本發(fā)明屬于穩(wěn)定同位素標記化合物合成技術領域，尤其是涉及一種同位素標記的氨基甲酸酯的合成方法。

背景技術：

1937年Votai Benfold及其同事在德國勒沃庫森的I.K.法爾莫實驗室首次得到氨基甲酸酯，氨基甲酸酯類農(nóng)藥是在有機磷酸酯之后發(fā)展起來的合成農(nóng)藥，一般無特殊氣味，在酸性環(huán)境下穩(wěn)定，遇堿性環(huán)境分解。氨基甲酸酯類農(nóng)藥的中毒癥狀是特征性的膽堿性流淚、流涎，瞳孔縮小，驚厥和死亡。此外，氨基甲酸酯類農(nóng)藥還具有致突變、致畸和致癌作用，研究人員將氨基甲酸酯類農(nóng)藥“西維因”以口服、注射、或涂在小鼠和倉鼠皮膚上，均可引起癌變，并對豚鼠、狗、豬、雞和鴨也有致畸作用。經(jīng)過機理研究表明西維因等氨基甲酸酯類農(nóng)藥進入人體后，在胃的酸性條件下可與食物中的硝酸鹽和亞硝酸鹽生成的N-亞硝基化合物，顯示出較強的致突變活性。因此，國際癌癥研究機構在2007年把氨基甲酸酯類列為2A類致癌物。在日本和香港的研究表明日常生活中的一些發(fā)酵食品，如醬油，泡菜，大醬，面包，面包卷，饅頭，餅干，豆腐，加上酒，清酒和梅酒等亞洲傳統(tǒng)食物中有較高的氨基甲酸酯類農(nóng)藥水平。

穩(wěn)定同位素稀釋質(zhì)譜法IDMS(Isotope Dilution Mass Spectrometry)是將已知質(zhì)量和豐度的濃縮穩(wěn)定同位素作為內(nèi)標物加入樣品中混合，通過測量相應質(zhì)量數(shù)離子比值并與標準比值比較，從而測定出該物質(zhì)在樣品中的含量。液相色譜與高分辨率質(zhì)譜聯(lián)用儀具有準確、高效、靈敏等特點，被廣泛運用于痕量農(nóng)藥的殘留檢測。利用穩(wěn)定同位素標記氨基甲酸酯，可為更準確的定量檢測食品中氨基甲酸酯的痕量殘留提供標準試劑。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種合成路線短，操作簡便，穩(wěn)定同位素原子利用率高，適合穩(wěn)定同位素標記的專用合成技術的同位素標記的氨基甲酸酯的合成方法，可以應用于食品、土壤等農(nóng)藥殘留監(jiān)測。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：

一種同位素標記的氨基甲酸酯的合成方法，采用以下步驟：

(1)利用穩(wěn)定同位素¹³C標記一氧化碳為原料，在催化劑催化的條件下，與氨基化合物、羥基化合物，或者穩(wěn)定同位素標記氨基化合物、羥基化合物反應，控制反應溫度為150～250℃，攪拌反應8～30h；

(2)將步驟(1)得到的產(chǎn)物冷卻至室溫，反應液進行濃縮蒸干，再加入水和活性炭，控制反應溫度為20～100℃，攪拌0.1～3h，分離過濾后的濾液，得到¹³C標記氨基甲酸酯或¹³C、¹⁵N標記氨基甲酸酯。

步驟(1)中：

所述的催化劑為硒粉、硫粉、單質(zhì)碘、1-丁基-3-甲基-2-硒代咪唑、1-異丙基-3-甲基-2-硒代咪唑、氧化鎂、氧化鋅、氯化鈀或醋酸鈀中的一種或幾種。

所述的氨基化合物為氨氣、甲胺、乙胺、異丙胺、二甲胺或二乙胺中的一種或幾種。

所述的羥基化合物為甲醇、乙醇、鄰甲基苯酚、1-萘酚、2-甲硫基乙醛肟、3-(甲硫基)-2-丁酮肟、3-甲磺?；?2-丁酮肟、2-甲基-2-甲磺?；╇炕?-甲基-2-(甲硫基)丙醛肟中的一種或幾種。

所述的穩(wěn)定同位素標記的氨基化合物為¹⁵N-氨氣、¹⁵N-甲胺、¹⁵N-乙胺或¹⁵N-二甲胺中的一種或幾種。

所述的¹³C標記一氧化碳與氨基化合物或穩(wěn)定同位素標記氨基化合物的摩爾比為1:2～1:6，¹³C標記一氧化碳與催化劑摩爾比為1:0.2～1:2，¹³C標記一氧化碳與羥基化合物的摩爾比為1:5～1:20。

步驟(2)中，濾液經(jīng)濃縮蒸干后進行蒸餾分離，或者利用有機溶劑萃取、濃縮濾液進行濾液分離。

所述的有機溶劑為二氯甲烷、乙酸乙酯、石油醚、乙醚、環(huán)己烷、正己烷或氯仿中的一種或幾種。

¹³C標記氨基甲酸酯的合成工藝路線，如下所示：

¹³C、¹⁵N標記氨基甲酸酯的合成工藝路線，如下所示：

與“兩步法”合成非同位素標記的氨基碳酸酯等現(xiàn)有相關技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明首次開發(fā)了以最簡單的碳13標記一氧化碳、氨基化合物和羥基化合物為起始原料，通過新穎、簡便的“一鍋法”合成，得到穩(wěn)定同位素標記的氨基甲酸酯，避免了以結構復雜、難以獲得的同位素標記脲類化合物參與的“兩步法”合成路線。

(2)本發(fā)明開發(fā)了“一鍋法”合成穩(wěn)定同位素標記氨基甲酸酯的工藝參數(shù)，探索得到高效、便宜易得的催化劑，以及關鍵的反應溫度和時間參數(shù)，使得該反應順利得到目標產(chǎn)物，操作技術簡單安全，具備大規(guī)模生產(chǎn)的潛力。

(3)本發(fā)明以高豐度的碳13標記一氧化碳(99.3％atom¹³C)和氮15標記氨基化合物(99％atom ¹⁵N)為原料，得到高豐度、高純度的¹³C或¹³C、¹⁵N標記的氨基甲酸酯產(chǎn)品(高于99％atom¹³C和99％atom ¹⁵N、純度高于98.5％)，穩(wěn)定同位素原子利用率高，豐度稀釋較小，可以充分滿足用于食品、土壤等氨基甲酸酯農(nóng)藥殘留監(jiān)測的要求。

(4)本發(fā)明具有良好的經(jīng)濟性和使用價值，在食品、環(huán)境檢測領域中具有良好的發(fā)展前景。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。

實施例1

在2.5L不銹鋼高壓反應釜中，加入硒粉19.75g(0.25mol)、甲醇150mL，再加入¹³C-一氧化碳11.2L(0.5mol)和氨氣21.25g(1.25mol)，控制油浴溫度穩(wěn)定為160℃，攪拌反應16h，反應完成后，過夜冷卻至室溫，收集反應液進行濃縮蒸干，再加入水和活性炭，控制反應溫度為50℃，攪拌0.25h，過濾，濾液濃縮蒸干，然后進行蒸餾分離，收集175～177℃餾分，得到29.4g ¹³C-氨基甲酸乙酯，反應產(chǎn)率77.3％，化學純度達到99.0％，同位素豐度達到99.1atom％¹³C，利用紅外光譜和核磁分析，其化學結構正確。

實施例2

在2.5L不銹鋼高壓反應釜中，加入硫粉8.0g(0.25mol)、甲醇150mL，再加入¹³C-一氧化碳11.2L(0.5mol)和氨氣25.5g(1.5mol)，控制油浴溫度穩(wěn)定為180℃，攪拌反應18h，反應完成后，過夜冷卻至室溫，收集反應液進行濃縮蒸干，再加入水和活性炭，控制反應溫度為60℃，攪拌0.5h，過濾，濾液濃縮蒸干，然后進行蒸餾分離，收集175～177℃餾分，得到30.5g ¹³C-氨基甲酸甲酯，反應產(chǎn)率79.2％，化學純度達到99.1％，同位素豐度達到99.2atom％¹³C，利用紅外光譜和核磁分析，其化學結構正確。

實施例3

在2.5L不銹鋼高壓反應釜中，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)，控制油浴溫度穩(wěn)定為200℃，攪拌反應20h，反應完成后，過夜冷卻至室溫，收集反應液進行濃縮蒸干，再加入水和活性炭，控制反應溫度為60℃，攪拌0.75h，過濾，濾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，反應產(chǎn)率63.1％，化學純度達到98.5％，同位素豐度達到99.0atom％¹³C，利用紅外光譜和核磁分析，其化學結構正確。

實施例4

在2.5L不銹鋼高壓反應釜中，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)，控制油浴溫度穩(wěn)定為220℃，攪拌反應24h，反應完成后，過夜冷卻至室溫，收集反應液進行濃縮蒸干，再加入水和活性炭，控制反應溫度為60℃，攪拌1h，過濾，濾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，反應產(chǎn)率35.4％，化學純度達到98.7％，同位素豐度達到99.0atom％¹³C，利用紅外光譜和核磁分析，其化學結構正確。

實施例5

在2.5L不銹鋼高壓反應釜中，加入硫粉19.75g(0.5mol)、氧化鋅3.6g(0.05mol)、乙醇150mL，再加入¹³C-一氧化碳11.2L(0.5mol)和氨氣21.25g(1.5mol)，控制油浴溫度穩(wěn)定為240℃，攪拌反應24h，反應完成后，過夜冷卻至室溫，收集反應液進行濃縮蒸干，再加入水和活性炭，控制反應溫度為60℃，攪拌1h，過濾，濾液濃縮蒸干，然后進行蒸餾分離，收集182～184℃餾分，得到18.7g¹³C-氨基甲酸乙酯，反應產(chǎn)率41.9％，化學純度達到99.1％，同位素豐度達到99.1atom％¹³C，利用紅外光譜和核磁分析，其化學結構正確。

實施例6

在2.5L不銹鋼高壓反應釜中，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-氨氣36.0g(2mol)，控制油浴溫度穩(wěn)定為200℃，攪拌反應24h，反應完成后，過夜冷卻至室溫，收集反應液進行濃縮蒸干，再加入水和活性炭，控制反應溫度為60℃，攪拌0.5h，過濾，濾液濃縮蒸干，然后進行蒸餾分離，收集175～177℃餾分，得到33.1g 1-¹³C,¹⁵N-氨基甲酸甲酯，反應產(chǎn)率87.2％，化學純度達到99.1％，同位素豐度達到99.2atom％¹³C和99.3atom％¹⁵N，利用紅外光譜和核磁分析，其化學結構正確。

實施例7

一種¹³C標記的氨基甲酸酯的合成方法，采用以下步驟：

(1)利用穩(wěn)定同位素¹³C標記一氧化碳為原料，在催化劑硫粉催化的條件下，與甲胺、2-甲硫基乙醛肟反應，¹³C標記一氧化碳與甲胺的摩爾比為1:2，與催化劑摩爾比為1:0.2，與2-甲硫基乙醛肟的摩爾比為1:5，控制反應溫度為150℃，攪拌反應30h；

(2)將步驟(1)得到的產(chǎn)物冷卻至室溫，反應液進行濃縮蒸干，再加入水和活性炭，控制反應溫度為20℃，攪拌3h，分離過濾后的濾液，得到¹³C標記氨基甲酸酯。

實施例8

一種¹³C、¹⁵N標記的氨基甲酸酯的合成方法，采用以下步驟：

(1)利用穩(wěn)定同位素¹³C標記一氧化碳為原料，在催化劑氯化鈀催化的條件下，與¹⁵N-二甲胺、3-甲磺酰基-2-丁酮肟反應，¹³C標記一氧化碳與¹⁵N-二甲胺的摩爾比為1:6，與催化劑摩爾比為1:2，與3-甲磺?；?2-丁酮肟的摩爾比為1:20，控制反應溫度為250℃，攪拌反應8h；

(2)將步驟(1)得到的產(chǎn)物冷卻至室溫，反應液利用石油醚有機溶劑萃取、濃縮濾液進行濾液分離，再加入水和活性炭，控制反應溫度為100℃，攪拌0.1h，分離過濾后的濾液，得到¹³C、¹⁵N標記氨基甲酸酯。