1，2-二氧環(huán)乙烷類化學發(fā)光劑的合成研究

焦艷華,郭衛(wèi)強,何 睿,梁媛媛,陳燦玉,章鵬飛

(1. 杭州師范大學生物醫(yī)藥與健康研究中心，浙江 杭州 311121；2. 杭州師范大學材料與化學化工學院，浙江 杭州 310036)

1，2-二氧環(huán)乙烷類化學發(fā)光劑的合成研究

焦艷華1,郭衛(wèi)強1,何 睿1,梁媛媛1,陳燦玉1,章鵬飛2

(1. 杭州師范大學生物醫(yī)藥與健康研究中心，浙江 杭州 311121；2. 杭州師范大學材料與化學化工學院，浙江 杭州 310036)

研究了1,2-二氧環(huán)乙烷類化學發(fā)光劑的合成方法，系統地探討了反應溫度、反應時間及反應物物質的量之比等因素對產物收率的影響，2-金剛烷酮與間羥基苯甲酸酯的McMurry分子間的交叉偶聯反應，用TiCl4-Zn為還原劑，在最優(yōu)實驗條件下，主產物收率可達到81%.

化學發(fā)光劑；1,2-二氧環(huán)乙烷；合成

化學發(fā)光免疫分析(Chemiluminescence immunoassay, CLIA)是將化學發(fā)光與免疫反應相結合，用于檢測微量抗原或抗體的一種新型標記免疫分析技術.免疫分析中目前應用較廣的化學發(fā)光物質主要有魯米諾及其衍生物[1-3]、吖啶酯和吖啶磺酰胺化合物[4-6]、1,2-二氧環(huán)乙烷類衍生物[7-10]等.其中金剛烷-1,2-二氧環(huán)乙烷衍生物是高量子效率、高穩(wěn)定性的化學發(fā)光底物，最常使用的底物是3-(2′-螺旋金剛烷)-4-甲氧基-4-(3″-磷氧酰苯基)-1,2-二氧環(huán)乙烷(AMPPD)，堿性磷酸酶(ALP)-AMPPD發(fā)光體系具有穩(wěn)態(tài)發(fā)光特性，量子產率在0.90以上，用于堿性磷酸酶的測定，靈敏度可以高達10-21mol(<1 000AP)分子，是目前最靈敏的核酸檢測方法之一[11].

AMPPD性質十分穩(wěn)定，5 ℃下保存的固體AMPPD幾乎不分解.但其合成條件較苛刻，目前國內還沒有關于這類化學發(fā)光試劑的合成研究報道，因此，參考借鑒國外過期專利技術，研究改進1,2-二氧環(huán)乙烷類化學發(fā)光試劑的合成路線和方法，優(yōu)化合成工藝，具有非常重要的意義.

1 實驗部分

1.1 試 劑

實驗中所用試劑除間羥基苯甲酸甲酯和2-金剛烷酮為市售化學純外，其他均為市售分析純，使用前按標準方法提純干燥.

1.2 合成路線

如圖1所示.

圖1 AMPPD的合成路線Fig.1 The synthesis route of AMPPD

1.3 合成方法

AMPPD的合成分3步反應進行：第1步采用McMurry反應，以TiCl4/Zn為還原劑，在一定溫度下，將一定配比的間羥基苯甲酸甲酯與2-金剛烷酮反應，即得到烯醇醚中間體(1).第2步，在冰水冷卻下，向中間體(1)的四氫呋喃溶液中緩慢滴加PCl3，然后加NaOH溶液水解，即得到中間體(2).第3步，將適量中間體(2)溶于CH2Cl2中，以虎紅或亞甲基藍為光敏劑，通氧氣，用高壓鈉燈光照36 h，柱層析提純得到最終產物(3).

2 結果與討論

合成1,2-二氧環(huán)乙烷類化學發(fā)光試劑，第1步烯醇醚的合成及第3步光敏氧化反應是關鍵，本文詳細研究了這兩步反應，探索出較優(yōu)的合成條件.

2.1 McMurry酮酯偶聯反應生成烯醇醚

國外文獻報道2-金剛烷酮和3-取代苯甲酸酯的McMurry分子間的交叉偶聯反應中結合使用TiCl3-LiAlH4試劑[12]，但由于固體TiCl3非常易潮解，價格昂貴，市場上很難買到，所以需要尋找TiCl3的替代品.經過實驗探索，我們使用TiCl4-Zn試劑，反應結果較好.2-金剛烷酮與3-取代苯甲酸酯發(fā)生McMurry偶聯反應，除了主產物烯醇醚以外，還存在2-金剛烷酮自身偶聯產物及酮等副產物，所以需要對反應條件進行優(yōu)化，以提高主產物的收率.

2.1.1 反應溫度的影響

由于四氯化鈦與鋅粉的還原反應會放出大量的熱，所以該反應一般要求在低溫下進行，本文分別在-60 ℃、-40 ℃、-20 ℃和0 ℃時，反應12 h，產物的收率見表1.從表中數據可以看出，反應在低溫下收率較高，從節(jié)約能源角度出發(fā)，本文選擇-40 ℃作為最佳的反應溫度.

2.1.2 反應時間的影響

在最佳反應溫度-40 ℃時，分別反應6、9、12、18 h，產物的收率見表2.由表2可以看出，隨著反應時間的延長，產物的收率升高.當反應時間達到12 h時，產物的收率已很高，若再延長反應時間，產物的收率提高很少，所以選擇反應時間為12 h左右.

表1反應溫度對產物收率的影響

Tab.1Effectofreactiontemperatureonproductivity

反應溫度/℃產物收率/%-6079-4076-2045031

注：反應時間12 h,n(2-金剛烷酮)∶n(間羥基苯甲酸甲酯)=1.5∶1

表2反應時間對產物收率的影響

Tab.2Effectofreactiontimeonproductivity

反應時間/h產物收率/%63595512761881

注：反應溫度-40 ℃，n(2-金剛烷酮)∶n(間羥基苯甲酸甲酯)=1.5∶1

2.1.3 反應物投料配比的影響

2-金剛烷酮與間羥基苯甲酸甲酯發(fā)生McMurry偶聯反應，除了主產物烯醇醚以外，還存在2-金剛烷酮自身偶聯的副產物.本文在確定了反應溫度和時間以后，改變反應物的物質的量之比，產物收率的測定結果見表3.

由表中結果可以看出，2-金剛烷酮與間羥基苯甲酸甲酯的物質的量之比為2∶1時，主產物的收率達到最高，即81%，所以選擇物質的量之比為2∶1進行反應.

綜上所述，2-金剛烷酮和間羥基苯甲酸甲酯的McMurry偶聯反應的最優(yōu)條件：TiCl4/Zn為還原劑，反應溫度為-40 ℃，反應時間為12 h，酮與酯的物質的量之比為2∶1，在此條件下，主產物的收率達到81%.

2.2 光敏氧化反應

在光化學反應中，使用最廣泛的光源是汞燈，而汞燈輻射的紫外線對人體皮膚有害，會引起皮膚癌，并傷害眼睛，存在一定的局限性.高壓鈉燈作為一種新型的綠色光源，具有高光效、長壽命、高節(jié)能等特點，其光譜能量分布主要集中于550～650 nm的可見光譜域內，其輻射對人體無傷害，因此本文選擇高壓鈉燈為光源.由于光敏氧化反應存在著轉化率較低、反應時間長等不足，而且存在副產物如環(huán)氧化合物等，所以需要對影響反應的因素如反應溫度、光照時間、光敏劑的種類等進行系統研究和優(yōu)化，以提高產物的收率.

表3 反應物物質的量之比對反應收率的影響Tab.3 Effect of reactants mole ratio on productivity

注:反應溫度-40 ℃，反應時間12 h.

表4 反應溫度對產物收率的影響Tab.4 Effect of reaction temperature on productivity

注：500 W 鈉燈照射36 h.

2.2.1 反應溫度對反應的影響

由于烯烴光敏氧化反應所得到的產物1，2-二氧環(huán)乙烷類化學發(fā)光劑是熱不穩(wěn)定的，高溫時容易發(fā)生分解反應，所以烯烴光敏氧化反應要求在低溫下進行，本文分別在-65 ℃、-45 ℃、-20 ℃和0 ℃時，反應36 h，通過高效液相色譜檢測反應液中產物的含量，計算得到產物的收率見表4.從表中數據可以看出，溫度越低，產物的收率越高，從節(jié)約能源角度出發(fā)，本文選擇-45 ℃作為最佳的反應溫度.

表5 光照時間對產物收率的影響Tab.5 Effect of reaction time on productivity

注：反應溫度-45 ℃，500 W鈉燈照射.

2.2.2 光照時間對反應的影響

烯烴的光敏氧化反應一般反應時間較長，本文在最佳反應溫度-45 ℃時，分別反應12、24、36、48 h，取樣，用高效液相色譜檢測反應液中產物的含量，計算得到產物的收率見表5.從表中可以看出，反應36 h后產物的收率達到最高，再延長反應時間，收率呈下降趨勢，這可能是因為產物不太穩(wěn)定，在生成過程中會緩慢發(fā)生分解反應.

表6 光敏劑種類對產物收率的影響Tab.6 Effect of photosensitizer on productivity

注：反應溫度-45 ℃，500 W 鈉燈照射36 h.

2.2.3 光敏劑種類對反應的影響

本文以甲醇為溶劑，高壓鈉燈為光源，分別以亞甲基藍、虎紅為光敏劑，通氧氣，光照36 h后，通過高效液相色譜檢測反應液中產物的含量，計算收率，反應結果見表6.從表中數據可以看出，兩種光敏劑得到的產物收率差別不大，因此這兩種光敏劑對反應收率影響不大.

綜上所述，該反應的最優(yōu)反應條件：反應溫度為-45 ℃，反應時間為36 h，虎紅為光敏劑，甲醇為溶劑，在此條件下，主產物的收率達到73%.

3 結 論

1)2-金剛烷酮和間羥基苯甲酸甲酯的McMurry分子間的交叉偶聯反應，用TiCl4-Zn為還原劑，在最優(yōu)實驗條件下，主產物收率可達到81%.

2)烯醇醚的光敏氧化反應，在-45 ℃下，以虎紅為光敏劑，甲醇為溶劑，光照36 h，主產物的收率達到73%.

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Synthesisof1,2-DioxetaneChemiluminescenceReagent

JIAO Yan-hua1, GUO Wei-qiang1, HE Rui1, LIANG Yuan-yuan1, CHEN Can-yu1, ZHANG Peng-fei2

(1. Center for Biomedicine and Health, Hangzhou Normal University, Hangzhou 311121, China； 2. College of Materials and Chemical Engineering, Hangzhou Normal University, Hangzhou 310036， China)

The paper researched on the synthesis method of 1,2-dioxetane chemiluminescence reagent, discussed the effects of reaction temperature, reaction time and molar ratio of reactants on productivity. Under optimal experiment conditions, the productivity rate of methyl 3-hydroxybenzoate and 2-adamantanone via McMurry cross-coupling reaction exceeded 80% with TiCl4-Zn as the reductant.

chemiluminescence reagent; 1,2-dioxetane; synthesis

2012-03-12

國家自然科學基金項目(21005025); 浙江省公益技術應用研究資助項目(2010C33132).

焦艷華(1976—)，女，副研究員，博士,主要從事化學發(fā)光免疫分析、功能性化合物的合成及應用研究.E-mail：yhjiao@hznu.edu.cn

11.3969/j.issn.1674-232X.2012.04.011

TQ421

A

1674-232X(2012)04-0342-04