C或d標(biāo)記對羥基苯甲酸的合成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種穩(wěn)定同位素標(biāo)記化合物領(lǐng)域，尤其是涉及一種穩(wěn)定同位素13C或D 標(biāo)記對羥基苯甲酸的合成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 穩(wěn)定同位素標(biāo)記對羥基苯甲酸(p-hydroxybenzoic acid)為白色針狀晶體，是穩(wěn) 定同位素標(biāo)記試劑合成過程中的一個重要的前體化合物，可用于合成防腐劑、染料、殺菌劑 等檢測用穩(wěn)定同位素標(biāo)記內(nèi)標(biāo)試劑，應(yīng)用廣泛。穩(wěn)定同位素及其標(biāo)記化合物作為一種獨(dú)特 的新興材料，與放射性同位素相比，其具有性質(zhì)穩(wěn)定、操作簡便、不需要特殊防護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，作 為一類具有高技術(shù)含量和高附加值的商品，自上世紀(jì)70年代以來廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、食品安 全、生命科學(xué)、環(huán)境、臨床醫(yī)學(xué)、藥學(xué)等領(lǐng)域。
[0003] 對羥基苯甲酸酯類化合物是一類重要的防腐劑，俗稱尼泊金酯，具有揮發(fā)性差、殺 菌能力強(qiáng)和穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。由于它們具有低毒、高效的特性，廣泛用于醫(yī)藥、食品、化妝 品、農(nóng)藥等多種領(lǐng)域，可直接使用，也可作為殺菌劑、有機(jī)溶劑及有機(jī)合成的中間體。對羥基 苯甲酸酯類防腐劑主要包括對羥基苯甲酸（甲、乙、丙、丁、異丙、異丁）酯等。對羥基苯甲酸 酯的抑菌機(jī)理主要是抑制微生物細(xì)胞呼吸系統(tǒng)和電子傳遞酶系統(tǒng)的活性，破壞微生物細(xì)胞 膜結(jié)構(gòu)起到防腐效果。此外為了增強(qiáng)其防腐性能，大多數(shù)國家在使用對羥基苯甲酸酯類作 為食品防腐劑時，一般都是將不同的酯類按一定的量和比例混合添加，利用其協(xié)同效果，來 達(dá)到防腐目的。
[0004] 食品和化妝品中防腐劑的過量使用會引起潛在的健康風(fēng)險，世界各國對化妝品中 使用的防腐劑都有明確規(guī)定，我國《食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB2760-2011)包含的條款 中詳細(xì)規(guī)定了食品中對羥基苯甲酸酯類及其鈉鹽的使用范圍和使用限量。食品和化妝品等 基質(zhì)中的對羥基苯甲酸酯類防腐劑的檢測技術(shù)，為了降低復(fù)雜基質(zhì)對檢測結(jié)果的影響，目 前首選以穩(wěn)定同位素標(biāo)記對羥基苯甲酸酯作為內(nèi)標(biāo)試劑的同位素稀釋質(zhì)譜法，而穩(wěn)定同位 素標(biāo)記對羥基苯甲酸即為合成穩(wěn)定同位素標(biāo)記對羥基苯甲酸酯的重要前體。
[0005] 同位素標(biāo)記對羥基苯甲酸的合成產(chǎn)物主要包括對羥基苯甲酸_14C、對羥基苯甲酸-3，5-D2、對羥基苯甲酸_ 13C、對羥基苯甲酸-2，3，5，6-D4、對羥基苯甲酸-D2 (p-0D-PhC00D)和 對羥基苯甲酸-18〇;國內(nèi)文獻(xiàn)尚未查閱到有關(guān)同位素標(biāo)記對羥基苯甲酸的合成工藝報道。
[0006] Schou等以14C標(biāo)記氰化鉀為原料，制備得到對羥基苯甲酸_14C，該工藝技術(shù)使用劇 毒品 14C標(biāo)記氰化鉀為原料，且合成產(chǎn)物只標(biāo)記一個位置，難以滿足內(nèi)標(biāo)試劑的需要；
[0007] Hyeongjin Cho等以苯酸-D6為原料，經(jīng)對位溴化、格氏反應(yīng)、三溴化硼脫氧甲基后 得到對羥基苯甲酸-2，3，5，6-D4，該工藝合成路線長，收率低，合成難度大，難以滿足經(jīng)濟(jì)性 的要求；
[0008] Donata Catalano等和A. Mar ini等以天然豐度對羥基苯甲酸為原料，通過Η-D交換 反應(yīng)制備得到對羥基苯甲酸-2，3-D2，該工藝條件苛刻，且只標(biāo)記兩個D原子，難以滿足內(nèi)標(biāo) 試劑的需要；
[0009] 專利W0/2004/069774中提到了一種穩(wěn)定同位素標(biāo)記對羥基苯甲酸-1-13c的制備方 法：以丙二酸二乙酯_ 13C為原料，與4H-吡喃-4-酮反應(yīng)制備得到對羥基苯甲酸-1-13C，該工 藝同樣只標(biāo)記一個同位素原子，難以滿足內(nèi)標(biāo)試劑的需要。
[0010] 天然豐度對羥基苯甲酸的合成工藝主要采用苯酚與二氧化碳在8.5MPa的高壓情 況下、200°C下合成，該工藝操作條件苛刻，并且原料同位素標(biāo)記苯酚在高溫高壓情況下易 與溶劑中的Η發(fā)生Η-D交換，導(dǎo)致合成產(chǎn)物的豐度稀釋，該工藝不適合穩(wěn)定同位素標(biāo)記對羥 基苯甲酸的合成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種穩(wěn)定同位素 13c 或D標(biāo)記對羥基苯甲酸的合成方法。
[0012] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0013] -種穩(wěn)定同位素13C或D標(biāo)記對羥基苯甲酸的合成方法，包括以下步驟：
[0014] (1)往反應(yīng)器中加入穩(wěn)定同位素標(biāo)記苯酚和助催化劑，于攪拌狀態(tài)下依次加入 NaOH水溶液和主催化劑，繼續(xù)攪拌，加入四氯化碳，加熱反應(yīng)；
[0015] (2)反應(yīng)結(jié)束后，抽濾、酸化、萃取、濃縮、重結(jié)晶，即得到目的產(chǎn)物。
[0016] 所述的穩(wěn)定同位素標(biāo)記苯酚為苯酚-13C6或苯酚-D6,其結(jié)構(gòu)式分別為：
[0017]
[0018]所述的主催化劑為⑶(環(huán)狀糊精）；
[0019] 所述的助催化劑選自銅粉、硫酸銅或氯化銅中的一種或幾種。
[0020] 所述的主催化劑與穩(wěn)定同位素標(biāo)記苯酚的添加量的摩爾比為0.1~0.2:1;
[0021] 所述的助催化劑的添加量為穩(wěn)定同位素標(biāo)記苯酚的摩爾添加量的0.1 %~1 %。
[0022] 所述的NaOH水溶液的濃度為30~40wt %，其添加量滿足NaOH與穩(wěn)定同位素標(biāo)記苯 酚的摩爾比為6.5~10:1。
[0023]穩(wěn)定同位素標(biāo)記苯酚與四氯化碳的添加量的摩爾比為1: (2.5~6)。
[0024] 步驟(1)中加熱反應(yīng)的工藝條件為:反應(yīng)溫度為85~110°C，反應(yīng)時間為4~13h。
[0025] 加入NaOH水溶液與主催化劑后，繼續(xù)攪拌20~40min，再加入四氯化碳。
[0026] 步驟(2)中酸化為用鹽酸酸化，萃取為用氯仿進(jìn)行萃取。
[0027] 本發(fā)明通過以穩(wěn)定同位素標(biāo)記苯酚、氫氧化鈉水溶液、四氯化碳等為原料，并加入 β-CD和助催化劑組成的催化體系，從而可以在較為溫和的條件下反應(yīng)得到穩(wěn)定同位素標(biāo)記 對羥基苯甲酸產(chǎn)品。當(dāng)穩(wěn)定同位素標(biāo)記苯酚為苯酚- 13C6時，對應(yīng)的目的產(chǎn)物為對羥基苯甲 酸-13c6,其合成路線為：
[0028] un
V^n .
[0029] 當(dāng)穩(wěn)定同位素標(biāo)記苯酚為苯酚-D6時，對應(yīng)的目的產(chǎn)物為對羥基苯甲酸-他時，其合 成路線為：
[0030]
[0031] 本發(fā)明的合成與天然豐度對羥基苯甲酸合成工藝的合成機(jī)理相同，但由于過量的 NaOH會進(jìn)攻苯環(huán)上的羥基氫從而造成豐度稀釋，現(xiàn)有天然豐度的對羥基苯甲酸合成工藝 中，NaOH的添加量是該工藝的10倍以上，無法用于穩(wěn)定同位素標(biāo)記對羥基苯甲酸的合成。本 發(fā)明的與天然豐度對羥基苯甲酸的合成工藝不同點(diǎn)在于，一是改善NaOH的添加量并進(jìn)行限 定，NaOH是造成豐度稀釋的最重要因素，同時也是決定反應(yīng)能否順利進(jìn)行的重要條件。天然 豐度對羥基苯甲酸的合成過程不需要考慮豐度稀釋，因此，NaOH的加入量只需保證反應(yīng)順 利進(jìn)行并取得良好收率即可，而在本發(fā)明中，若不對NaOH進(jìn)行限定，按照現(xiàn)有的天然豐度對 羥基苯甲酸合成工藝條件進(jìn)行穩(wěn)定同位素同位素標(biāo)記對羥基苯甲酸的合成，勢必會造成同 位素豐度的稀釋，本發(fā)明通過對NaOH的加入量進(jìn)行限定，合成產(chǎn)物穩(wěn)定同位素標(biāo)記對羥基 苯甲酸的豐度無稀釋;二是進(jìn)料比，本發(fā)明的穩(wěn)定同位素標(biāo)記苯酚與CC1 4的加入量比例，不 僅有利的推動了反應(yīng)向右進(jìn)行，同時，可使得同位素原子利用率在豐度不被稀釋的前提下 達(dá)到最高，充分保證了同位素原子經(jīng)濟(jì)性。三是反應(yīng)溫度，反應(yīng)溫度過高，將使活潑Η與D發(fā) 生交換，從而造成產(chǎn)物的豐度稀釋，溫度過低，反應(yīng)難以進(jìn)行。
[0032] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0033] (1)本發(fā)明操作工藝簡便，反應(yīng)條件溫和，無需高溫高壓，穩(wěn)定同位素標(biāo)記苯酚不 會與溶劑水發(fā)生Η-D交換，最后制得的產(chǎn)品的同位素豐度高，適用于穩(wěn)定同位素標(biāo)記試劑的 合成。
[0034] (2)基于不同的產(chǎn)物的同位素標(biāo)記形式，通過選擇適合的催化劑體系，可使產(chǎn)物的 對位選擇性達(dá)到100%，無需后續(xù)手性分離，純化過程簡便。
[0035] (3)本發(fā)明所得產(chǎn)物的化學(xué)純度達(dá)99%以上，同位素豐度99atom%以上，且質(zhì)量數(shù) 差異均在3個以上，可以滿足后續(xù)防腐劑檢測用同位素內(nèi)標(biāo)試劑穩(wěn)定同位素標(biāo)記對羥基苯 甲酸酯類試劑合成所需中間體的要求，具有很好的實(shí)用價值和經(jīng)濟(jì)價值。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0037] 實(shí)施例1
[0038] 穩(wěn)定同位素標(biāo)記對羥基苯甲酸-D5的合成方法，該方法具體合成過程包括以下步 驟：
[0039] 在反應(yīng)器中加入lOg(O.lmol)穩(wěn)定同位素標(biāo)記苯酚-D6和助催化劑銅粉，攪拌狀態(tài) 下，滴加質(zhì)量濃度為30wt %的NaOH水溶液86.67g，在劇烈攪拌下加入11.35g( 0.0 lmol)研細(xì) 的β-CD催化劑;攪拌30分鐘后，加入24. lmL(0.25mo 1)四氯化碳，85°C下反應(yīng)4h;反應(yīng)結(jié)束 后，抽濾，鹽酸酸化，氯仿萃取，濃縮，重結(jié)晶，真空干燥箱中干燥至恒重，得產(chǎn)物穩(wěn)定同位素 標(biāo)記對羥基苯甲酸-D 5白色晶體10.19g，收率為71.22 %，化學(xué)純度99.09 %，對位選擇性為 100%，同位素豐度為99.10atom%D。
[0040] 實(shí)施例2
[0041] 穩(wěn)定同位素標(biāo)記對羥基苯甲酸-D5的合成方法，該方法具體合成過程包括以下步 驟：
[0042] 在反應(yīng)器中加入lOg(O.lmol)穩(wěn)定同位素標(biāo)記苯酚-D6和助催化劑硫酸銅，攪拌狀 態(tài)下，滴加質(zhì)量濃度為40wt %的NaOH水溶液100g，在劇烈攪拌下加入22.70g(0.02mol)研細(xì) 的β-CD催化劑;攪拌30分鐘后，加入57.9mL(0.6