1，2-二氧环乙烷类化学发光剂的合成研究

焦艳华,郭卫强,何 睿,梁媛媛,陈灿玉,章鹏飞

(1. 杭州师范大学生物医药与健康研究中心，浙江 杭州 311121；2. 杭州师范大学材料与化学化工学院，浙江 杭州 310036)

1，2-二氧环乙烷类化学发光剂的合成研究

焦艳华1,郭卫强1,何 睿1,梁媛媛1,陈灿玉1,章鹏飞2

(1. 杭州师范大学生物医药与健康研究中心，浙江 杭州 311121；2. 杭州师范大学材料与化学化工学院，浙江 杭州 310036)

研究了1,2-二氧环乙烷类化学发光剂的合成方法，系统地探讨了反应温度、反应时间及反应物物质的量之比等因素对产物收率的影响，2-金刚烷酮与间羟基苯甲酸酯的McMurry分子间的交叉偶联反应，用TiCl4-Zn为还原剂，在最优实验条件下，主产物收率可达到81%.

化学发光剂；1,2-二氧环乙烷；合成

化学发光免疫分析(Chemiluminescence immunoassay, CLIA)是将化学发光与免疫反应相结合，用于检测微量抗原或抗体的一种新型标记免疫分析技术.免疫分析中目前应用较广的化学发光物质主要有鲁米诺及其衍生物[1-3]、吖啶酯和吖啶磺酰胺化合物[4-6]、1,2-二氧环乙烷类衍生物[7-10]等.其中金刚烷-1,2-二氧环乙烷衍生物是高量子效率、高稳定性的化学发光底物，最常使用的底物是3-(2′-螺旋金刚烷)-4-甲氧基-4-(3″-磷氧酰苯基)-1,2-二氧环乙烷(AMPPD)，碱性磷酸酶(ALP)-AMPPD发光体系具有稳态发光特性，量子产率在0.90以上，用于碱性磷酸酶的测定，灵敏度可以高达10-21mol(<1 000AP)分子，是目前最灵敏的核酸检测方法之一[11].

AMPPD性质十分稳定，5 ℃下保存的固体AMPPD几乎不分解.但其合成条件较苛刻，目前国内还没有关于这类化学发光试剂的合成研究报道，因此，参考借鉴国外过期专利技术，研究改进1,2-二氧环乙烷类化学发光试剂的合成路线和方法，优化合成工艺，具有非常重要的意义.

1 实验部分

1.1 试 剂

实验中所用试剂除间羟基苯甲酸甲酯和2-金刚烷酮为市售化学纯外，其他均为市售分析纯，使用前按标准方法提纯干燥.

1.2 合成路线

如图1所示.

图1 AMPPD的合成路线Fig.1 The synthesis route of AMPPD

1.3 合成方法

AMPPD的合成分3步反应进行：第1步采用McMurry反应，以TiCl4/Zn为还原剂，在一定温度下，将一定配比的间羟基苯甲酸甲酯与2-金刚烷酮反应，即得到烯醇醚中间体(1).第2步，在冰水冷却下，向中间体(1)的四氢呋喃溶液中缓慢滴加PCl3，然后加NaOH溶液水解，即得到中间体(2).第3步，将适量中间体(2)溶于CH2Cl2中，以虎红或亚甲基蓝为光敏剂，通氧气，用高压钠灯光照36 h，柱层析提纯得到最终产物(3).

2 结果与讨论

合成1,2-二氧环乙烷类化学发光试剂，第1步烯醇醚的合成及第3步光敏氧化反应是关键，本文详细研究了这两步反应，探索出较优的合成条件.

2.1 McMurry酮酯偶联反应生成烯醇醚

国外文献报道2-金刚烷酮和3-取代苯甲酸酯的McMurry分子间的交叉偶联反应中结合使用TiCl3-LiAlH4试剂[12]，但由于固体TiCl3非常易潮解，价格昂贵，市场上很难买到，所以需要寻找TiCl3的替代品.经过实验探索，我们使用TiCl4-Zn试剂，反应结果较好.2-金刚烷酮与3-取代苯甲酸酯发生McMurry偶联反应，除了主产物烯醇醚以外，还存在2-金刚烷酮自身偶联产物及酮等副产物，所以需要对反应条件进行优化，以提高主产物的收率.

2.1.1 反应温度的影响

由于四氯化钛与锌粉的还原反应会放出大量的热，所以该反应一般要求在低温下进行，本文分别在-60 ℃、-40 ℃、-20 ℃和0 ℃时，反应12 h，产物的收率见表1.从表中数据可以看出，反应在低温下收率较高，从节约能源角度出发，本文选择-40 ℃作为最佳的反应温度.

2.1.2 反应时间的影响

在最佳反应温度-40 ℃时，分别反应6、9、12、18 h，产物的收率见表2.由表2可以看出，随着反应时间的延长，产物的收率升高.当反应时间达到12 h时，产物的收率已很高，若再延长反应时间，产物的收率提高很少，所以选择反应时间为12 h左右.

表1反应温度对产物收率的影响

Tab.1Effectofreactiontemperatureonproductivity

反应温度/℃产物收率/%-6079-4076-2045031

注：反应时间12 h,n(2-金刚烷酮)∶n(间羟基苯甲酸甲酯)=1.5∶1

表2反应时间对产物收率的影响

Tab.2Effectofreactiontimeonproductivity

反应时间/h产物收率/%63595512761881

注：反应温度-40 ℃，n(2-金刚烷酮)∶n(间羟基苯甲酸甲酯)=1.5∶1

2.1.3 反应物投料配比的影响

2-金刚烷酮与间羟基苯甲酸甲酯发生McMurry偶联反应，除了主产物烯醇醚以外，还存在2-金刚烷酮自身偶联的副产物.本文在确定了反应温度和时间以后，改变反应物的物质的量之比，产物收率的测定结果见表3.

由表中结果可以看出，2-金刚烷酮与间羟基苯甲酸甲酯的物质的量之比为2∶1时，主产物的收率达到最高，即81%，所以选择物质的量之比为2∶1进行反应.

综上所述，2-金刚烷酮和间羟基苯甲酸甲酯的McMurry偶联反应的最优条件：TiCl4/Zn为还原剂，反应温度为-40 ℃，反应时间为12 h，酮与酯的物质的量之比为2∶1，在此条件下，主产物的收率达到81%.

2.2 光敏氧化反应

在光化学反应中，使用最广泛的光源是汞灯，而汞灯辐射的紫外线对人体皮肤有害，会引起皮肤癌，并伤害眼睛，存在一定的局限性.高压钠灯作为一种新型的绿色光源，具有高光效、长寿命、高节能等特点，其光谱能量分布主要集中于550～650 nm的可见光谱域内，其辐射对人体无伤害，因此本文选择高压钠灯为光源.由于光敏氧化反应存在着转化率较低、反应时间长等不足，而且存在副产物如环氧化合物等，所以需要对影响反应的因素如反应温度、光照时间、光敏剂的种类等进行系统研究和优化，以提高产物的收率.

表3 反应物物质的量之比对反应收率的影响Tab.3 Effect of reactants mole ratio on productivity

注:反应温度-40 ℃，反应时间12 h.

表4 反应温度对产物收率的影响Tab.4 Effect of reaction temperature on productivity

注：500 W 钠灯照射36 h.

2.2.1 反应温度对反应的影响

由于烯烃光敏氧化反应所得到的产物1，2-二氧环乙烷类化学发光剂是热不稳定的，高温时容易发生分解反应，所以烯烃光敏氧化反应要求在低温下进行，本文分别在-65 ℃、-45 ℃、-20 ℃和0 ℃时，反应36 h，通过高效液相色谱检测反应液中产物的含量，计算得到产物的收率见表4.从表中数据可以看出，温度越低，产物的收率越高，从节约能源角度出发，本文选择-45 ℃作为最佳的反应温度.

表5 光照时间对产物收率的影响Tab.5 Effect of reaction time on productivity

注：反应温度-45 ℃，500 W钠灯照射.

2.2.2 光照时间对反应的影响

烯烃的光敏氧化反应一般反应时间较长，本文在最佳反应温度-45 ℃时，分别反应12、24、36、48 h，取样，用高效液相色谱检测反应液中产物的含量，计算得到产物的收率见表5.从表中可以看出，反应36 h后产物的收率达到最高，再延长反应时间，收率呈下降趋势，这可能是因为产物不太稳定，在生成过程中会缓慢发生分解反应.

表6 光敏剂种类对产物收率的影响Tab.6 Effect of photosensitizer on productivity

注：反应温度-45 ℃，500 W 钠灯照射36 h.

2.2.3 光敏剂种类对反应的影响

本文以甲醇为溶剂，高压钠灯为光源，分别以亚甲基蓝、虎红为光敏剂，通氧气，光照36 h后，通过高效液相色谱检测反应液中产物的含量，计算收率，反应结果见表6.从表中数据可以看出，两种光敏剂得到的产物收率差别不大，因此这两种光敏剂对反应收率影响不大.

综上所述，该反应的最优反应条件：反应温度为-45 ℃，反应时间为36 h，虎红为光敏剂，甲醇为溶剂，在此条件下，主产物的收率达到73%.

3 结 论

1)2-金刚烷酮和间羟基苯甲酸甲酯的McMurry分子间的交叉偶联反应，用TiCl4-Zn为还原剂，在最优实验条件下，主产物收率可达到81%.

2)烯醇醚的光敏氧化反应，在-45 ℃下，以虎红为光敏剂，甲醇为溶剂，光照36 h，主产物的收率达到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

国家自然科学基金项目(21005025); 浙江省公益技术应用研究资助项目(2010C33132).

焦艳华(1976—)，女，副研究员，博士,主要从事化学发光免疫分析、功能性化合物的合成及应用研究.E-mail：yhjiao@hznu.edu.cn

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

TQ421

A

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