在離子液體中合成有機磷農藥通用半抗原

溫萬東, 劉喜保, 高履桐, 楊潤亞, 祁志軍

(1. 西北農林科技大學 a. 理學院; b. 農藥研究所,陜西 楊凌 712100; 2. 魯東大學 生命科學學院,山東 煙臺 264025)

離子液體[1～3]作為一種最有前途的新型綠色溶劑和催化劑,特別適應于目前所倡導的綠色化學技術的要求,已成為當今化學研究的熱點之一。

免疫分析法是一種簡便、靈敏、經濟快速檢測有機磷農藥殘留的方法。傳統的免疫學檢測技術由于抗體具有特異性，通常一種抗體只能檢測一種農藥,難以滿足實際檢測時常常需要對多種農藥同時檢出的需求,因此廣譜性抗體的制備與農藥多殘留免疫檢測技術的發展應運而生,成為免疫學檢測技術的發展趨勢之一[4]。待測農藥抗體的產生很大程度上依賴于半抗原的設計、合適載體蛋白的選擇及連接方法[5]。對于半抗原設計，其總體原則是在盡可能保留原待測物特征結構的前提下,在適當的位置引入合適的連接臂和活性基團(如-CO2H， -NH2, -OH等)[6]。

Scheme1

本文針對烷氧基二硫代有機磷——O,O-二甲基二硫代磷酸銨(1a)和O,O-二乙基二硫代磷酸銨(1b)，采用離子液體[Bmim]Br為溶劑和催化劑，合成了四個不同長度間隔臂的通用有機磷農藥半抗原——S-羧甲基-O,O-二乙基二硫代磷酸酯(2a),S-羧甲基-O,O-二甲基二硫代磷酸酯(2b),S-羧乙基-O,O-二乙基二硫代磷酸酯(3a)和S-羧乙基-O,O-二甲基二硫代磷酸酯(3b, Scheme 1),其結構經NMR和MS確證。

1 實驗部分

1．1 儀器與試劑

Bruker Avance 500 MHz型核磁共振譜儀(CDCl3為溶劑，TMS為內標);Niolet FT-IR-20SX型紅外光譜儀(KBr壓片);LCQ Advantage MAX型質譜儀。

1a和1b, Sigma;其余所用試劑均為分析純。

1.2 合成

(1) [Bmim]Br的合成[7]

在干燥的圓底燒瓶中依次加入N-甲基咪唑8.2 g(100 mmol),正溴丁烷15 g(110 mmol)和甲苯25 mL,攪拌下于90 ℃反應24 h。冷卻至室溫,分液,下層用乙酸乙酯洗滌至氯化銅檢測不出現藍綠色為止。減壓濃縮后真空干燥至恒重得淺黃色液體[Bmim]Br 20.5 g,產率93.7%;1H NMR(氘代丙酮)δ: 10.41(s, 1H, CH), 7.59(d,J=1.5 Hz, 1H, CH), 7.43(d,J=1.5 Hz, 1H, CH), 4.51(t,J=7.3 Hz, 2H, CH2), 4.14(s, 3H, CH3), 1.83～1.92(m, 2H, CH2), 1.27～1.35(m, 2H, CH2), 0.91(t,J=7.1 Hz, 3H, CH3);13C NMR(氘代丙酮)δ: 13.1, 19.0, 31.8, 36.4, 49.3, 122.0, 123.5, 136.5; IRν: 3 430, 3 144, 3 088, 2 960, 1 464, 1 387, 1 336, 1 169, 1 065, 757 cm-1。

(2) 2的合成(以2b為例)

在反應瓶中加入1b606 mg(3 mmol),氯乙酸284 mg(3 mmol)和[Bmim]Br 2 mL，攪拌下于45 ℃反應40 min。靜置冷卻至室溫,抽濾,濾液用乙醚(3×10 mL)萃取,合并萃取液{下層靜置回收[Bmim]Br重復使用},減壓濃縮后經硅膠柱層析[洗脫劑A:V(乙酸乙酯) ∶V(石油醚) ∶V(醋酸)=300 ∶50 ∶1]純化得淡黃色油狀液體2b714 mg。

用類似方法合成淡黃色油狀液體2a。

2a: 產率98.4%;1H NMRδ: 2.11(s, 2H, CH2), 3.81(s, 3H, CH3), 3.83(s, 3H, CH3), 7.26(s, 1H, CO2H);13C NMRδ: 34.83(SCH2), 34.86(SCH2), 54.34(OCH3), 54.38(OCH3), 173.58(CO2H), 173.61(CO2H); ESI-MSm/z: 215{[M(C4H9O4PS2)+H]-}。

2b: 產率97.9%;1H NMRδ: 1.37(t,J=7.0 Hz, 6H, CH3), 3.72(s, 2H, CH2), 4.14～4.26(m,J=7.0 Hz, 4H, OCH2), 10.69(s, 1H, CO2H);13C NMRδ: 15.75(CH3), 15.81(CH3), 34.86(SCH2), 34.89(SCH2), 64.47(OCH2), 64.52(OCH2), 175.20(CO2H), 175.23(CO2H); ESI-MSm/z: 243{[M(C6H13O4PS2)+H]-}。

(3)3的合成(以3b為例)

在反應瓶中加入1b606 mg(3 mmol)和[Bmim]Br 2 mL，攪拌下低于5 ℃緩慢加入98%硫酸294 mg(3 mmol),加畢，于室溫加入丙烯酸216 mg(3 mmol),反應60 min。抽濾,濾液用乙醚(3×10 mL)萃取,合并萃取液{下層靜置回收[Bmim]Br重復使用},減壓濃縮后經硅膠柱層析(洗脫劑A)純化得淡黃色油狀液體3b759 mg。

用類似方法合成淡黃色油狀液體3a。

3a: 產率94.2%;1H NMRδ: 2.79(t,J=7.0 Hz, 2H, SCH2), 3.11(t,J=7.0 Hz, 2H, CH2), 3.78(s, 3H, CH3), 3.81(s, 3H, CH3), 7.26(s, 1H, CO2H);13C NMRδ: 28.04(CH2), 28.07(CH2), 34.86(SCH2), 34.89(SCH2), 54.08(OCH3), 54.13(OCH3), 176.20(CO2H); ESI-MSm/z: 229{[M(C5H11O4PS2)+H]-}。

3b: 產率93.7%;1H NMRδ: 1.36(t,J=7.0 Hz, 6H, CH3), 2.80(t,J=7.0 Hz, 2H, CH2), 3.08(s, 2H, CH2), 4.12～4.21(m, 2H, OCH2), 11.51(s, 1H, CO2H);13C NMRδ: 15.84(CH3), 15.90(CH3), 27.83(CH2), 27.86(CH2), 35.06(SCH2), 35.08(SCH2), 64.12(OCH2), 64.17(OCH2), 177.87(CO2H); ESI-MSm/z: 257{[M(C7H15O4PS2)+H]-}。

2 結果與討論

2.1 反應時間對產率的影響

以合成2b和3b為例，考察反應時間對產率的影響，結果見表1。由表1可見，隨著反應時間的延長，2b的產率相應提高，但當反應時間超過40 min后，產率增加甚少，因此反應時間選擇40 min較適宜。3b的產率亦隨反應時間的延長而提高，但是當反應時間超過60 min后，產率無明顯提高，因此反應時間控制在60 min較適宜。

2.2 [Bmim]Br的催化性能

以合成2b和3b為例，考察[Bmim]Br的催化性能，用丙酮[8，9]代替[Bmim]Br作溶劑為對比，其余反應條件同1.2(2)和1.2(3)，結果見表2。從表2可知，在相同反應時間內，2b和3b在[Bmim]Br中的產率明顯高于丙酮，說明[Bmim]Br在反應中不僅充當反應介質，同時也起催化作用，促進了親核取代和Michael加成反應的進行。

表 1 反應時間對產率的影響*Table 1 Effect of reaction time on the yield

*-:未考察; 反應條件同1.2(2)和1.2(3)

表 2 [Bmim]Br的催化性能*Table 2 Catalytic properties of [Bmim]Br

*反應條件同1.2(2)和1.2(3)

表 3 [Bmim]Br的循環利用*Table 3 Reusability of [Bmim]Br

*反應條件同1.2(2)和1.2(3)

2.3 [Bmim]Br的循環利用

循環使用性能是離子液體最突出的優點之一。以合成2b和3b為例，考察[Bmim]Br的重復使用性能。第一次反應結束后，用乙醚萃取產物，下層于80 ℃～100 ℃抽真空30 min(除去未反應的底物及溶劑殘留)回收[Bmim]Br，循環使用結果見表3。由表3可知，[Bmim]Br重復使用4次后，2b和3b的產率僅下降0.8%和4.0%，說明[Bmim]Br具有良好的可重復使用性能。

3 結論

利用[Bmim]Br為溶劑和催化劑高效合成了2a～3b。合成2b的傳統方法是以丙酮為溶劑，于45 ℃反應約80 min，產率96.0%[8，9];而采用[Bmim]Br，不用有機溶劑，不僅反應時間縮短一半(40 min),而且產率也不低(97.9%)。合成3b的常規方法亦以丙酮作溶劑，于室溫反應60 min， 產率89.0%;而采用[Bmim]Br，產率提高至93.7%。

利用離子液體[Bmim]Br作溶劑和催化劑,具有反應條件溫和、產率高、不使用有機溶劑、可回收循環使用、對環境友好等優點,是一種符合現代綠色化學的、原子經濟性的合成方法。

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