一种十溴二苯乙烷脱溴产物的制备及分离纯化方法 |
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申请号 | CN202410206083.3 | 申请日 | 2024-02-26 | 公开(公告)号 | CN117776859B | 公开(公告)日 | 2024-05-17 |
申请人 | 山东科技大学; | 发明人 | 张文睿; 曾冬娟; 王艳龙; 梁鹏; 陈军辉; 孔彪; 李湘萍; 张亚青; 辛正豪; 雷永超; 董炳骏; 刘桂玉; | ||||
摘要 | 本 发明 公开了一种十溴二苯乙烷脱溴产物的制备及分离纯化方法,涉及化合物分离纯化技术领域。该方法依次包括十溴二苯乙烷光降解样品制备;脱溴转化产物检测、分离、制备、称量以及纯度测定。本发明基于十溴二苯乙烷光降解实验,针对脱溴降解产物弱极性的特点,首次采用高效液相色谱‑ 大气压 光电离‑飞行时间质谱(HPLC‑APPI‑TOF/MS)联合半制备液相色谱(SP‑HPLC)技术,通过对十溴二苯乙烷脱溴化合物质谱分析、分离条件优化,制备得到纯度较高的2个八溴二苯乙烷同分异构体、1个七溴二苯乙烷和1个六溴二苯乙烷,本发明方法为十溴二苯乙烷脱溴产物的制备提供了科学有效的技术支持。 | ||||||
权利要求 | 1.一种十溴二苯乙烷脱溴产物的制备、分离纯化方法,其特征在于,依次包括以下步骤: |
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说明书全文 | 一种十溴二苯乙烷脱溴产物的制备及分离纯化方法技术领域[0001] 本发明涉及化合物分离纯化技术领域,具体涉及一种十溴二苯乙烷脱溴产物的制备、分离纯化方法。 背景技术[0002] 十溴二苯乙烷(decabromodiphenyl ethane,DBDPE)属于新型溴系阻燃剂的一种,因其热稳定性好、抗紫外线能力强、渗出率低等优点,被广泛应用在电子电器、建材家居、塑料纺织等产品中,产用量逐年上升。DBDPE属于添加型阻燃剂,易在产品使用过程中溢出,目前已在沉积物、土壤以及动植物等多种环境和生物样本中检出。研究表明,DBDPE具有持久性、生物积累性、毒性以及长距离迁移能力,引起的环境污染问题已经引起人们的高度重视。除此之外,DBDPE的两个苯环间通过碳链相连,具有空间环状分子结构,在环境光、热以及生物体内代谢作用下,DBDPE可脱溴加氢形成环境中最常见的低溴同系物(BDPEs)。与DBDPE相比,脱溴产物分子体积更小、更易被生物体吸收,从而带来更大的潜在毒性。然而,由于缺乏相关标准品,现有技术报道的脱溴产物研究停留在识别鉴定阶段,无法真正的进行结构确认,限制了对其污染特征、来源及潜在毒性效应的探索。因此,制备脱溴产物标准物质对探究DBDPE的脱溴转化产物特征及形成机制,并开展相关的生物富集及毒理学评价过程具有重要意义。 [0003] 目前对于同时制备多个DBDPE脱溴转化产物的方法鲜有报道,在仅有的报道中以合成单个化合物为主。CN 102153440A公开了一种合成八溴二苯乙烷的方法,依次将浓硫酸、二苯乙烷、催化剂、液溴和金属离子脱除剂混合反应,再经湿法粉碎和气流粉碎,得到八溴二苯乙烷粉末。该方法复杂繁琐,用到的化学品较多,原料成本较高,且浓硫酸和液溴属于易制毒化学品,实验危险系数大。CN 101747910A公开了一种制备溴二苯乙烷的方法,向已加入金属盐路易斯酸催化剂的二苯乙烷溶液中加入溴化剂溶液,控制温度在‑20 50 ℃~下反应生成多种溴二苯乙烷物质,但此方法制备的溴二苯乙烷是六溴二苯乙烷和奇数溴二苯乙烷的混合物,并没有生成单一的溴二苯乙烷物质。由现有技术可知,直接合成法存在无法批量制备DBDPE脱溴产物这一根本性问题,且危险试剂用量多,环境不友好。 [0004] 由此可见,现有技术有待于进一步改进。 发明内容[0005] 本发明的目的在于提供一种十溴二苯乙烷脱溴产物的制备、分离纯化方法,通过该方法可以同时获得2个八溴二苯乙烷同分异构体、1个七溴二苯乙烷和1个六溴二苯乙烷。 [0006] 为了实现上述目的,本发明采用了以下技术方案:一种十溴二苯乙烷脱溴产物的制备、分离纯化方法,依次包括以下步骤:步骤一、配制DBDPE的标准溶液;步骤二、DBDPE光降解:取400 μL DBDPE的标准溶液于石英玻璃瓶中,用高压汞灯紫外光照射使其降解,过0.45 μm有机滤膜得降解溶液,转移至棕色样品瓶中待检测;步骤三、脱溴产物检测:采用高效液相色谱质谱联用仪检测DBDPE光降解产物,并在负离子模式下基于[M‑Br+O]特征离子峰鉴定DBDPE脱溴产物;步骤四、脱溴产物分离制备:采用半制备液相色谱对含DBDPE脱溴产物的光降解样品进行分离收集;所述的半制备液相色谱采用Agilent Zorbax Eclipse PAH色谱柱,规格为长250 mm,直径4.6 mm,填料颗粒5 μm;甲醇作为流动相,流速0.8 mL/min; 色谱柱柱温30 ℃,每次进样200 μL,紫外检测波长230 nm;步骤五、称量:通过步骤四分离收集的溶液经旋转浓缩,氮气吹干后,进行称量,得到四种低溴系二苯乙烷;步骤六、分离产物纯度测定:将步骤五所得四种低溴系二苯乙烷分别溶于甲醇中,经过高效液相色谱质谱联用仪检测其纯度,得到2个八溴二苯乙烷(C14H6Br8)同分异构体的纯度分别为82.38%和 88.76%、七溴二苯乙烷(C14H7Br)7 纯度为97.83%、六溴二苯乙烷(C14H8Br)6 纯度为92.19%。 [0007] 上述的一种十溴二苯乙烷脱溴产物的制备、分离纯化方法,步骤一中,配制DBDPE的标准溶液的具体步骤为:将质量分数为96%的DBDPE标准品置于甲苯溶液中,经过超声处理使其完全溶解,氮气吹干,切换成与甲苯溶液等量的甲醇溶液。 [0008] 上述的一种十溴二苯乙烷脱溴产物的制备、分离纯化方法,步骤二中,高压汞灯为150 W,盛放标准溶液的石英玻璃瓶与高压汞灯水平距离为10 cm,垂直距离为15 cm,高压汞灯的光照时间为5 min。 [0009] 上述的一种十溴二苯乙烷脱溴产物的制备、分离纯化方法,步骤三中,高效液相色谱质谱联用仪是高效液相色谱‑大气压光电离‑飞行时间质谱,采用Agilent Eclipse XDB‑C18色谱柱,该色谱柱规格为长150 mm,直径2.1 mm,填料颗粒3.5 μm,甲醇为流动相,其流速为0.3 mL/min,该色谱柱柱温保持23±2 ℃,每次进样2 μL。 [0010] 上述的一种十溴二苯乙烷脱溴产物的制备、分离纯化方法,DBDPE标准溶液的浓度为25 ppm,超声功率500 W,处理时间为20 min。 [0011] 上述的一种十溴二苯乙烷脱溴产物的制备、分离纯化方法,所述的甲苯、甲醇均为色谱级。 [0012] 上述的一种十溴二苯乙烷脱溴产物的制备、分离纯化方法,四种低溴系二苯乙烷的纯度通过峰面积进行定量计算。 [0013] 与现有技术相比,本发明带来了以下有益技术效果。 [0014] (1)方便快捷。本发明操作简便,分离周期短。传统的合成制备操作繁杂、混合物难以分离;本法采用半制备色谱法分离纯化多种转化产物,整个分离流程在60 min内完成,只需一步即可得到多种单体。 [0015] (2)重复可控。传统的合成法可控和重复性较差,而本法参数可控、重复性好,适合自动化生产,可推广应用。 [0016] (3)环境友好。本发明不涉及危险性试剂,所用溶剂用量少,绿色环保。 [0018] 下面结合附图对本发明做进一步说明。 [0019] 图1为DBDPE光降解产物八溴、七溴和六溴二苯乙烷鉴定及分离制备的工艺流程图。 [0020] 图2中(a)为DBDPE高压汞灯光降解5 min的液相色谱图;(b)为DBDPE高压汞灯光降解5 min的质谱图。 [0021] 图3为SP‑HPLC不同色谱柱对DBDPE脱溴转化产物的分离色谱图。 [0022] 图4为六溴二苯乙烷的色谱图。 [0023] 图5为六溴二苯乙烷的质谱图。 [0024] 图6为八溴二苯乙烷的色谱图。 [0025] 图7为八溴二苯乙烷的质谱图。 [0026] 图8为七溴二苯乙烷的色谱图。 [0027] 图9为七溴二苯乙烷的质谱图。 [0028] 图10为八溴二苯乙烷同分异构体的色谱图。 [0029] 图11为八溴二苯乙烷同分异构体的质谱图。 [0030] 图12为本发明的原型化合物DBDPE及其光降解脱溴转化产物八溴、七溴和六溴二苯乙烷化学结构式。 具体实施方式[0032] 本文中所述及的DBDPE为十溴二苯乙烷;本文中所述及的HPLC‑APPI‑TOF/MS为高效液相色谱‑大气压光电离‑飞行时间质谱;本文中所述及的SP‑HPLC为半制备液相色谱。 [0033] 本发明技术构思在于,通过光催化降解十溴二苯乙烷,采用高效液相色谱‑大气压光电离‑飞行时间质谱联合半制备液相色谱技术对DBDPE脱溴化合物质谱分析、分离条件优化考察,制备得到2个八溴二苯乙烷(同分异构体)、1个七溴二苯乙烷和1个六溴二苯乙烷。 [0034] 本发明的原型化合物DBDPE及其光降解脱溴转化产物八溴、七溴和六溴二苯乙烷化学结构式如图12所示。 [0035] 本发明,一种十溴二苯乙烷脱溴产物的制备、分离纯化方法,如图1所示,具体包括以下步骤:步骤一、DBDPE标准溶液配制:将质量分数为96%的DBDPE标准品置于甲苯溶液中,超声处理使其完全溶解;氮气吹干,切换成等量的甲醇溶液。 [0036] 步骤二、DBDPE光降解:DBDPE标准溶液用高压汞灯紫外光照射使其降解,样品距高压汞灯的水平距离为10 cm,垂直距离为15 cm,降解后将样品过0.45 μm有机滤膜得降解溶液,转移至棕色样品瓶中待检测;高压汞灯为150 W,光照时间为1 5 min。~ [0037] 步骤三、脱溴产物检测:通过HPLC‑APPI‑TOF/MS检测DBDPE光降解产物。 [0038] HPLC‑APPI‑TOF/MS采用Agilent Eclipse XDB‑C18色谱柱,规格为长150 mm,直径2.1 mm,填料颗粒3.5 μm;甲醇作为流动相,流速0.3 mL/min,色谱柱柱温保持23±2 ℃,每次进样2 μL。并在负离子模式下基于[M‑Br+O]特征离子峰鉴定脱溴产物。 [0039] 步骤四、脱溴产物分离制备:采用SP‑HPLC对含DBDPE脱溴产物的光降解样品进行分离收集。DBDPE光降解样品浓度为40 ppm。根据步骤三中质谱特征收集8个峰,在自动馏分收集室中放置对应8个峰的收集瓶,设置收集开始及结束时间节点,于每次进样后开始收集。 [0040] 进一步的,SP‑HPLC采用的色谱柱分别为Agilent ZORBAX CN(4.6×150 mm,5 μm)、Agilent Zorbax Eclipse PAH(4.6×250 mm,5 μm)、Agilent 5 TC‑C18(2)(4.6×150 mm,5 μm)和Kromasil 100‑5C18(4.6×250 mm,5 μm);流动相为有机溶剂或有机溶剂的水溶液,有机溶剂包括但不限于甲醇、乙腈等;紫外检测波长230 nm。 [0041] 步骤五、称量:将步骤四分离收集的溶液通过真空旋蒸浓缩,氮气吹干流动相溶液,获得转化产物,通过百万分之一微量电子天平称量其质量。 [0042] 真空旋蒸浓缩包括如下步骤:将步骤四的溶液分别转移至8个梨形瓶中,经旋转蒸发仪在40 ℃下旋蒸浓缩至1 mL。准备干净恒重的8个样品瓶,将梨形瓶中1 mL溶液分别转移至对应的样品瓶中,在温和的氮气流下吹干,经烘箱烘干至恒重、称量,通过差减法计算出样品瓶中收集的脱溴转化产物的质量。 [0043] 步骤六、分离产物纯度测定:将脱溴转化产物分别重新溶于甲醇溶液,经高效液相色谱飞行时间质谱仪检测其纯度。 [0044] 甲醇为色谱纯级别,向收集的标准品中分别加入3 mL甲醇溶解,然后经HPLC‑APPI‑TOF/MS检测其纯度,仪器条件与步骤三所述一致。 [0045] 下面结合具体实施例做进一步说明。 [0046] 实施例1:一种十溴二苯乙烷脱溴产物的制备、分离纯化方法,包括如下步骤:(1)DBDPE标准溶液配制:将质量分数为96%的DBDPE标准品溶于色谱纯甲苯,配成25 ppm的标准溶液,超声处理20 min使其完全溶解。氮气吹干,切换成等量的色谱纯甲醇溶液。 [0047] (2)DBDPE光降解:取400 μL DBDPE标准溶液于1.5 mL石英玻璃瓶中用150 W高压汞灯紫外光照射5 min,盛放标准溶液的石英玻璃瓶与高压汞灯的水平距离10 cm,垂直距离15 cm。照射后的标准溶液过0.45 μm有机滤膜得降解溶液,转移至棕色样品瓶中待检测;如图2所示,图2中(a)示出了DBDPE高压汞灯降解5 min的液相色谱图,图2中(b)示出了DBDPE高压汞灯降解5 min的质谱图。 [0048] (3)脱溴产物定性检测:通过HPLC‑APPI‑TOF/MS检测DBDPE光降解产物,采用Agilent Eclipse XDB‑C18色谱柱,规格为长150 mm,直径2.1 mm,填料颗粒3.5 μm;配有Agilent XDB‑C18保护柱(直径2.1 mm×柱长12.5 mm,填料颗粒5 μm);甲醇为流动相,流速‑0.3 mL/min;色谱柱柱温保持23±2 ℃;进样体积2 μL;在APPI 模式下基于[M‑Br+O]特征离子峰进行全扫描(scan)分析,扫描范围m/z 100 1000。 ~ [0049] (4)脱溴产物分离制备:将25 ppm的DBDPE甲醇标准溶液浓缩至40 ppm,通过SP‑HPLC对DBDPE光降解样品进行分离收集,采用Agilent Zorbax Eclipse PAH色谱柱,规格为长250 mm,直径4.6 mm,填料颗粒5 μm;甲醇作为流动相,流速0.8 mL/min;色谱柱柱温30 ℃;进样200 μL,紫外检测波长230 nm。根据步骤(3)中质谱特征,在自动馏分收集室中放置对应8个峰的收集瓶,设置收集开始及结束时间节点,于每次进样后开始收集。 [0050] (5)称量:将步骤(4)收集到的溶液分别转移至8个梨形瓶中,经真空旋转蒸发仪在40 ℃下旋蒸浓缩至1 mL。准备干净恒重的8个样品瓶,将梨形瓶中1 mL溶液分别转移至8个样品瓶中,在温和的氮气流下吹干流动相溶液,经烘箱烘干至恒重、称量,通过差减法计算样品瓶中收集的脱溴转化产物的质量。 [0051] (6)分离产物纯度测定:将步骤(5)中已烘干的脱溴转化产物分别重新溶于3 mL色谱纯甲醇中,经HPLC‑APPI‑TOF/MS检测其纯度,仪器条件与步骤(3)所述一致。各物质纯度通过峰面积进行定量计算。最终收集到的8个峰中有四个纯度较高,分别2个八溴二苯乙烷(C14H6Br8)的纯度分别为82.38%和88.76%、七溴二苯乙烷(C14H7Br7)纯度为97.83%、六溴二苯乙烷(C14H8Br6)纯度为92.19%。其余四个物质基本是同分异构体的混合物或者是两种物质的混合物。 [0052] 图4至图11分别为纯度高的六溴二苯乙烷的色谱和质谱图、八溴二苯乙烷的色谱和质谱图、七溴二苯乙烷的色谱和质谱图以及八溴二苯乙烷同分异构体的色谱和质谱图。 [0053] 实施例2:一种十溴二苯乙烷脱溴产物的制备、分离纯化方法,包括如下步骤:(1)DBDPE标准溶液配制:将质量分数为96%的DBDPE标准品溶于色谱纯甲苯中,配成25 ppm的标准溶液,超声处理20 min使其完全溶解。氮气吹干,切换成等量的色谱纯甲醇溶液。 [0054] (2)DBDPE光降解:取400 μL DBDPE标准溶液于1.5 mL石英玻璃瓶中用150 W高压汞灯紫外光照射5 min,盛放标准溶液的石英玻璃瓶与高压汞灯的水平距离为10 cm,垂直距离为15 cm。照射后的标准溶液过0.45 μm有机滤膜得降解溶液,转移至棕色样品瓶中待检测。 [0055] (3)脱溴产物定性检测:通过HPLC‑APPI‑TOF/MS检测DBDPE光降解产物,采用Agilent Eclipse XDB‑C18色谱柱,规格为长150 mm,直径2.1 mm,填料颗粒3.5 μm;配有Agilent XDB‑C18保护柱(直径2.1 mm×柱长12.5 mm,填料颗粒5 μm);甲醇为流动相,流速‑0.3 mL/min;色谱柱柱温保持23±2 ℃;进样体积2 μL;在APPI 模式下基于[M‑Br+O]特征离子峰进行全扫描(scan)分析,扫描范围m/z 100 1000。 ~ [0056] (4)脱溴产物分离制备:将25 ppm的DBDPE甲醇标准溶液浓缩至40 ppm,通过SP‑HPLC对DBDPE光降解样品进行分离收集,采用Agilent ZORBAX CN色谱柱,规格为长150 mm,直径4.6 mm,填料颗粒5 μm;流动相为甲醇:水=90:10;色谱柱柱温30 ℃;紫外检测波长230 nm。 [0057] 结果:在采用Agilent ZORBAX CN(4.6×150 mm,5 μm)色谱柱,流动相为甲醇:水=90:10的条件下,SP‑HPLC未能很好的将DBDPE降解产物对应的各个峰分离开。 [0058] 实施例3:一种十溴二苯乙烷脱溴产物的制备、分离纯化方法,包括如下步骤:(1)DBDPE标准溶液配制:将质量分数为96%的DBDPE标准品溶于色谱纯甲苯中,配成25 ppm的标准溶液,超声处理20 min使其完全溶解。氮气吹干,切换成等量的色谱纯甲醇溶液。 [0059] (2)DBDPE光降解:取400 μL DBDPE标准溶液于1.5 mL石英玻璃瓶中用150 W高压汞灯紫外光照射3 min,盛放标准溶液的石英玻璃瓶与高压汞灯的水平距离10 cm,垂直距离15 cm。照射后的溶液过0.45 μm有机滤膜得降解溶液,转移至棕色样品瓶中待检测。 [0060] (3)脱溴产物定性检测:通过HPLC‑APPI‑TOF/MS检测DBDPE光降解产物,采用Agilent Eclipse XDB‑C18色谱柱,规格为长150 mm,直径2.1 mm,填料颗粒3.5 μm;配有Agilent XDB‑C18保护柱(直径2.1 mm×柱长12.5 mm,填料粒径5 μm);甲醇为流动相,流速‑0.3 mL/min;色谱柱柱温保持23±2 ℃;进样体积2 μL;在APPI 模式下基于[M‑Br+O]特征离子峰进行全扫描(scan)分析,扫描范围m/z 100 1000。 ~ [0061] (4)脱溴产物分离制备:将25 ppm的DBDPE甲醇标准溶液浓缩至40 ppm,通过SP‑HPLC对DBDPE光降解样品进行分离收集,采用Agilent 5 TC‑C18(2)色谱柱,规格为长150 mm,直径4.6 mm,填料颗粒5 μm;甲醇作为流动相,流速0.8 mL/min;色谱柱柱温30 ℃;紫外检测波长230 nm。 [0062] 结果:在光照3 min时,DBDPE不能完全被降解,只检测出九溴、八溴转化产物,出峰峰型较差;并且采用Agilent 5 TC‑C18(2)(4.6×150 mm,5μm)色谱柱,对化合物保留时间较短,化合物峰没有完全分离开,效果较差。 [0063] 实施例4:一种十溴二苯乙烷脱溴产物的制备、分离纯化方法,包括如下步骤:(1)DBDPE标准溶液配制:将质量分数为96%的DBDPE标准品溶于色谱纯甲苯中,配成25 ppm的标准溶液,超声处理20 min使其完全溶解。氮气吹干,切换成等量的色谱纯甲醇溶液。 [0064] (2)DBDPE光降解:取400 μL DBDPE标准溶液于1.5 mL石英玻璃瓶中用150 W高压汞灯紫外光照射5 min,盛放标准溶液的石英玻璃瓶与高压汞灯的水平距离10 cm,垂直距离15 cm。照射后的溶液过0.45 μm有机滤膜得降解溶液,转移至棕色样品瓶中待检测。 [0065] (3)脱溴产物定性检测:通过HPLC‑APPI‑TOF/MS检测DBDPE光降解产物,采用Agilent Eclipse XDB‑C18色谱柱,规格为长150 mm,直径2.1 mm,填料颗粒3.5 μm;配有Agilent XDB‑C18保护柱(直径2.1 mm×柱长12.5 mm,填料粒径5 μm);甲醇为流动相,流速‑0.3 mL/min;色谱柱柱温保持23±2 ℃;进样体积2 μL;在APPI 模式下基于[M‑Br+O]特征离子峰进行全扫描(scan)分析,扫描范围m/z 100 1000。 ~ [0066] (4)脱溴产物分离制备:将25 ppm的DBDPE甲醇标准溶液浓缩至40 ppm,通过SP‑HPLC对DBDPE光降解样品进行分离收集,采用Kromasil 100‑5C18色谱柱,规格为长250 mm,直径4.6 mm,填料颗粒5 μm;甲醇作为流动相,流速0.8 mL/min;色谱柱柱温30 ℃;紫外检测波长230 nm。 [0067] 结果:采用Kromasil 100‑5C18(4.6×250 mm,5 μm)色谱柱,从出峰情况来看可以将化合物分离开,但是峰型较差,整体出峰基线不平稳,且出峰时间较晚。图3为SP‑HPLC不同色谱柱对DBDPE脱溴转化产物的分离色谱图。 [0068] 本发明中未述及的部分借鉴现有技术即可实现。 [0069] 本技术领域的普通技术人员应当认识到,以上的实施方式仅是用来说明本申请,而并非用作为对本申请的限定,只要在本申请的实质精神范围之内,对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本申请要求保护的范围之内。 |