一种稳定同位素标记甲硝唑的合成方法与流程

本发明属于有机合成领域，具体涉及一种稳定同位素标记甲硝唑的合成方法。

背景技术：

1、甲硝唑（c6h9n3o3）是一种源自偶氮霉素的合成抗生素，于20世纪50年代在链霉菌培养物中首次发现。甲硝唑，其具有很强的抗厌氧菌作用，在禽类养殖过程中广泛用于防治球虫病、组织滴虫病和六边虫病等。有研究表明甲硝唑及其代谢物具有致癌/致突变作用。

2、目前，国标gb 31658.23-2022“动物性食品中硝基咪唑类药物残留量的测定”中，已规定使用甲硝唑-d3作为内标。稳定同位素稀释质谱法是国际上公认的痕量检测的“金标准”，能够显著的降低基质效应，提高检测结果的精确度，使用该化合物对应的稳定同位素标记的化合物作为内标使用内标法来进行检测定量会显著提高检测结果的准确性，降低该化合物的检出限。

3、因国内目前无相对应的稳定同位素标记内标化合物供应，而国外产品进口价格昂贵、供货周期长且供应不稳定。因此，研制稳定同位素标记甲硝唑内标试剂对于我国食品安全监督检测工作相关领域具有重要意义。

4、稳定同位素标记甲硝唑内标试剂的研制，现有的一种做法是通过氢氘交换将甲硝唑的ch3转化为cd3得到氘代甲硝唑，该工艺为：在氮气环境中，将甲硝唑（34.2mg,0.2mmol）、苯甲酸（49mg，0.04mmol）和1mld2o在120℃下回流48小时。采用薄层色谱法监测反应过程。完成后，混合物用饱和nahco3水溶液中和，用乙酸乙酯（3ml）提取三次。将分离后的有机层结合，加入无水硫酸钠干燥有机层。然后在减压下蒸馏得到产品。合成路线为：

5、。

6、该工艺源自印度，采用的是酸性条件，虽然成功制得了氘代甲硝唑，但是不能放大，交换率也特别低，收率也很低，丰度也很难提升，并不适合实际应用。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种高收率、高丰度的稳定同位素标记甲硝唑的合成方法。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种稳定同位素标记甲硝唑的合成方法，其特征在于，制备步骤为：

3、1）一次氢氘交换：向反应容器中加入甲硝唑（未进行氘代的甲硝唑）、氘源，搅拌状态下加入催化剂溶液，所述的催化剂溶液由碱性催化剂溶解于氘水制成，所述甲硝唑、氘源、碱性催化剂和氘水的摩尔比为1:8~13:0.35~0.65:8~13；在75℃~85℃反应110min~130min后降至室温，静置10h~15h；利用氘代酸调节ph至6~7，脱去溶剂后得到氢氘交换一次产物（一次氢氘交换的甲硝唑）；

4、2）二次氢氘交换：向反应容器中加入步骤1）所得的氢氘交换一次产物和氘源，搅拌状态下加入催化剂溶液，所述的催化剂溶液由碱性催化剂溶解于氘水制成，所述氢氘交换一次产物、氘源、碱性催化剂和氘水的摩尔比为1:14~17:0.35~0.65:14~17；再次在75℃~85℃反应110min~130min后降至室温，静置10h~15h；利用氘代酸调节ph至6~7，脱去溶剂后得到氢氘交换二次产物（二次氢氘交换的甲硝唑）；

5、3）三次氢氘交换：向反应容器中加入步骤2）所得的氢氘交换二次产物和氘源，搅拌状态下加入催化剂溶液，所述的催化剂溶液由碱性催化剂溶解于氘水制成，所述氢氘交换二次产物、氘源、碱性催化剂和氘水的摩尔比为1:7~12:0.35~0.65:7~12；再次在75℃~85℃反应110min~130min后降至室温，静置10h~15h；利用氘代酸调节ph至6~7，脱去溶剂后得到氘代甲硝唑粗品；

6、4）将氘代甲硝唑粗品利用乙醇重结晶即得氘代甲硝唑。

7、本发明通过多次氢氘交换，有效地提高同位素标记甲硝唑的纯度和丰度，确保所得产品的质量和稳定性，同时实现较高的原料利用率，所得产品具有高纯度和高丰度。氘代原料的成本较高，为了尽可能节省成本，本发明进行多次平行投料，并具有最佳摩尔比。

8、在二次、三次的氢氘交换步骤时，脱去溶剂时所得母液可以循环使用，对一次氢氘交换步骤中的甲硝唑进行交换预处理，直至母液的丰度很低后再舍去。

9、优选的，所述的稳定同位素标记甲硝唑的合成方法，步骤1）~3）中所述的氘源为甲醇-d1、乙醇-d1或异丙醇-d1。不同的氘代醇在反应中可能表现出不同的活性，这本发明选择的氘代醇可优化反应效率和产物品质，减少不必要的副反应，提高产物纯度和选择性。

10、更优选的，所述的稳定同位素标记甲硝唑的合成方法，所述的氘源为甲醇-d1。优选甲醇-d1为氘源时，本发明产物纯度和选择性达到最佳。

11、优选的，所述的稳定同位素标记甲硝唑的合成方法，步骤1）和步骤3）中所述的催化剂溶液由碱性催化剂和氘水按0.45~0.55:10的摩尔比制成。

12、优选的，所述的稳定同位素标记甲硝唑的合成方法，步骤2）中所述的催化剂溶液由碱性催化剂和氘水按0.5~0.6:15的摩尔比制成。

13、步骤1）~3）中更精确配置催化剂浓度有助于提高产物的收率，减少催化剂残留，同时确保产物的纯度和丰度。

14、优选的，所述的稳定同位素标记甲硝唑的合成方法，步骤1）~3）中所述的催化剂为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠或氢氧化钾。本发明的同位素标记过程中使用碱性催化剂，相比酸性条件具有较少的副反应，从而提高了产物的纯度和产率。而且可以在较温和的条件下进行，更有利于操作的安全性和产物的稳定性。

15、更优选的，所述的稳定同位素标记甲硝唑的合成方法，步骤1）~3）中所述的催化剂为氢氧化钠或氢氧化钾，副反应更少，产物的丰度更高。

16、优选的，所述的稳定同位素标记甲硝唑的合成方法，步骤1）~3）中所述的氘代酸为乙酸-d1、氘代盐酸或氘代硫酸。利用优选的氘代酸调节ph进行后处理，能够较好的维持同位素标记物质的稳定性，避免同位素标记的丢失或转化。

17、更优选的，所述的稳定同位素标记甲硝唑的合成方法，所述的氘代酸为乙酸-d1。更优选的氘代酸能够更好的维持同位素标记物质的稳定性，更好的避免同位素标记的丢失或转化。

18、优选的，所述的稳定同位素标记甲硝唑的合成方法，所得同位素标记甲硝唑的丰度在97.75%~99.55%。本发明所得氘代甲硝唑的丰度远高于现有技术。

19、与现有技术相比，本发明的一种稳定同位素标记甲硝唑的合成方法所具有的有益效果是：本发明能够高收率、高丰度制得稳定同位素标记的甲硝唑，本发明通过碱性条件下的多次氢氘交换，有效地减少了副反应，提高了同位素标记甲硝唑的纯度和丰度，确保了所得产品的质量和稳定性。合成方法中精确控制了温度、催化剂使用量、反应时间等关键参数，确保了反应的有效进行和产物的高质量。实现了较高的原料利用率，所得产品具有高纯度和高丰度，适用于药物研究、生物化学研究、医学诊断等领域，具有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种稳定同位素标记甲硝唑的合成方法，其特征在于，制备步骤为：

2.根据权利要求1所述的一种稳定同位素标记甲硝唑的合成方法，其特征在于，步骤1）~3）中所述的氘源为甲醇-d1、乙醇-d1或异丙醇-d1。

3.根据权利要求2所述的一种稳定同位素标记甲硝唑的合成方法，其特征在于，所述的氘源为甲醇-d1。

4.根据权利要求1所述的一种稳定同位素标记甲硝唑的合成方法，其特征在于，步骤1）和步骤3）中所述的催化剂溶液由碱性催化剂和氘水按0.45~0.55:10的摩尔比制成。

5.根据权利要求1所述的一种稳定同位素标记甲硝唑的合成方法，其特征在于，步骤2）中所述的催化剂溶液由碱性催化剂和氘水按0.5~0.6:15的摩尔比制成。

6.根据权利要求1、4或5中所述的一种稳定同位素标记甲硝唑的合成方法，其特征在于，所述的碱性催化剂为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠或氢氧化钾。

7.根据权利要求6所述的一种稳定同位素标记甲硝唑的合成方法，其特征在于，所述的碱性催化剂为氢氧化钠或氢氧化钾。

8.根据权利要求1所述的一种稳定同位素标记甲硝唑的合成方法，其特征在于，步骤1）~3）中所述的氘代酸为乙酸-d1、氘代盐酸或氘代硫酸。

9.根据权利要求8所述的一种稳定同位素标记甲硝唑的合成方法，其特征在于，所述的氘代酸为乙酸-d1。

10.根据权利要求1所述的一种稳定同位素标记甲硝唑的合成方法，其特征在于，所得氘代甲硝唑的丰度在97.75%~99.55%。

技术总结
一种稳定同位素标记甲硝唑的合成方法，属于有机合成领域。制备步骤经过三次氢氘交换：向反应容器中加入甲硝唑、氘源，搅拌状态下加入催化剂的氘水溶液，在75℃~85℃反应110min~130min后降至室温，静置10h~15h；利用氘代酸调节pH至6~7，脱去溶剂。最后利用乙醇重结晶即得。本发明通过多次氢氘交换，有效地提高同位素标记甲硝唑的纯度和丰度，确保所得产品的质量和稳定性，同时实现较高的原料利用率，所得产品具有高纯度和高丰度。

技术研发人员：颜廷长,李德昊,张常思,王朝阳,梁大伟,董金华
受保护的技术使用者：山东辉璟生物医药科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/19