D0I：10.13822/jki.hxsj.2021007924化学试剂，2021,43(6),848~851 YAY A Y A Y A Y A Y A Y A Y A Y A Y
：合成与工艺技术！
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13C同位素标记DDT、DDD、DDE的简便合成
王智楠，全海源，胡宇钊，王留洋，蒋志福，梅向东，宁君，折冬梅*
(中国农业科学院植物保护研究所，北京100193)
摘要：有机氯农药滴滴涕(双对氯苯基三氯乙烷,DDT)作为一种持久性有机污染物，在环境中长时间滞留，并逐步代谢为更加稳定的滴滴伊(1,1-二氯-2,2-双(4-氯苯基)乙烯,DDE)和滴滴滴(双(6-羟基-2-萘)二硫,DDD)-同位素稀释质谱法(IDMS)是国际上唯一认可的痕量和超痕量检测的权威性检测方法。稳定同位素标记产品是该方法的物质基础。报道了'3C'2标记卩，卩'-DDT、卩，卩'-DDD和卩，卩'-DDE的合成。以'比点-苯为同位素标记原料，通过氧氯化得'比点-氯苯，'乂点-氯苯分别与三氯乙醛水合物和二氯乙醛水合物经浓硫酸催化缩合制得l3C l2-DDT和|3C|2-DDD，以聚乙二醇-600为相转移催化剂,'3C'2-DDT脱氯化氢制得'3C'2-DDE-该方法产率高、产品纯度高、操作简便，可为同位素标记的二氯二苯基三氯乙烷类
化合物(DDTs)的合成提供参考-
关键词：'3C标记；'3C6-氯苯；二氯二苯基三氯乙烷类化合物；标记合成
中图分类号:TQ421.6文献标识码：A文章编号:0258-3283(2021)06-0848-04
Facile Synthesis of Isotopically13C12-labeledp,p'-DDT,p,p'-DDD andp,p'-DDE WANG Zhi-nan,QUAN Hai-yuan,HU Yu-zhao,WANG Liu-yang,JIANG Zhi-Ju,MEI Xiang-dong,NING Jun,SHE Dong-mei*(Institute of Plant Protection,Chine Academy of Agricultural Sciences,Beijing100193,China),Huaxue Shiji,2021,43(6),848~851
Abstract：As a persistent organic pollutant,the organochlorine pesticide dichlorodiphenyltrichloroethane(DDT)stays in the environment for a long time and is gradually metabolized into more stable1,1-dichloro-2,2-bis(p-chlorophenyl)ethylene(DDE)and 1,1-dichloro-2,2-bis(p-chlorophenyl)ethane(DDD).Isotope dilution mass spectrometry(IDMS)is the only authoritative detection method recognized internationally for testing trace and ultra-trace substances.Stable isotope-labeled standards are the material basis for this assay.The l3C'?-labeled p,p'-DDD and p,p'-DDE were first reported in this paper.'3C6-Chlorobenzene was produced via oxychlorination from13C6-benzene,and subquent sulphuric acid-catalyzed condensation with chloral hydrate and considered
dichloroacetaldehyde hydrate yielded'3C'?-p,p'-DDT and l3C'?-p,p'-DDD,respectively.Then l3C'?-p,p'-DDE was synthesized by catalytic-dehydrochlorination method from l3C'?-p,p'-DDT using polyethylene glycol600as pha transfer catalyst.This method has a higher yield,fewer by-products and an easier handling process,which provides a reference for the isotope-labeled synthesis of isotopelabeled dichlorodiphenyltrichloroethane compounds(DDTs).
Key words：13C-labeled；13C6-chlorobenzene；DDTs；labeled synthesis
二氯二苯基三氯乙烷类化合物(Dichloro diphenyl trichloro ethanes,DDTs)是DDT同分异构体及同系物的总称，包括p,p'-DDT,o,p'-DDT, p,p'-DDE,o,p'-DDE,p,p'-DDD和o,p'-DDD 等⑷-1940年以来,DDT作为一种有机杀虫剂被广泛用于农业生产和卫生害虫的控制［2］-但由于其理化特性、难溶解性、生物蓄积性，以及难于降解且存在较大的健康风险等缺点［3］，于2001年成为首批被列入《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》的持久性有机污染物之一，在全球许多国家被限用或禁用［4］-
DDT进入环境中后，主要脱氯生成DDD和DDE，路径可以是DDT t DDE t DDD，也可以是DDT直接到DDD［5］-DDD和DDE有致癌的可能性，对水生生物和无脊椎动物有剧毒［6-8］，且在稳定性上高于DDT，后续很难继续降解［9-ll］-因此,
收稿日期：2020-10-10；网络首发日期：2021-03-30
基金项目：国家重点研究发展计划项目(2016YFD0200201)。
作者简介：王智楠(1996-)，女，河南新乡人，硕士生，主要从事稳定同位素标记化合物的研究与开发。
通讯作者：折冬梅，E-mail:-
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引用本文：王智楠，全海源，胡宇钊，等.'3C同位素标记DDT、D D D、DDE的简便合成［J］.化学试剂,2021,43(6):
848-851-
监测DDT及其代谢产物DDD和DDE在环境中和动植物体内的含量，有助于评估DDTs带来的生态及健康风险。
稳定同位素标记的DDT可作为示踪剂追踪生物学过程，如用于揭示DDT在人和野生动物体内的代谢途径和残留量以及在环境中的迁移、转化能力［12-15］。同位素标记的DDT也可以作为内标化合物，结合同位素稀释质谱(Isotope Dilution Mass Spectrometry,IDMS)，进行环境基质中的超痕量同类物分析［1，16，17］。应用此方法的关键在于内标DDTs同位素标记合成［18］。
目前，国内外高纯度DDTs的合成多采用水合三氯乙醛和氯苯为原料，浓硫酸、发烟硫酸等作为催化剂通过缩合合成DDTs［19,20］，但是产率较低。折冬梅等［21］在此基础上进行了改进，利用水合三氯乙醛，低温条件下与浓硫酸和发烟硫酸的混合物反应，获得了高纯度的DDTo氯苯的合成可通过氯气对苯直接氯化，在催化剂铁、碘或铝屑的存在下，通过过量的氯气氯化制得氯苯，氯苯产率为80%~90%，但伴有高沸点的多氯代苯副产物生成［22］。对此，采用氧氯化反应来制备氯苯，氯化氢作为氯源，与直接氯化相比，氯原子利用率高，且不产生腐蚀性气体［23］o氧氯化反应的氧化剂主要有氧气、过硼酸钠和过氧化氢等，以氧气作为氧化剂的氧氯化反应，氯化氢转化率较低，反应 过程中催化剂活性易受到影响［24］，多采用过硼酸钠或过氧化氢作氧化剂［25］。Dakka等［26］报道了一种过氧化氢氧化漠化氢用于芳烃化合物的漠化。鉴于过氧化氢及其产物的绿色无毒特点，选择过氧化氢作氧化剂、氯化氢作氯源，对13C6-苯进行氯化获得氯苯。在该氧氯化反应中，选择四丁基漠化铵(TBAB)用于过氧化氢和氯化氢的相转移催化剂［26］。
本文介绍一种以过氧化氢氧化盐酸，对13C6-苯进行氯化的氯苯高效合成方法，进而制备13C i?苯环标记的p,p'-DDT、p,p'-DDE和p,p'-DDD的方法，该方法可为同位素标记的二氯二苯基三氯乙烷类化合物(DDTs)的合成提供参考。
1实验部分
1.1主要仪器与试剂
DPX300MHz型核磁共振仪(CDCl3为溶剂, TMS为内标，德国Bruker公司)；GCT CA127 (TOF-EI)型高分辨质谱仪(英国Micromass公司)。
抄袭的英文13C6-苯(同位素丰度为99%，纯度＞98%，美国剑桥同位素实验室有限公司)；其他试剂均为市售分析纯。
1.2实验方法
以13C6-苯为原料，在TBAB的催化下，通过过氧化氯化氢提供氯源，对13C6-苯进行氯化，得到13C6-氯苯。在浓硫酸催化下,13C6-氯苯分别与三氯乙醛水合物和二氯乙醛水合物缩合制得13c12-ddt和13c12-ddd。13c12-ddt在聚乙二醇-600的催化下脱氯化氢得到13C12-DDE。合成路线如下图所示。
C1
C1
i3C]2-p,p'-DDD
13C12标记的p,p'-DDT、p,p'-DDD和p,p'-DDE的
合成路线
Synthesis route of13C12-labelled p,p'-DDT,
p,p'-DDD and p,p'-DDE
1.2.113C6-氯苯的合成
在50mL反应瓶中加入1.00g(11.9mmol) 13C6-苯、8.12g(71.4mmol)32%盐酸和0.38g (1.19mmol)TBAB，在65C搅拌下缓慢滴加1.52g(13.1mmol)30%过氧化氢水溶液,20min 左右加完。继续在65C下反应10min。通过GC-MS监测13C6-苯的含量，待13C6-苯完全消失后，将反应液冷却至室温，乙醚萃取(5mLx3)，饱和食盐水洗涤乙醚层(5mLx2)，无水硫酸镁干燥有机相，过滤，滤液经蒸馏(常压,50C)除去乙醚得1.21g无色液体，即为13C6-氯苯，产率86%o 1・2・21,1,1-三氯-2,2-双(4-氯苯基-13C6)乙烷(13C i2-p,p'-DDT)的合成
向50mL双口瓶中加入0.46g(3.88mmol) 13C6-氯苯、0.32g(1.94mmol)三氯乙醛水合物和4.5mL98%硫酸，在10C下，搅拌反应2h,TLC (V(乙酸乙酯)：V(石油醚)=1：1)监测13C6-氯苯消失为止。反应完毕后，将混合液倒入9g冰中，并不断搅拌。用CH Cl?萃取(5mLx3)，有机层
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用无水硫酸钠干燥，过滤，除去溶剂得到粗产物，粗产物经重结晶(V(乙醇):V(二氯甲烷)=2：1)得0.52
g白色固体，即为l3C l?-p,p'-DDT，产率为73%，总产率为63%，纯度为99.4%,l3C同位素丰度为99.0%,m.p.109~110C o'HNMR (CDCl3,300MHz),8：7.56~7.45(m,4H)；
7.33~7.25(m,4H)；5.02(s,1H)o HR-MS(EI), l2C2l3C l?H935Cl437Cl，实测值(计算值),m/z：365.9513(365.9520)[M]+O
1.2.31,1-二氯-2,2-双(4-氯苯基-l3C6)乙烷(l3C l?-p,p'-DDD)的合成
向50mL双口瓶中加入0.23g(3.88mmol) l3C6-氯苯、0.13g(0.97mmol)二氯乙醛水合物和2.3mL98%硫酸。在10C下，搅拌反应2h,TLC (V(乙酸乙酯):V(石油醚)=1：1)监测l3C6-氯苯消失为止。反应完毕后，将混合液倒入4.6g冰中，并不断搅拌。用CH Cl2萃取(5mLx3)，有机层用无水硫酸钠干燥，过滤，除去溶剂得到粗产物，粗产物经重结晶(V(乙醇):V(二氯甲烷)= 2：1)得0.23g白色固体，即为l3C l2-p,p'-DDD，产率为70%，总产率为60%，纯度为99.3%,l3C同位素丰度为99.0%,m.p.110~111C-'HNMR (CDCl3,300MHz),8：7.47~7.19(m,8H)；6.29 (d,1H,J=7.9Hz)；4.54(t,1H)-HR-MS(EI), l2C i3C|?H|035C1337C1，实测值(计算值),m/z：331.9914(331.9910)[M]+O
1.2.41,1-二氯-2,2-双(4-氯苯基-i3C6)乙烯(l3C|2-p,p'-DDE)的合成
向50mL双口瓶中加入0.13g( 0.34mmol) l3C|2-p,p'-DDT和1.5mg聚乙二醇-600，缓慢滴加2g氢氧化钠
basketball怎么读水溶液。在110C下，搅拌反应8 h o反应完毕后，冷却至室温，热水洗涤，干燥得初产物，重结晶(V(乙醇)：V(二氯甲烷)=2：1)得0.11g白色固体，产率为96.2%，总产率为60%，纯度为99.7%,i3C同位素丰度为99.0%,m.p.90~ 91C-'HNMR(CDCl3,300MHz),8：7.47~7.12 (m,8H)o HR-MS(EI),i2C2i3C i2H835C1337C1，实测值(计算值),m/z：329.9757(329.9753)[M]+O
2结果与讨论
2.1反应条件的选择
以过氧化氢作为氧化剂，TBAB作为相转移催化剂，考察反应温度对反应的影响，结果如表1所示-在温度较低时，过氧化氢与盐酸生成活性氯的速度慢，反应液中的活性氯浓度较低。随着温度的增高，氯化反应的活性逐渐增大。温度过高时，过氧化氢分解速度加快，氯苯产率下降。因此选择65C为反应最优温度-
表1反应温度对|3C-氯苯产率的影响Tab.1Effect of reaction temperature on the yield of
13C©-chlorobenzene
编号温度/C产率/%
15540.8
26079.5
36586.0
47084.1
57564.3
在i3C6-氯苯标记的DDT和DDD的羟烷基化反应中，氯苯活性基团较弱，为保证缩合反应顺利进行，选用浓硫酸作催化剂[2l，27,28]-
根据文献记载,DDE的制备可选用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、苄基三乙基溴化铵(TEBA)和聚乙二醇-600(PEG-600)作为相转移催化剂[29]-考察不同类型催化剂对DDE产率的影响，实验结果见表2-最终选择产率最高的PEG-600作为DDE的标记合成的相转移催化剂-表2催化剂的选择对DDE产率的影响
Tab.2Effect of catalyst on the yield of DDE
编号催化剂产率/%
1CTAB88.1
2TEBA91.4
3PEG-60096.2
hippo2.2产品表征
通过'HNMR、i3CNMR和HR-MS对标记化合物进行了表征。l3Cn-p,p'-DDT、l3C|2-p,p'-DDD 和l3C l2-p,p'-DDE的'HNMR光谱显示，由于受到苯环上l3C原子的耦合，苯环上氢的核磁共振吸收峰发生了明显的信号分裂。另外，HR-MS也证明了两个l3C6-苯环的结合，l3Cn-p,p'-DDT、l3C|?-p,p'-DDD和l3Cn-p,p'-DDE的分子离子峰[M]+分别为365.9513,331.9914和329.9757，比未标记的相应化合物高12个质量数。通过上述表征确定产品与目标产物的结构相符-
3结论
本文开发出一种简便有效的方法，即从|3C6-苯中首次合成同位素l3C|?标记的p,p'-DDT、p,p'-
DDD和p,p'-DDE，其同位素利用率分别为63%, 60%和60%o成功将氧氯化反应用于制备氯苯的合成，该方法相比氯气氯化法制备氯苯产率更高，副产物更少、操作更加简便。本研究将为DDTs 类化合物及其同位素标记合成提供新的方法。
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