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《化学试剂》青年编委雷雯团队:稳定同位素标记苯胺-D5的交换合成研究

2024.0464稳定同位素标记苯胺-D5的交换合成研究.pdf


背景介绍


苯胺-D5作为稳定同位素标记试剂的关键原料,在氘代药物、显示材料及核磁检测等领域具有重要应用。然而,其制备技术长期被国外垄断,国内依赖进口,制约了相关领域的发展。本研究针对环上氘标记苯胺-D5的规模化生产难题,系统优化氢氘交换工艺,通过考察催化剂类型、用量、反应时间、温度及氘氢比等关键参数,建立了高效稳定的合成路线。该研究旨在突破技术壁垒,推动氘代芳烃原料的国产化进程,为氘标记试剂的开发提供重要技术支撑。




文章亮点

1.本研究创新性地采用Pt/C催化剂优化氢氘交换工艺,实现了苯胺-D5的高效合成

2. 通过单因素优化,确定最佳工艺条件,产物氘同位素丰度≥98.2 atom%D,纯度达99.1%。该工艺可与本公司的重水回收工艺结合,实现苯胺-D5的连续制备,为工业化放大生产提供了可靠数据基础

3.此方法原料易得、操作简便,对氘标记试剂的开发及氘代材料的国产化具有重要应用价值

内容介绍

1  实验部分

1.1  主要仪器与试剂

1.2  实验方法

1.3  检测方法

2  结果与讨论

2.1  催化剂类型对氘同位素丰度的影响

2对比了苯胺在酸、碱、金属催化剂催化一次交换的效果,采用高分辨液质联用仪对所得到的氘代苯胺样品进行氘原子同位素丰度分析。

2.2  催化剂的用量

选择催化剂后,苯胺的氢氘交换过程仍受催化剂用量、温度、时间和重水用量等因素的影响。实验对10% Pt/C催化剂的用量在与底物质量比为0.250.50.751.01.251.51.75条件下进行了考察,结果如图3所示。

2.3  反应时间对氘同位素丰度的影响

由图4可知,反应在开始阶段进行地十分迅速,仅在20 h左右苯胺的氘原子同位素丰度就达到了85.3 atom%D,在24 h 之后苯胺的氘原子同位素丰度趋于平稳,反应达到了同位素效应平衡,因此,苯胺的氢氘交换选择反应时间为24 h

2.4  反应温度对氘同位素丰度的影响

实验分别在5060708090100110120130140150 ℃条件下考察了反应温度对氘代苯胺氢氘交换的效果,结果如图5所示。

2.5  氘原子与氢原子的物质的量之比对氘同位素丰度的影响

2.6  苯胺-D5丰度与纯度结果分析

2.6.1  苯胺-D5的丰度

在优化后的工艺条件下,经3次交换产物苯胺-D5经高分辨液质联用仪在1.3.1.2质谱条件下检测,其正离子模式的质谱图如图7所示。实测分子离子峰[M+H]+=99.0965与理论计算结果99.13C6D5NH3+)相符。


2.6.2  苯胺-D5的纯度

在经过多次交换,目标产物苯胺-D5的丰度达到98.2 atom%D后,对提纯后的苯胺进行纯度检测。

3  结论

本文建立了苯胺-D5生产的稳定交换工艺方法,通过对苯胺与重水的氢氘交换反应的催化剂类型、催化剂用量、反应时间、反应温度等关键工艺条件进行考察,对苯胺-D5的交换基础数据进行了系统研究,结果表明该方法能稳定制备高丰度、高纯度的苯胺-D5产品,该条件可用作工艺设计的基础数据,有工业化放大生产的前景。此外,该方法原料简单、操作便捷,对芳烃环上的氢氘交换有很好的选择性,对于氢氘交换制备稳定同位素氘标记试剂的研究应用具有一定的指导作用。