一种稳定同位素标记双氰胺的合成方法技术

本发明专利技术涉及一种稳定同位素标记双氰胺的合成方法，更具体的本发明专利技术利用有机化学合成方法，以稳定同位素标记氮气或尿素为同位素标记前体，在催化剂作用下，与碳化钙或氧化钙反应得到氰胺化钙，再经水解、脱钙、聚合后得到稳定同位素标记双氰胺。与现有技术相比，本发明专利技术得到的稳定同位素标记双氰胺，同位素标记位置稳定，避免了同位素丰度的稀释，同位素丰度在99.0％atom15N以上，产品提纯后化学纯度达99.0％以上，可充分满足食品安全领域残留检测的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种稳定同位素标记双氰胺的合成方法
本专利技术涉及一种稳定同位素内标物质的合成方法，尤其是涉及一种稳定同位素标记双氰胺的合成方法。
技术介绍
双氰胺(Dicyandiamide)，又名氰基胍、二氰二胺，溶于水、乙醇和乙腈，主要用作肥料及其它精细化工中间体。双氰胺有一定毒性，对小鼠毒性试验显示，最高剂量组给药16h后，小鼠开始出现不安、跳跃、呼吸急促，随后在几十分钟内便死亡。新西兰农民在牧场中使用双氰胺主要为了防止硝酸盐等流入河流造成污染，但由于生物链的传递，导致牛奶中也有双氰胺残留。2013年1月，有关部分新西兰奶粉检出双氰胺残留的消息引起了消费者的广泛关注。目前，虽然任何国家的食品标准中都没有双氰胺的限量标准值，但是自从我国2008年的“三聚氰胺”事件后，FDA将双氰胺与许多其他含氮农用产品(因为这些物质中含氮，可能会伪造牛奶中的蛋白质含量)列入牛奶必检项。双氰胺无致癌性，但是高剂量的双氰胺具有毒性。考虑到高剂量的双氰胺对人体，特别是婴幼儿具有较强的毒性，我国的食品添加剂标准规定禁止在乳粉中添加此种物质。当前有关双氰胺的检测方法主要有分光光度法、阳离子交换法、比色法、选择电极法、酶促法、pH值法、高效液相色谱法、液相色谱-质谱法等。其中，液相色谱-质谱法具有高分离能力、高灵敏度、高选择性、等优点，应用较多。但由于食品中基质效应以及不科学的前处理方法也会对分析结果造成较大偏差。通过采用同位素稀释质谱法IDMS(IsotopeDilutionMassSpectrometry)：添加剂同位素内标试剂可以有效消除样品在化学和物理的前处理步骤中所引起的回收率差异，从而避免因为样品处理过程的损失对检测结果造成的偏差。1999年国际物质量咨询委员会(CCQM)确定：微量、痕量和超痕量元素的唯一权威测量方法是同位素稀释质谱法(IDMS)。美国环境保护署(EPA)也于1984年将同位素稀释质谱法作为环境介质中重点有机污染物的常规监测方法，在全世界范围内推广使用。而稳定同位素标记双氰胺的开发成功，将为更准确的定量检测牛奶或奶粉中的双氰胺提供标准试剂，以进一步完善我国食品安全检测技术体系，满足我国食品安全发展的需求。目前，双氰胺的工业上的合成方法主要有氰胺钙法、尿素法等，但是这些合成工艺所涉及的装置难以达到同位素合成的要求，难以将同位素标记元素引入，不适合稳定同位素标记化合物的合成。而有关稳定同位素标记双氰胺的合成技术国内外尚无相关文献报道。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种稳定同位素原子利用率高、易分离提纯的稳定同位素标记双氰胺的合成方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：以稳定同位素标记氮气或尿素为同位素标记前体，在催化剂作用下，与碳化钙或氧化钙反应得到氰胺化钙，再经水解、脱钙、聚合后得到稳定同位素标记双氰胺。在本专利技术中所述的稳定同位素标记双氰胺，其结构式如下：所述的稳定同位素标记氮气或尿素为15N2或尿素-15N2。所述的合成方法可以分为气体法或固体法。在本专利技术中，气体法具体合成工艺路线：气体法具体步骤为：(1)稳定同位素标记氰胺化钙-15N2的合成将碳化钙和催化剂A按照比例投入反应釜中，在一定温度下慢慢通入15N2气体，保持一段时间。反应结束后，即得到氰胺化钙-15N2。其中，所述的催化剂A为CaF2、CaCl2、CaO、CaCO3其中的一种或两种混合；所述的催化剂占总投料的质量百分数为1.0～4.0％，优选1.2～3.6％；所述的一定温度为500～1300℃，优选600～1200℃；所述的时间为0.5～4h，优选为1～3h。(2)稳定同位素标记双氰胺-15N4的合成方法将上述反应得到的氰胺化钙-15N2与蒸馏水在一定温度按比例混合进行水解，一段时间后通入二氧化碳气体直至混合液呈弱碱性，混合液抽滤后，加入0.05％的碱性催化剂B，在一定温度下聚合若干小时，最后冷却结晶得到目标产物稳定同位素标记双氰胺-15N4。其中，所述的氰胺化钙-15N2与蒸馏水质量比控制在1:(2～10)，优选1:(3.5～8.5)；所述的水解温度为10～80℃，优选为10～60℃；所述的水解时间为1～6h，优选1.5～5.5h；所述的碱性催化剂B为乙醇钠、氢氧化钠、氢氧化钾其中的一种；所述的聚合温度为30～120℃，优选45～90℃；所述的聚合时间为0.5～8h，优选为1～6h。在本专利技术中，固体法具体合成工艺路线为：固体法具体步骤为：(1)稳定同位素标记氰胺化钙-15N2的合成将氧化钙和稳定同位素标记尿素-15N2按比例投入反应釜中，加入1％的催化剂C，在一定温度下反应一段时间，反应结束在高温下煅烧若干小时后即可得到氰胺化钙-15N2。其中，所述的氧化钙和稳定同位素标记尿素-15N2的摩尔比为1:(1～5)，优选1:(2～4)；所述的催化剂C为二氧化硅、ZSM-5分子筛、β型分子筛其中的一种或两种混合；所述的反应温度为130～380℃，优选为260～320℃；所述的煅烧时间为1～3h；所述的煅烧温度为600～900℃。(2)稳定同位素标记双氰胺-15N4的合成方法将上述反应得到的氰胺化钙-15N2与蒸馏水在一定温度按比例混合进行水解，一段时间后通入二氧化碳气体直至混合液呈弱碱性，混合液抽滤后，加入0.05％的碱性催化剂B，在一定温度下聚合若干小时，最后冷却结晶得到目标产物稳定同位素标记双氰胺-15N4。其中，所述的氰胺化钙-15N2与蒸馏水质量比控制在1:(2～10)，优选1:(3.5～8.5)；所述的水解温度为10～80℃，优选为10～60℃；所述的水解时间为1～6h，优选1.5～5.5h；所述的碱性催化剂B为乙醇钠、氢氧化钠、氢氧化钾、氨水其中的一种；所述的聚合温度为30～120℃，优选45～90℃；所述的聚合时间为0.5～8h，优选为1～6h。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：1、本专利技术首次公开稳定同位素15N标记双氰胺的合成方法；2、本专利技术工艺路线简单，同位素原子利用率高，同位素原子标记位置稳定；3、本专利技术产品易分离提纯，产品化学纯度在99.0％以上，同位素丰度在99.0％atom15N以上，达到食品安全领域痕量检测的要求；4、本专利技术打破了国外垄断市场，经济性和使用价值良好，具有较好的推广前景。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1取6.4g碳化钙和0.1g氯化钙混合均匀后加入到反应釜中，抽真空直至压力为-0.1MPa，将反应釜放入管式炉中开始加热，待温度升至800℃时继续抽真空到-0.1MPa，然后打开15N2气体阀门，慢慢通入1.5L气体，保持温度反应1h。反应结束后，冷却即得到稳定同位素标记氰胺化钙-15N2。将上述反应得到的氰胺化钙-15N2与蒸馏水按质量比1:4.5混合，在25℃进行水解，2h后开始通入二氧化碳气体直至混合液呈弱碱性，混合液抽滤后加入0.02g氢氧化钠固体，在50℃下搅拌反应6h，反应结束冷却结晶，得到0.89g目标产物稳定同位素标记双氰胺-15N4。以通入的15N2气体计，总收率为30.18％，产品经液相色谱、质谱检测，纯度为99.2％，丰度为99.0％atom15N。实施例2取5.6g氧化钙、12.4g稳定同位素标记尿素本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稳定同位素标记双氰胺的合成方法，其特征在于，利用有机化学合成方法，以稳定同位素标记氮气或尿素为同位素标记前体，在催化剂作用下，与碳化钙或氧化钙反应得到氰胺化钙，再经水解、脱钙、聚合后得到稳定同位素标记双氰胺。

【技术特征摘要】
1.一种稳定同位素标记双氰胺的合成方法，其特征在于，利用气体法，以稳定同位素标记氮气为同位素标记前体，在催化剂作用下，与碳化钙反应得到氰胺化钙，再经水解、脱钙、聚合后得到稳定同位素标记双氰胺，具体分为两个步骤：(1)稳定同位素标记氰胺化钙的合成：将碳化钙和催化剂投入反应釜中，慢慢通入稳定同位素标记氮气，反应结束后，即得到稳定同位素标记氰胺化钙；(2)稳定同位素标记双氰胺的合成：将上述反应得到的稳定同位素标记氰胺化钙与蒸馏水混合进行水解，水解反应后通入二氧化碳气体直至混合液呈弱碱性，混合液抽滤后，加入碱性催化剂，所述的碱性催化剂占总投料的质量百分数为0.05％，聚合，最后冷却结晶得到目标产物稳定同位素标记双氰胺；所述的催化剂为CaF2、CaCl2、CaO或CaCO3其中的一种或两种混合；所述的催化剂占总投料的质量百分数为1.0～4.0％；反应时温度控制为500～1300℃；反应的时间为0.5～4h。2.根据权利要求1所述的一种稳定同位素标记双氰胺的合成方法，其特征在于，所述的稳定同位素标记双氰胺，其结构式如下：3.根据权利要求1所述的一种稳定同位素标记双氰胺的合成方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的催化剂占总投料的质量百分数为1.2～3.6％，反应时温度控制为600～1200℃，反应的时间为1～3h。4.根据权利要求1所述的一种稳定同位素标记双氰胺的合成方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的同位素标记氰胺化钙与蒸馏水质量比控制在1:(2～10)，水解的温度为10～80℃，水解的时间为1～6h，所述的碱性催化剂为乙醇钠、氢氧化钠或氢氧化钾中的一种，聚合的温度为30～120℃，聚合的时间为0.5～8h。5.根据权利要求4所述的一种稳定同位素标记双氰胺的合成方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的同位素标记氰胺化钙与蒸馏水质量比控制在1:(3.5～8.5)，水解的温度为10～60℃，水解的时间为1.5～5.5h，聚合的温度为45～90℃，聚合的时间为1～6h。6.一种稳定同位素标记双氰胺的合成方...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕靖，杨维成，罗勇，杨超，盛立彦，李美华，
申请(专利权)人：上海化工研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31