碘代硫代乙酰胆碱、其制备方法、及其应用与流程

文档序号:17918050发布日期:2019-06-14 23:54

本发明属于有机化学领域的药物化学合成,具体涉及碘代硫代乙酰胆碱、 其制备方法、及其应用。



背景技术:

食品安全已经成为当前社会的热点问题。严重超量的农药残留可以造成急 性中毒,较轻微的残留农药在人体中长期蓄积滞留也会引起许多慢性疾病。因 此,如何简便、快速、准确地对果蔬中有机磷和氨基甲酸酯类农药残留进行检 测,就显得特别重要。乙酰胆碱酯酶(AChE)能够选择性地催化底物水解,且其 催化活性能被有机磷或氨基甲酸酯类农药所抑制。利用这一特性可制成快速测 定有机磷农药含量、底物含量及酶活性等的生物传感器。

碘代硫代乙酰胆碱,采用二硫双硝基苯甲酸(DTNB)为显色剂,形成5-巯基 -2-硝基苯甲酸(黄色化合物),此后根据颜色的深浅进行比色定量,计算乙酰 胆碱酶的受抑制程度,能够迅速确定农药残留毒性水平。

目前已有的碘代硫代乙酰胆碱合成路线有以下几种:

Renshaw(Journal of the American Chemical Society,1938,vol.60, p.1765-1766)采用2-二甲氨基乙硫醇和乙酰氯反应,生成中间体二甲氨基乙 基硫代乙酸,再和碘甲烷反应,生成碘代硫代乙酰胆碱,其具体的反应过程如 下述式(1)所示。

然而,该方法所用的原料2-二甲氨基乙硫醇,价格昂贵,且气味很大,对 环境影响大。

此外,Hansen(Acta Chemica Scandinavica(1947-1973),1957,vol.11, p.537-538)对上述方法略作改进,采用2-二甲氨基乙硫醇和乙酸酐反应,生 成中间体二甲氨基乙基硫代乙酸,其具体的反应过程如下述式(2)所示。

然而,该方法依然存在和Renshaw工艺同样的问题。

此外,Iwin(Zhurnal Obshchei Khimii,1952,vol.22,p.267)采用环硫乙 烷和乙酰碘先合成中间体2-乙酰硫基碘乙烷,再和三甲胺反应,得到碘代硫代 乙酰胆碱,具体反应过程如下述式(3)所示。

然而,此路线不仅原料不易得,而且原料本身也很不稳定,得到的中间体 再进行加成反应的条件苛刻,收率低,不利于工业化生产。



技术实现要素:

有鉴于此,本发明提供一种操作简单、安全性好、原料易得、成本低、且 得到的产品其性能优异的碘代硫代乙酰胆碱的制备方法。

本发明还提供一种碘代硫代乙酰胆碱。

进一步地,本发明还提供碘代硫代乙酰胆碱作为酶抑制法的底物的应用。

为解决上述技术问题,本发明采用了以下技术方案:

根据本发明第一方面实施例的碘代硫代乙酰胆碱的制备方法,其特征在于, 包括如下步骤:

步骤S1,提供二甲氨基乙烷类化合物溶解于碱中得到的碱性水溶液;

步骤S2,向所述碱性水溶液中加入硫代乙酸类化合物,以使其与所述二 甲氨基乙类化合物发生硫代反应,生成二甲氨基乙基硫代乙酸;

步骤S3,分离所述二甲氨基乙基硫代乙酸,配置其有机溶液;

步骤S4,向所述二甲氨基乙基硫代乙酸的有机溶液中滴加有机碘化物, 以发生碘代反应,生成所述碘代硫代乙酰胆碱。

可选地,该制备方法还可以包括如下步骤:

步骤S5,反应结束后,进行抽滤,滤饼用四氢呋喃洗净,此后,用醇类 化合物(可选地,为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、或其混合物,优选地,为乙 醇或异丙醇。)进行重结晶并抽滤、干燥,得到精制的碘代硫代乙酰胆碱。

根据本发明的一些实施例,所述步骤S1中,所述二甲氨基乙烷类化合物 包括二甲氨基乙烷、二甲氨基氯乙烷、二甲氨基溴乙烷、或其混合物,所述碱 为碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、氢氧化钠、氢氧化钾、或其混合物。

根据本发明的一些实施例,所述步骤S2中,所述硫代乙酸类化合物包括 硫代乙酸、硫代乙酸钾、硫代乙酸钠、或其混合物,所述硫代乙酸类化合物与 所述二甲氨基乙烷类化合物的摩尔比为1:1~1:2。

可选地,所述步骤S2中,将所述碱性水溶液降温至5-10℃,向其中加入 所述硫代乙酸类化合物,加料完毕后在室温下搅拌4-8h,以生成所述二甲氨基 乙基硫代乙酸。

根据本发明的一些实施例,所述步骤S3包括:萃取所述二甲氨基乙基硫 代乙酸并洗净,此后用配置其四氢呋喃溶液。

根据本发明的一些实施例,所述步骤S4中,所述有机碘化物包括:碘甲 烷、碘乙烷、碘丙烷、烯丙基碘、或其混合物,且所述有机碘化物与所述二甲 氨基乙烷类化合物的摩尔比为1:1~1:2。

可选地,所述步骤S4中,将所述二甲氨基乙基硫代乙酸的四氢呋喃溶液 控制在温度15-25℃下,向其中加入所述有机碘化物,滴加结束后,在室温下 反应2-3h。

根据本发明第二方面实施例的碘代硫代乙酰胆碱,为上述任一项所述的制 备方法制备得到。

根据本发明第三方面,还提供了将碘代硫代乙酰胆碱作为酶抑制法的底物 的应用。

本发明至少具有如下有益效果之一:

根据本发明实施例的碘代硫代乙酰胆碱的制备方法能够得到高纯度的碘 代硫代乙酰胆碱,产品无论是滴定含量、还是熔点、澄清度等各方面数据都非 常优异。且该方法操作简单,安全性好,适合工业化生产,同时原料易得,成 本较低。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面对本发明实施 例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部 分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通 技术人员所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

结合以下具体实施例,对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、 条件、实验方法等,除以下专门提及的内容之外,均为本领域的普遍知识和公 知常识,本发明没有特别限制内容。

下面,首先描述根据本发明实施例的碘代硫代乙酰胆碱的制备方法。

根据本发明实施例的碘代硫代乙酰胆碱的制备方法,包括如下步骤:

步骤S1,提供二甲氨基乙烷类化合物溶解于碱中得到的碱性水溶液。

其中,所述二甲氨基乙烷类化合物指二甲氨基乙烷及其衍生物,具体地, 可以包括二甲氨基乙烷、二甲氨基氯乙烷、二甲氨基溴乙烷、或其混合物,其 中,优选为二甲氨基溴乙烷。

所述碱没有特殊限制,例如可以为有机碱或无机碱,优选为无机碱,例如 碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、氢氧化钠、氢氧化钾、或其混合物。

步骤S2,向所述碱性水溶液中加入硫代乙酸类化合物,以使其与所述二 甲氨基乙类化合物发生硫代反应,生成二甲氨基乙基硫代乙酸。

所述硫代乙酸类化合物指硫代乙酸及其盐,具体地,优选为硫代乙酸、硫 代乙酸钾、硫代乙酸钠、或其混合物,其中,优选为硫代乙酸钾。

此外,所述硫代乙酸类化合物与所述二甲氨基乙烷类化合物的摩尔比没有 特殊限制,从提高收率、降低成本的角度考虑,优选为1:1.5。

本步骤中,具体地,可以将所述碱性水溶液降温至5-10℃,向其中加入 所述硫代乙酸类化合物,加料完毕后在室温下搅拌4-8h,以生成所述二甲氨基 乙基硫代乙酸。

以二甲氨基溴乙烷、硫代乙酸钾为例,其反应式如下述式(4)所示。

步骤S3,分离所述二甲氨基乙基硫代乙酸,配置其有机溶液。

在反应结束后,可以分离所述二甲氨基乙基硫代乙酸,并配置其有机溶液 以备下一步骤使用。

关于分离的方法,可以采用常规的萃取法。

关于萃取,具体地,反应完毕后向体系中加入乙酸乙酯,此后萃取分液并 将得到的有机相用无水硫酸镁干燥,抽滤,滤液浓缩后得到二甲氨基乙基硫代 乙酸。

此后,可以配置其四氢呋喃溶液以供下一步骤使用。

步骤S4,向所述二甲氨基乙基硫代乙酸的有机溶液中滴加有机碘化物, 以发生碘代反应,生成所述碘代硫代乙酰胆碱。

所述有机碘化物包括:碘甲烷、碘乙烷、碘丙烷、烯丙基碘、或其混合物, 其中,优选为碘甲烷。

所述有机碘化物与所述二甲氨基乙烷类化合物的摩尔比没有特殊限制,但 从提高其反应收率的角度考虑,优选为1:1.5。

本步骤中,将所述二甲氨基乙基硫代乙酸的四氢呋喃溶液控制在温度 15-25℃下,向其中加入所述有机碘化物,滴加结束后,在室温下反应2-3h。

以所使用的碘化物为碘甲烷为例,其反应过程如下述式(5)所示。

除了上述步骤之外,本发明的制备方法还可以包括如下步骤:

步骤S5,反应结束后,进行抽滤,滤饼用四氢呋喃洗净,此后,用醇类 化合物进行重结晶并抽滤、干燥,得到精制的碘代硫代乙酰胆碱。

其中,所述醇类化合物可以为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、或其混合物, 优选地,为乙醇或异丙醇。

根据上述制备方法,能够得到高纯度的碘代硫代乙酰胆碱,产品无论是滴 定含量、还是熔点、澄清度等各方面数据都非常优异。且该方法操作简单,安 全性好,适合工业化生产,同时原料易得,成本较低。

制备得到的碘代硫代乙酰胆碱可以用作无公害果蔬检测技术的新型底物, 采用二硫双硝基苯甲酸(DTNB)为显色剂,形成5-巯基-2-硝基苯甲酸(黄色化 合物)。根据颜色的深浅进行比色定量,计算乙酰胆碱酶的受抑制程度,从而迅 速确定农药残留毒性水平。

下面,通过实施例进一步详细说明本发明的制备方法。

实施例1:

5L三口烧瓶中,称取121.6g碳酸钾置于瓶中,加入1.5L水,搅拌溶清,再 向其中加入150.8g二甲氨基溴乙烷盐酸盐,使其全部游离,得清液。冰盐浴降 温至5-10℃,向瓶中再加入136.8g硫代乙酸钾,加料完毕,室温(25℃)搅拌 6小时,期间体系固体性状以及体系颜色会由白色至棕色。

反应完毕,向体系中加入2L乙酸乙酯,萃取分液,得到的有机相用无水 硫酸镁干燥,抽滤,滤液浓缩后得到中间体二甲氨基乙基硫代乙酸130g。

2L三口烧瓶中,加入上述中间体130g和1.3L四氢呋喃,控温,维持20℃ 左右向其中滴加144.6g碘甲烷,体系迅速析出大量固体。滴加完毕,维持室 温(25℃)反应2-3hr。

反应结束,抽滤,滤饼用四氢呋喃漂洗。

湿固体直接用1L乙醇,重结晶,得到的微黄色产品经抽滤,真空干燥, 得190g(滴定含量:99.8%,两步总摩尔收率:82.1%,熔点:206.8-209.1℃)。

将反应生成物进行核磁共振实验确认产物结构,数据如下:

HNMR(400MHz,DMSO):δ2.34(m,3H,CH3CO),δ3.12-3.19(s,9H,NCH3), δ3.20-3.24(m,2H,CH2),δ3.38-3.43(m,2H,CH2)。

检测结果与文献值吻合。

实施例2:

5L三口烧瓶中,称取17.6g氢氧化钠置于瓶中,加入1.5L水,搅拌溶清, 再向其中加入150.8g二甲氨基溴乙烷盐酸盐,使其全部游离,得清液。冰盐浴 降温至5-10℃,向瓶中再加入136.8g硫代乙酸钾,加料完毕,室温(25℃)搅 拌6小时,期间体系固体性状以及体系颜色会由白色至棕色。

反应完毕,向体系中加入2L乙酸乙酯,萃取分液,得到的有机相用无水 硫酸镁干燥,抽滤,滤液浓缩后得到中间体二甲氨基乙基硫代乙酸120g。

2L三口烧瓶中,加入上述中间体120g和1.2L四氢呋喃,控温,维持20℃ 左右向其中滴加133.5g碘甲烷,体系迅速析出大量固体。滴加完毕,维持室 温(25℃)反应2-3hr。

反应结束,抽滤,滤饼用四氢呋喃漂洗。

湿固体直接用1L乙醇,重结晶,得到的微黄色产品经抽滤,真空干燥, 得173g(滴定含量:99.3%,两步总摩尔收率:74.8%,熔点:205.3-207.5℃)。

将反应生成物进行核磁共振实验确认产物结构,数据如下:

HNMR(400MHz,DMSO):δ2.34(m,3H,CH3CO),δ3.12-3.19(s,9H,NCH3), δ3.20-3.24(m,2H,CH2),δ3.38-3.43(m,2H,CH2)。

检测结果与文献值吻合。

实施例3:

5L三口烧瓶中,称取37g碳酸氢钠置于瓶中,加入1.5L水,搅拌溶清,再 向其中加入150.8g二甲氨基溴乙烷盐酸盐,使其全部游离,得清液。冰盐浴降 温至5-10℃,向瓶中再加入136.8g硫代乙酸钾,加料完毕,室温(25℃)搅拌 6小时,期间体系固体性状以及体系颜色会由白色至棕色。

反应完毕,向体系中加入2L乙酸乙酯,萃取分液,得到的有机相用无水 硫酸镁干燥,抽滤,滤液浓缩后得到中间体二甲氨基乙基硫代乙酸113g。

2L三口烧瓶中,加入上述中间体113g和1.2L四氢呋喃,控温,维持20℃ 左右向其中滴加133.5g碘甲烷,体系迅速析出大量固体。滴加完毕,维持室 温(25℃)反应2-3hr。

反应结束,抽滤,滤饼用四氢呋喃漂洗。

湿固体直接用1L乙醇,重结晶,得到的微黄色产品经抽滤,真空干燥, 得163g(滴定含量:99.1%,两步总摩尔收率:70.5%,熔点:205.1-207.1℃)。

将反应生成物进行核磁共振实验确认产物结构,数据如下:

HNMR(400MHz,DMSO):δ2.34(m,3H,CH3CO),δ3.12-3.19(s,9H,NCH3), δ3.20-3.24(m,2H,CH2),δ3.38-3.43(m,2H,CH2)

检测结果与文献值吻合。

实施例4:

5L三口烧瓶中,称取121.6g碳酸钾置于瓶中,加入1.5L水,搅拌溶清,再 向其中加入150.8g二甲氨基溴乙烷盐酸盐,使其全部游离,得清液。冰盐浴降 温至5-10℃,向瓶中再加入136.8g硫代乙酸钾,加料完毕,室温(25℃)搅拌 6小时,期间体系固体性状以及体系颜色会由白色至棕色。

反应完毕,向体系中加入2L乙酸乙酯,萃取分液,得到的有机相用无水 硫酸镁干燥,抽滤,滤液浓缩后得到中间体二甲氨基乙基硫代乙酸130g。

2L三口烧瓶中,加入上述中间体130g和1.3L四氢呋喃,控温,维持20℃ 左右向其中滴加144.6g碘甲烷,体系迅速析出大量固体。滴加完毕,维持室 温(25℃)反应2-3hr。

反应结束,抽滤,滤饼用四氢呋喃漂洗。

湿固体直接用1L甲醇,重结晶,得到的微黄色产品经抽滤,真空干燥, 得165g(滴定含量:99.2%,两步总摩尔收率:71.3%,熔点:205.8-208.1℃)。

将反应生成物进行核磁共振实验确认产物结构,数据如下:

HNMR(400MHz,DMSO):δ2.34(m,3H,CH3CO),δ3.12-3.19(s,9H,NCH3), δ3.20-3.24(m,2H,CH2),δ3.38-3.43(m,2H,CH2)

检测结果与文献值吻合。

实施例5:

5L三口烧瓶中,称取121.6g碳酸钾置于瓶中,加入1.5L水,搅拌溶清,再 向其中加入150.8g二甲氨基溴乙烷盐酸盐,使其全部游离,得清液。冰盐浴降 温至5-10℃,向瓶中再加入136.8g硫代乙酸钾,加料完毕,室温(25℃)搅拌 6小时,期间体系固体性状以及体系颜色会由白色至棕色。

反应完毕,向体系中加入2L乙酸乙酯,萃取分液,得到的有机相用无水 硫酸镁干燥,抽滤,滤液浓缩后得到中间体二甲氨基乙基硫代乙酸130g。

2L三口烧瓶中,加入上述中间体130g和1.3L四氢呋喃,控温,维持20℃ 左右向其中滴加144.6g碘甲烷,体系迅速析出大量固体。滴加完毕,维持室 温(25℃)反应2-3hr。

反应结束,抽滤,滤饼用四氢呋喃漂洗。

湿固体直接用1L异丙醇,重结晶,得到的微黄色产品经抽滤,真空干燥, 得182g(滴定含量:99.5%,两步总摩尔收率:77.8%,熔点:206.1-208.3℃)。

将反应生成物进行核磁共振实验确认产物结构,数据如下:

HNMR(400MHz,DMSO):δ2.34(m,3H,CH3CO),δ3.12-3.19(s,9H,NCH3), δ3.20-3.24(m,2H,CH2),δ3.38-3.43(m,2H,CH2)

检测结果与文献值吻合。

通过上述实施例1至5的实验结果可知,根据上述制备方法,能够得到高 纯度的碘代硫代乙酰胆碱,产品无论是滴定含量、还是熔点、澄清度等各方面 数据都非常优异。且该方法操作简单,安全性好,适合工业化生产,同时原料 易得,成本较低。

以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技 术人员来说,在不脱离本发明所述原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰, 这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

再多了解一些
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