温万东, 刘喜保, 高履桐, 杨润亚, 祁志军

(1. 西北农林科技大学 a. 理学院; b. 农药研究所,陕西 杨凌 712100; 2. 鲁东大学 生命科学学院,山东 烟台 264025)

离子液体[1～3]作为一种最有前途的新型绿色溶剂和催化剂,特别适应于目前所倡导的绿色化学技术的要求,已成为当今化学研究的热点之一。

免疫分析法是一种简便、灵敏、经济快速检测有机磷农药残留的方法。传统的免疫学检测技术由于抗体具有特异性，通常一种抗体只能检测一种农药,难以满足实际检测时常常需要对多种农药同时检出的需求,因此广谱性抗体的制备与农药多残留免疫检测技术的发展应运而生,成为免疫学检测技术的发展趋势之一[4]。待测农药抗体的产生很大程度上依赖于半抗原的设计、合适载体蛋白的选择及连接方法[5]。对于半抗原设计，其总体原则是在尽可能保留原待测物特征结构的前提下,在适当的位置引入合适的连接臂和活性基团(如-CO2H， -NH2, -OH等)[6]。

Scheme1

本文针对烷氧基二硫代有机磷——O,O-二甲基二硫代磷酸铵(1a)和O,O-二乙基二硫代磷酸铵(1b)，采用离子液体[Bmim]Br为溶剂和催化剂，合成了四个不同长度间隔臂的通用有机磷农药半抗原——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),其结构经NMR和MS确证。

1 实验部分

1．1 仪器与试剂

Bruker Avance 500 MHz型核磁共振谱仪(CDCl3为溶剂，TMS为内标);Niolet FT-IR-20SX型红外光谱仪(KBr压片);LCQ Advantage MAX型质谱仪。

1a和1b, Sigma;其余所用试剂均为分析纯。

1.2 合成

(1) [Bmim]Br的合成[7]

在干燥的圆底烧瓶中依次加入N-甲基咪唑8.2 g(100 mmol),正溴丁烷15 g(110 mmol)和甲苯25 mL,搅拌下于90 ℃反应24 h。冷却至室温,分液,下层用乙酸乙酯洗涤至氯化铜检测不出现蓝绿色为止。减压浓缩后真空干燥至恒重得浅黄色液体[Bmim]Br 20.5 g,产率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为例)

在反应瓶中加入1b606 mg(3 mmol),氯乙酸284 mg(3 mmol)和[Bmim]Br 2 mL，搅拌下于45 ℃反应40 min。静置冷却至室温,抽滤,滤液用乙醚(3×10 mL)萃取,合并萃取液{下层静置回收[Bmim]Br重复使用},减压浓缩后经硅胶柱层析[洗脱剂A:V(乙酸乙酯) ∶V(石油醚) ∶V(醋酸)=300 ∶50 ∶1]纯化得淡黄色油状液体2b714 mg。

用类似方法合成淡黄色油状液体2a。

2a: 产率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: 产率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为例)

在反应瓶中加入1b606 mg(3 mmol)和[Bmim]Br 2 mL，搅拌下低于5 ℃缓慢加入98%硫酸294 mg(3 mmol),加毕，于室温加入丙烯酸216 mg(3 mmol),反应60 min。抽滤,滤液用乙醚(3×10 mL)萃取,合并萃取液{下层静置回收[Bmim]Br重复使用},减压浓缩后经硅胶柱层析(洗脱剂A)纯化得淡黄色油状液体3b759 mg。

用类似方法合成淡黄色油状液体3a。

3a: 产率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: 产率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 结果与讨论

2.1 反应时间对产率的影响

以合成2b和3b为例，考察反应时间对产率的影响，结果见表1。由表1可见，随着反应时间的延长，2b的产率相应提高，但当反应时间超过40 min后，产率增加甚少，因此反应时间选择40 min较适宜。3b的产率亦随反应时间的延长而提高，但是当反应时间超过60 min后，产率无明显提高，因此反应时间控制在60 min较适宜。

2.2 [Bmim]Br的催化性能

以合成2b和3b为例，考察[Bmim]Br的催化性能，用丙酮[8，9]代替[Bmim]Br作溶剂为对比，其余反应条件同1.2(2)和1.2(3)，结果见表2。从表2可知，在相同反应时间内，2b和3b在[Bmim]Br中的产率明显高于丙酮，说明[Bmim]Br在反应中不仅充当反应介质，同时也起催化作用，促进了亲核取代和Michael加成反应的进行。

表 1 反应时间对产率的影响*Table 1 Effect of reaction time on the yield

*-:未考察; 反应条件同1.2(2)和1.2(3)

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

*反应条件同1.2(2)和1.2(3)

表 3 [Bmim]Br的循环利用*Table 3 Reusability of [Bmim]Br

*反应条件同1.2(2)和1.2(3)

2.3 [Bmim]Br的循环利用

循环使用性能是离子液体最突出的优点之一。以合成2b和3b为例，考察[Bmim]Br的重复使用性能。第一次反应结束后，用乙醚萃取产物，下层于80 ℃～100 ℃抽真空30 min(除去未反应的底物及溶剂残留)回收[Bmim]Br，循环使用结果见表3。由表3可知，[Bmim]Br重复使用4次后，2b和3b的产率仅下降0.8%和4.0%，说明[Bmim]Br具有良好的可重复使用性能。

3 结论

利用[Bmim]Br为溶剂和催化剂高效合成了2a～3b。合成2b的传统方法是以丙酮为溶剂，于45 ℃反应约80 min，产率96.0%[8，9];而采用[Bmim]Br，不用有机溶剂，不仅反应时间缩短一半(40 min),而且产率也不低(97.9%)。合成3b的常规方法亦以丙酮作溶剂，于室温反应60 min， 产率89.0%;而采用[Bmim]Br，产率提高至93.7%。

利用离子液体[Bmim]Br作溶剂和催化剂,具有反应条件温和、产率高、不使用有机溶剂、可回收循环使用、对环境友好等优点,是一种符合现代绿色化学的、原子经济性的合成方法。

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