞳孔缩小，惊厥和死亡。此外，氨基甲酸酯类农药还具有致突变、致畸和致癌作用，研究人员将氨基甲酸酯类农药“西维因”以口服、注射、或涂在小鼠和仓鼠皮肤上，均可引起癌变，并对豚鼠、狗、猪、鸡和鸭也有致畸作用。经过机理研究表明西维因等氨基甲酸酯类农药进入人体后，在胃的酸性条件下可与食物中的硝酸盐和亚硝酸盐生成的N-亚硝基化合物，显示出较强的致突变活性。因此，国际癌症研究机构在2007年把氨基甲酸酯类列为2A类致癌物。在日本和香港的研究表明日常生活中的一些发酵食品，如酱油，泡菜，大酱，面包，面包卷，馒头，饼干，豆腐，加上酒，清酒和梅酒等亚洲传统食物中有较高的氨基甲酸酯类农药水平。
稳定同位素稀释质谱法IDMS(Isotope Dilution Mass Spectrometry)是将已知质量和丰度的浓缩稳定同位素作为内标物加入样品中混合，通过测量相应质量数离子比值并与标准比值比较，从而测定出该物质在样品中的含量。液相色谱与高分辨率质谱联用仪具有准确、高效、灵敏等特点，被广泛运用于痕量农药的残留检测。利用稳定同位素标记氨基甲酸酯，可为更准确的定量检测食品中氨基甲酸酯的痕量残留提供标准试剂。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种合成路线短，操作简便，稳定同位素原子利用率高，适合稳定同位素标记的专用合成技术的同位素标记的氨基甲酸酯的合成方法，可以应用于食品、土壤等农药残留监测。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种同位素标记的氨基甲酸酯的合成方法，采用以下步骤：
(1)利用稳定同位素13C标记一氧化碳为原料，在催化剂催化的条件下，与氨基化合物、羟基化合物，或者稳定同位素标记氨基化合物、羟基化合物反应，控制反应温度为150～250℃，搅拌反应8～30h；
(2)将步骤(1)得到的产物冷却至室温，反应液进行浓缩蒸干，再加入水和活性炭，控制反应温度为20～100℃，搅拌0.1～3h，分离过滤后的滤液，得到13C标记氨基甲酸酯或13C、15N标记氨基甲酸酯。
步骤(1)中：
所述的催化剂为硒粉、硫粉、单质碘、1-丁基-3-甲基-2-硒代咪唑、1-异丙基-3-甲基-2-硒代咪唑、氧化镁、氧化锌、氯化钯或醋酸钯中的一种或几种。
所述的氨基化合物为氨气、甲胺、乙胺、异丙胺、二甲胺或二乙胺中的一种或几种。
所述的羟基化合物为甲醇、乙醇、邻甲基苯酚、1-萘酚、2-甲硫基乙醛肟、3-(甲硫基)-2-丁酮肟、3-甲磺酰基-2-丁酮肟、2-甲基-2-甲磺酰基丙醛肟或2-甲基-2-(甲硫基)丙醛肟中的一种或几种。
所述的稳定同位素标记的氨基化合物为15N-氨气、15N-甲胺、15N-乙胺或15N-二甲胺中的一种或几种。
所述的13C标记一氧化碳与氨基化合物或稳定同位素标记氨基化合物的摩尔比为1:2～1:6，13C标记一氧化碳与催化剂摩尔比为1:0.2～1:2，13C标记一氧化碳与羟基化合物的摩尔比为1:5～1:20。
步骤(2)中，滤液经浓缩蒸干后进行蒸馏分离，或者利用有机溶剂萃取、浓缩滤液进行滤液分离。
所述的有机溶剂为二氯甲烷、乙酸乙酯、石油醚、***、环己烷、正己烷或氯仿中的一种或几种。
13C标记氨基甲酸酯的合成工艺路线，如下所示：
13C、15N标记氨基甲酸酯的合成工艺路线，如下所示：
与“两步法”合成非同位素标记的氨基碳酸酯等现有相关技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明首次开发了以最简单的碳13标记一氧化碳、氨基化合物和羟基化合物为起始原料，通过新颖、简便的“一锅法”合成，得到稳定同位素标记的氨基甲酸酯，避免了以结构复杂、难以获得的同位素标记脲类化合物参与的“两步法”合成路线。
(2)本发明开发了“一锅法”合成稳定同位素标记氨基甲酸酯的工艺参数，探索得到高效、便宜易得的催化剂，以及关键的反应温度和时间参数，使得该反应顺利得到目标产物，操作技术简单安全，具备大规模生产的潜力。
(3)本发明以高丰度的碳13标记一氧化碳(99.3％atom13C)和氮15标记氨基化合物(99％atom 15N)为原料，得到高丰度、高纯度的13C或13C、15N标记的氨基甲酸酯产品(高于99％atom13C和99％atom 15N、纯度高于98.5％)，稳定同位素原子利用率高，丰度稀释较小，可以充分满足用于食品、土壤等氨基甲酸酯农药残留监测的要求。
(4)本发明具有良好的经济性和使用价值，在食品、环境检测领域中具有良好的发展前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
在2.5L不锈钢高压反应釜中，加入硒粉19.75g(0.25mol)、甲醇150mL，再加入13C-一氧化碳11.2L(0.5mol)和氨气21.25g(1.25mol)，控制油浴温度稳定为160℃，搅拌反应16h，反应完成后，过夜冷却至室温，收集反应液进行浓缩蒸干，再加入水和活性炭，控制反应温度为50℃，搅拌0.25h，过滤，滤液浓缩蒸干，然后进行蒸馏分离，收集175～177℃馏分，得到29.4g 13C-氨基甲酸乙酯，反应产率77.3％，化学纯度达到99.0％，同位素丰度达到99.1atom％13C，利用红外光谱和核磁分析，其化学结构正确。
实施例2
在2.5L不锈钢高压反应釜中，加入硫粉8.0g(0.25mol)、甲醇150mL，再加入13C-一氧化碳11.2L(0.5mol)和氨气25.5g(1.5mol)，控制油浴温度稳定为180℃，搅拌反应18h，反应完成后，过夜冷却至室温，收集反应液进行浓缩蒸干，再加入水和活性炭，控制反应温度为60℃，搅拌0.5h，过滤，滤液浓缩蒸干，然后进行蒸馏分离，收集175～177℃馏分，得到30.5g 13C-氨基甲酸甲酯，反应产率79.2％，化学纯度达到99.1％，同位素丰度达到99.2atom％13C，利用红外光谱和核磁分析，其化学结构正确。
实施例3
在2.5L不锈钢高压反应釜中，加入硫粉16.0g(0.5mol)、甲醇150mL，再加入13C-一氧化碳11.2L(0.5mol)和甲胺61g(2mol)，控制油浴温度稳定为200℃，搅拌反应20h，反应完成后，过夜冷却至室温，收集反应液进行浓缩蒸干，再加入水和活性炭，控制反应温度为60℃，搅拌0.75h，过滤，滤液利用乙酸乙酯萃取三次，萃取液干燥后，蒸干得到28.4g 13C-N-甲基氨基甲酸甲酯，反应产率63.1％，化学纯度达到98.5％，同位素丰度达到99.0atom％13C，利用红外光谱和核磁分析，其化学结构正确。
实施例4
在2.5L不锈钢高压反应釜中，加入硫粉16.0g(0.5mol)、甲醇150mL，再加入13C-一氧化碳11.2L(0.5mol)和二甲胺92g(2mol)，控制油浴温度稳定为220℃，搅拌反应24h，反应完成后，过夜冷却至室温，收集反应液进行浓缩蒸干，再加入水和活性炭，控制反应温度为60℃，搅拌1h，过滤，滤液利用二氯甲烷萃取三次，萃取液干燥后，蒸干得到18.4g 13C-N,N-二甲基氨基甲酸甲酯，反应产率35.4％，化学纯度达到98.7％，同位素丰度达到99.0atom％13C，利用红外光谱和核磁分析，其化学结构正确。
实施例5
在2.5L不锈钢高压反应釜中，加入硫粉19.75g(0.5mol)、氧化锌3.6g(0.05mol)、乙醇150mL，再加入13C-一氧化碳11.2L(0.5mol)和氨气21.25g(1.5mol)，控制油浴温度稳定为240℃，搅拌反应24h，反应完成后，过夜冷却至室温，收集反应液进行浓缩蒸干，再加入水和活性炭，控制反应温度为60℃，搅拌1h，过滤，滤液浓缩蒸干，然后进行蒸馏分离，收集182～184℃馏分，得到18.7g13C-氨基甲酸乙酯，反应产率41.9％，化学纯度达到99.1％，同位素丰度达到99.1atom％13C，利用红外光谱和核磁分析，其化学结构正确。
实施例6
在2.5L不锈钢高压反应釜中，加入硒粉19.75g(0.25mol)、甲醇150mL，再加入13C-一氧化碳11.2L(0.5mol)和15N-氨气36.0g(2mol)，控制油浴温度稳定为200℃，搅拌反应24h，反应完成后，过夜冷却至室温，收集反应液进行浓缩蒸干，再加入水和活性炭，控制反应温度为60℃，搅拌0.5h，过滤，滤液浓缩蒸干，然后进行蒸馏分离，收集175～177℃馏分，得到33.1g 1-13C,15N-氨基甲酸甲酯，反应产率87.2％，化学纯度达到99.1％，同位素丰度达到99.2atom％13C和99.3atom％15N，利用红外光谱和核磁分析，其化学结构正确。
实施例7
一种13C标记的氨基甲酸酯的合成方法，采用以下步骤：
(1)利用稳定同位素13C标记一氧化碳为原料，在催化剂硫粉催化的条件下，与甲胺、2-甲硫基乙醛肟反应，13C标记一氧化碳与甲胺的摩尔比为1:2，与催化剂摩尔比为1:0.2，与2-甲硫基乙醛肟的摩尔比为1:5，控制反应温度为150℃，搅拌反应30h；
(2)将步骤(1)得到的产物冷却至室温，反应液进行浓缩蒸干，再加入水和活性炭，控制反应温度为20℃，搅拌3h，分离过滤后的滤液，得到13C标记氨基甲酸酯。
实施例8
一种13C、15N标记的氨基甲酸酯的合成方法，采用以下步骤：
(1)利用稳定同位素13C标记一氧化碳为原料，在催化剂氯化钯催化的条件下，与15N-二甲胺、3-甲磺酰基-2-丁酮肟反应，13C标记一氧化碳与15N-二甲胺的摩尔比为1:6，与催化剂摩尔比为1:2，与3-甲磺酰基-2-丁酮肟的摩尔比为1:20，控制反应温度为250℃，搅拌反应8h；
(2)将步骤(1)得到的产物冷却至室温，反应液利用石油醚有机溶剂萃取、浓缩滤液进行滤液分离，再加入水和活性炭，控制反应温度为100℃，搅拌0.1h，分离过滤后的滤液，得到13C、15N标记氨基甲酸酯。

Claims (5)

1.一种同位素标记的氨基甲酸酯的合成方法，其特征在于，该方法采用以下步骤：
(1)利用稳定同位素13C标记一氧化碳为原料，在催化剂催化的条件下，与氨基化合物、羟基化合物，或者稳定同位素标记氨基化合物、羟基化合物反应，控制反应温度为150～250℃，搅拌反应8～30h；
(2)将步骤(1)得到的产物冷却至室温，反应液进行浓缩蒸干，再加入水和活性炭，控制反应温度为20～100℃，搅拌0.1～3h，分离过滤后的滤液，得到13C标记氨基甲酸酯或13C、15N标记氨基甲酸酯；
步骤(1)中所述的催化剂为硒粉、硫粉或氧化锌中的一种或几种；所述的13C标记一氧化碳与氨基化合物或稳定同位素标记氨基化合物的摩尔比为1:2～1:6，13C标记一氧化碳与催化剂摩尔比为1:0.2～1:2，13C标记一氧化碳与羟基化合物的摩尔比为1:5～1:20；
所述的氨基化合物为氨气、甲胺、乙胺、异丙胺、二甲胺或二乙胺中的一种或几种，所述的羟基化合物为甲醇、乙醇、邻甲基苯酚、1-萘酚、2-甲硫基乙醛肟、3-(甲硫基)-2-丁酮肟、3-甲磺酰基-2-丁酮肟、2-甲基-2-甲磺酰基丙醛肟或2-甲基-2-(甲硫基)丙醛肟中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的一种同位素标记的氨基甲酸酯的合成方法，其特征在于，步骤(1)中所述的稳定同位素标记的氨基化合物为15N-氨气、15N-甲胺、15N-乙胺或15N-二甲胺中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种同位素标记的氨基甲酸酯的合成方法，其特征在于，步骤(2)中滤液经浓缩蒸干后进行蒸馏分离。
4.根据权利要求1所述的一种同位素标记的氨基甲酸酯的合成方法，其特征在于，步骤(2)中利用有机溶剂萃取、浓缩滤液进行滤液分离。
5.根据权利要求4所述的一种同位素标记的氨基甲酸酯的合成方法，其特征在于，所述的有机溶剂为二氯甲烷、乙酸乙酯、石油醚、***、环己烷、正己烷或氯仿中的一种或几种。
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