CN104829421A - 一种艾氏剂标准物质的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种艾氏剂标准物质的制备方法，包括：将艾氏剂初产品经过如下精制步骤：(1)真空精馏、(2)活性炭脱色、和(3)溶剂结晶步骤，最后制备得到所述艾氏剂标准物质。本发明方法步骤简单、操作安全，可以制备出99％以上高纯度的艾氏剂标准物质。

Description

一种艾氏剂标准物质的制备方法

技术领域

本发明涉及标准物质的制备方法，特别是涉及到一种采用真空精馏、活性炭脱色以及溶剂结晶方法进行精制纯化，制备艾氏剂标准物质的方法。

背景技术

艾氏剂是一种在农业上用于防治农作物害虫的有机氯杀虫剂，其中化学名为：六氯-六氢-二甲撑萘；分子式为：C₁₂H₈Cl₆；分子量为364.93。艾氏剂纯品为白色无臭结晶，熔点为104-104.5℃，艾氏剂不溶于水，溶于乙醇、正丁醇和戊烷，易溶于丙酮、丁酮、四氯化碳、苯和二甲苯等有机溶剂。其结构式如下式所示：

艾氏剂在1970年之前被广泛使用作为种子和土壤的杀虫剂，像一般的多氯联苯杀虫剂一样，艾氏剂具有很强的亲脂性，由于艾氏剂在水中的溶解度极低，导致艾氏剂在环境中能停留很长时间，在土壤中随着残留期的增长产生严重积累。艾氏剂毒性大，吸入该品可引起中枢神经系统损害，严重时会发生肺水肿、肝肾功能异常等症状。艾氏剂属于《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》决定禁止或限制使用12种持久性有机污染物之一，目前国际上已经被禁用和生产。

迄今为止，对于艾氏剂的合成及生产方法中外文献均有报道，但尚无文献涉及到高纯度艾氏剂的制备以及纯化。US2635977报道了艾氏剂制备技术，该方法以六氯环戊二烯和降冰片二烯为原料，反应合成艾氏剂，然后通过真空简单蒸馏脱除六氯环戊二烯和降冰片二烯等易挥发组分以及重组分，然后通过溶剂结晶方法对真空精馏所得产品进行一次精制提纯，其中溶剂采用甲醇与丙酮混合溶剂。该方法所得产品的纯度未知，并且未经脱色过程，最终产品达不到标准品所需的高纯要求。中国科学院上海应用昆虫研究所(“狄氏剂、艾氏剂、氯丹、七氯化茚、氯啶初步总结报告—环戊二烯系农药研究(Ⅰ)”，农药，1959(12)：1-16)对艾氏剂的制备进行研究，同样采用六氯环戊二烯和降冰片二烯为原料进行反应合成艾氏剂，然后采用简单蒸馏得到艾氏剂粗品，再以甲醇或丙酮溶剂对粗品进行洗涤，得到艾氏剂固体产品，产品经过元素分析推断该产品为艾氏剂，但是未报道该方法制备出的艾氏剂产品纯度。

艾氏剂作为一种高毒性的有机氯农药，虽然已经被禁止生产和使用，但因化学性质稳定，易在生物体内蓄积，不易被土壤微生物降解，具有生物积累性，为环境持久性污染物之一，对土壤、水质具有长期的潜在影响。艾氏剂的残留问题一直困扰着食品的食用安全，威胁着人民的健康，目前我国主要贸易国家对食品中艾氏剂的残留均有一定的限量要求(见表1)。

表1食品中艾氏剂残留限量标准

无论是对进出口食品艾氏剂残留的定量检测，还是对土壤、水质的艾氏剂定量监测，基本上都是采用气相色谱方法。因此想要得到准确、可靠的鉴定结论，必须使用艾氏剂标准物质。另外，为了确保分析测试结果具有科学的溯源性和相应测量不确定度，实验室在进行分析测试之前，应当采用艾氏剂标准物质对相应的分析测试方法进行确认。此外，艾氏剂标准物质在建立实验室的质量管理体系、实施实验室间量值比对等方面，也有十分必需的。

标准物质通常要求高纯度，其组成与化学式高度一致并且化学稳定。由于对标准物质的这种严格要求，标准物质的制备一般需要在高度受控的条件下制备，以达到高纯度要求。因此标准物质的制备比常规分析化学试剂往往要复杂很多，同时制造成本也比较高。

目前国内由于环境监测和食品监测的需求，对艾氏剂标准物质的需求日益迫切。现阶段，国内还没有研究机构能够提供艾氏剂标准物质，进口国外生产的艾氏剂标准物质存在费用昂贵、手续繁琐、到货周期长等问题，因此迫切需要开发高纯度艾氏剂的制备技术。

发明内容

本发明的目的是克服现有艾氏剂制备技术的不足，提供一种高纯度艾氏剂的制备方法，采用本发明的制备方法能够获得纯度高达99.0％以上的艾氏剂，克服现有艾氏剂制备纯化工艺中纯度不足的缺陷。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种艾氏剂标准物质的制备方法，包括：将艾氏剂初产品(粗品)经过如下精制步骤：(1)真空精馏、(2)活性炭脱色、和(3)溶剂结晶步骤，最后制备得到所述艾氏剂标准物质。

根据本发明，所述步骤(1)真空精馏，可以脱除艾氏剂初产品中的轻组分和重组分。所述真空精馏为间歇精馏。优选的，所述真空精馏的塔顶回流比为3～5；所述真空精馏的塔顶压力为1-5mmHg(优选2-3mmHg)，所述真空精馏的馏出液采出温度为135～145℃。进一步优选的，在塔顶温度达到135℃之前，回流比为3，当塔顶温度达到135℃后，将回流比调节为5。

根据本发明，所述步骤(2)活性炭脱色的方法包括：将步骤(1)处理后得到的艾氏剂产品溶解于溶剂中，再加入活性炭脱色，过滤，得到艾氏剂晶体初产品。

根据本发明，所述步骤(2)中，所使用的溶剂优选为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丙酮、丁酮或苯等，最优选是甲醇和乙醇。所述艾氏剂与所加入的溶剂的重量比为1:5～15，所述活性炭加入量优选为艾氏剂的3～10％；所述脱色时间优选为0.5～2小时。

根据本发明，所述步骤(3)溶剂结晶步骤采用的溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丙酮、丁酮或苯等，最优选是甲醇和乙醇。优选的，在所述结晶过程中，趁热倾析少量的油状物质。结晶次数为一次或多次，优选2次或3次以上。

根据本发明，所述步骤(3)溶剂结晶步骤包括：将步骤(2)得到的艾氏剂晶体初产品与溶剂混合，加热，之后降温，溶液中析出少量油状物体，趁热分离上层澄清液体，然后进行降温结晶，过滤、干燥得到白色针状晶体。优选的，将溶液降低5-10℃，溶液中会析出少量油状物体并沉积在底部。进一步优选的，将分离得到的上层澄清液进行降温结晶，降温速率为0.5℃/min，结晶终温优选为20℃。

根据本发明，上述精制方法所使用的艾氏剂初产品可以依据现有技术中已知的各种方法制备得到。例如可以采用如下方法制备：将六氯环戊二烯和降冰片二烯进行反应得到艾氏剂初产品。优选的，六氯环戊二烯和降冰片二烯在90～100℃下反应，特别优选的，六氯环戊二烯与降冰片二烯的原料配比约为1:1.5，反应时间为18h。

本发明的一个优选实施方式，所述的艾氏剂标准物质的制备方法，包括如下步骤：

(1)将艾氏剂初产品进行真空精馏，脱除初产品中的大部分轻组分和重组分，所述的真空精馏条件为：精馏方式为间歇精馏，塔顶压力为2mmHg，馏出液采出温度为135～145℃，回流比3～5。

(2)将步骤(1)获得的艾氏剂产品溶解到溶剂中，加入活性炭进行脱色；

(3)将步骤(2)脱色后的艾氏剂产品全部溶解到溶剂中，然后升温至沸点进行浓缩，浓缩到接近饱和但未饱和的状态，然后静置降温约5℃，溶液中会析出少量油状物体，将油状物质倾析除去，再补加一定量溶剂，重新加热到沸点后开始降温结晶，降温速率控制在0.5℃/min，当温度降至常温，会析出白色针状晶体，经过过滤得到艾氏剂产品。重复三次上述过程，得到最终产品。

本发明的又一优选的实施方式，所述艾氏剂标准物质的制备方法，包括以下步骤：

a.以六氯环戊二烯和降冰片二烯为原料，在90～100℃下反应生成艾氏剂初产品，优选的，其中六氯环戊二烯与降冰片二烯的原料配比约为1:1.5，反应时间为18h。

b.将步骤(a)获得的样品经过真空精馏脱除其中的轻组分和重组分，真空精馏的条件为：塔顶压力为2mmHg，馏出液采出温度为135～145℃，塔顶回流比为3～5。

c.将经步骤(b)处理后得到的艾氏剂产品按照重量比为1:5～15加入溶剂，在加热回流的条件下将艾氏剂溶解，然后将温度降低5℃下加入活性炭，其中活性炭加入量为艾氏剂原料量的3～10％，在沸腾状态下搅拌脱色0.5～2h，最后将活性炭热过滤，溶液进行旋转蒸发蒸干，得到白色艾氏剂晶体初产品。

d.将步骤(c)得到的艾氏剂晶体初产品与溶剂混合，搅拌，加热使艾氏剂恰好在沸点下溶解，然后多加10％的溶剂。停止搅拌，将溶液降低5℃，溶液中会析出少量油状物体并沉积到烧瓶底部，趁热将烧瓶中上层澄清液体转移到另一个容器中，开启搅拌，进行降温结晶。降温速率控制为0.5℃/min，结晶终温为20℃，过滤、干燥得到白色针状晶体。

e.将步骤d重复2-3次，将所得产品进行真空干燥，得到艾氏剂标准物质，检测其纯度。

采用本发明所述的方法制得的艾氏剂高纯物质的含量高于99％，可以作为标准物质用于环境监测和食品农残监测，并且操作简单，节约成本，具有广泛的市场应用前景。

本发明的特点在于：

1、采用真空精馏方法对艾氏剂粗产品进行提纯，相比现有简单减压蒸馏法提纯，所得产品纯度更高，轻组分和重组分脱除更为彻底，产品收率更高；

2、提纯过程采用了活性炭脱色，有利于脱除影响产品颜色的微量杂质，最终产品颜色更白；

3、采用溶剂结晶方法对产品进行多次提纯，目的在于脱除艾氏剂中难以分离的异艾氏剂和狄氏剂杂质，产品纯度达到99.0％以上。

附图说明

图1示出了实施例1制备的艾氏剂标准品的GC-MS谱图；

图2示出了实施例1制备的艾氏剂标准品的气相色谱定值谱图。

具体实施方式：

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。需要指出的是，以下说明仅仅是对本发明要求保护的技术方案的举例说明，并非对这些技术方案的任何限制。本发明的保护范围以所附权利要求书记载的内容为准。

实施例1

一种艾氏剂标准物质的制备方法，包括以下步骤：

a.艾氏剂初产品制备：称取81g六氯环戊二烯和41.4g降冰片二烯加入到装有回流冷凝管的250ml三口烧瓶中，用带磁力搅拌的电加热套加热，温度控制为100℃，反应时间为18h，得到棕褐色艾氏剂初产品。

b.真空精馏：将步骤(a)获得的初产品转移到真空精馏装置进行减压精馏，将精馏塔塔顶压力控制为2mmHg，回流比调节为3，脱除初产品中的轻组分，直至塔顶温度达到135℃。当塔顶温度达到135℃后，将回流比调节为5，开始收集目标产品艾氏剂产品，直至塔顶温度升至145℃，减压精馏过程结束，收集到51g灰白色艾氏剂晶体产品，塔釜残留液为深褐色固体。经气相色谱检测产品组成，艾氏剂含量为91.3％，异艾氏剂含量为6.2％，狄氏剂含量为2.1％，其他杂质为不明组分。

c.脱色：称取步骤(b)得到艾氏剂产品10g加入到250ml圆底烧瓶中，加入100mL甲醇，装上回流冷凝管，采用电加热套加热至67℃使固体全部溶解。然后将溶液温度下降至62℃时，加入0.5g的活性炭，然后在沸点下回流脱色45min，脱色完毕后，用保温漏斗热过滤掉活性炭，所得液体旋转蒸发，得到艾氏剂白色晶体8.0g。经过气相色谱检测，艾氏剂含量为95.7％，异艾氏剂含量为2.2％，狄氏剂含量为1.7％，其他杂质为不明组分。

d.结晶：将步骤(c)得到的艾氏剂8.0g晶体产品加入到装有回流冷凝管、温度计和搅拌的100mL三口烧瓶中，然后从回流冷凝管中加入适量的溶剂，开启搅拌，采用电加热套加热使艾氏剂恰好在沸点下溶解，然后多加10％的溶剂。停止搅拌，将溶液降低5℃，溶液中会析出少量油状物体并沉积到烧瓶底部，趁热将烧瓶中上层澄清液体转移到另一个装有温度计和搅拌的三口烧瓶中，开启搅拌，重新加热到沸点后进行降温结晶。降温速率通过低温恒温水浴控制为0.5℃/min，结晶终温为20℃，过滤、干燥得到白色针状晶体4.2g。

e.将上述步骤(d)再重复两次，将所得产品进行真空干燥，得到白色针状艾氏剂晶体产品1.4g，检测其纯度，艾氏剂含量为99.45％，异艾氏剂含量为0.22％，狄氏剂含量为0.14％。

将实施例1所得的艾氏剂产品分别用GC/MS2010型气质联用仪和GC-7890A气相色谱仪进行结构鉴定和定值分析(见图1和图2)。从图中可以看出，采用实施例1的制备纯化方法获得了高纯艾氏剂。

对比例1没有经过脱色步骤

a.称取实施例1中步骤(b)得到艾氏剂产品10g不经过脱色步骤，直接按照实施例1中步骤(d)进行结晶精制纯化，最后经过过滤、干燥得到白色发暗针状晶体5.1g。经过气相色谱检测，艾氏剂含量为94.6％，异艾氏剂含量为2.3％，狄氏剂含量为1.8％，其他杂质为不明组分。

b.将所得5.1g的晶体产品按照实施例1步骤(e)进行，即重结晶两次，然后真空干燥，得到白色略微发暗针状晶体产品1.8g。经过气相色谱检测，艾氏剂含量为98.85％，异艾氏剂含量为0.32％，狄氏剂含量为0.21％，其他杂质为不明组分。

对比例2结晶过程中未除去油状物

a.将实施例1步骤(c)得到的艾氏剂8.0g晶体产品加入到装有回流冷凝管、温度计和搅拌的100mL三口烧瓶中，然后从回流冷凝管中加入适量的溶剂，开启搅拌，采用电加热套加热使艾氏剂恰好在沸点下溶解，将搅拌速率调节到100r/min，进行降温结晶。降温速率通过低温恒温水浴控制为0.5℃/min，结晶终温为20℃，过滤、干燥得到白色针状晶体。

b.将上述步骤(a)再重复两次，将所得产品进行真空干燥，得到白色针状艾氏剂晶体产品1.8g，检测其纯度，艾氏剂含量为98.65％，异艾氏剂含量为0.65％，狄氏剂含量为0.43％。

对比例3使用减压简单蒸馏

a.按照实施例1的步骤(a)得到棕褐色艾氏剂初产品。

b.将步骤(a)获得的初产品转移到三口烧瓶中进行减压简单蒸馏，具体工艺条件参考US2635977，将压力控制为1mmHg，收集到沸点低于132℃的馏分作为轻组分，沸点为132～150℃的馏分作为目标组分，沸点高于150℃的组分为重组分。当蒸馏装置克氏蒸馏头的温度超过150℃，简单蒸馏过程结束，收集到目标组分52g灰白色艾氏剂固体产品，塔釜残留液为深褐色固体。经气相色谱检测产品组成，艾氏剂含量为86.3％，异艾氏剂含量为9.4％，狄氏剂含量为3.2％，其他杂质为不明组分。

c.称取步骤(b)得到艾氏剂产品10g按照实施例1步骤(c)进行脱色过程，其中活性炭加入量、溶剂加入量、脱色温度和脱色时间均与实施例1相同。脱色完毕后，采用保温漏斗热过滤掉活性炭，所得液体旋转蒸发，得到艾氏剂白色晶体7.8g。经过气相色谱检测，艾氏剂含量为92.6％，异艾氏剂含量为5.1％，狄氏剂含量为1.8％，其他杂质为不明组分。

d.将步骤(c)得到的艾氏剂7.8g晶体产品按照实施例1步骤(d)和(e)进行溶剂结晶精制和两次次重结晶精制，最后过滤干燥得到1.5g白色针状晶体。经过气相色谱检测，艾氏剂含量为98.87％，异艾氏剂含量为0.75％，狄氏剂含量为0.28％。

实施例2-6

制备方法步骤基本与实施例1相同，区别仅在于改变了实施例1中步骤c和d中的部分参数，具体参数变化参见表1。

表1

其中实施例2-6中脱色过程加入的艾氏剂初产品量均为10g。实施例2-6中所得艾氏剂纯品采用GC-MC和GC的定值谱图进行结构鉴定，表明采用实施例2-6的制备纯化方法获得了高纯艾氏剂。

Claims (9)

1.一种艾氏剂标准物质的制备方法，包括：将艾氏剂初产品经过如下精制步骤：(1)真空精馏、(2)活性炭脱色、和(3)溶剂结晶步骤，得到所述艾氏剂标准物质。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述步骤(1)真空精馏的塔顶回流比为3～5；所述真空精馏的塔顶压力为1-5mmHg(优选2-3mmHg)，所述真空精馏的馏出液采出温度为135～145℃。进一步优选的，在塔顶温度达到135℃之前，回流比为3，当塔顶温度达到135℃后，将回流比调节为5。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述步骤(2)活性炭脱色的方法包括：将步骤(1)得到的艾氏剂产品溶解在溶剂中，再加入活性炭脱色。

4.根据权利要求3所述的制备方法，所述溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丙酮、丁酮或苯等；所述艾氏剂产品与所加入的溶剂的重量比为1:5～15，所述活性炭加入量优选为艾氏剂产品的3～10％；所述脱色时间优选为0.5～2小时。

5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其中，所述步骤(3)溶剂结晶步骤采用的溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丙酮、丁酮或苯等，所述结晶的次数为一次或多次，优选2次或3次以上。

6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其中，在所述结晶过程中，趁热倾析少量的油状物质。

7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其中，所述步骤(3)溶剂结晶步骤包括：将步骤(2)得到的艾氏剂与溶剂混合，加热，之后降温，溶液中析出少量油状物体，趁热分离上层澄清液体，然后进行降温结晶，过滤、干燥得到白色针状晶体。优选的，将溶液降低5-10℃，溶液中会析出少量油状物体并沉积在底部。进一步优选的，将分离得到的上层澄清液进行降温结晶，降温速率为0.5℃/min，结晶终温优选为20℃。

8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其中，所述艾氏剂初产品采用如下方法制备：将六氯环戊二烯和降冰片二烯进行反应得到艾氏剂初产品。优选的，六氯环戊二烯和降冰片二烯在90～100℃下反应，特别优选的，六氯环戊二烯与降冰片二烯的原料配比约为1:1.5，反应时间为18h。

9.根据权利要求1-8任一项所述的制备方法，其中所述的制备方法包括如下步骤：

(1)将艾氏剂初产品进行真空精馏，脱除初产品中的大部分轻组分和重组分，所述的真空精馏条件为：精馏方式为间歇精馏，塔顶压力为2mmHg，馏出液采出温度为135～145℃，回流比3～5。

(2)将步骤(1)获得的艾氏剂产品溶解到溶剂中，加入活性炭进行脱色；

(3)将步骤(2)脱色后的艾氏剂产品全部溶解到溶剂中，然后升温至沸点进行浓缩，浓缩到接近饱和但未饱和的状态，然后静置降温约5℃，溶液中会析出少量油状物体，将油状物质倾析除去，再补加一定量溶剂，重新加热到沸点后开始降温结晶，降温速率控制在0.5℃/min，当温度降至常温，会析出白色针状晶体，经过过滤得到艾氏剂产品。重复三次上述过程，得到最终产品。

进一步优选的，所述艾氏剂标准物质的制备方法包括以下步骤：

a.以六氯环戊二烯和降冰片二烯为原料，在90～100℃下反应生成艾氏剂初产品，优选的，其中六氯环戊二烯与降冰片二烯的原料配比约为1:1.5，反应时间为18h。

b.将步骤(a)获得的样品经过真空精馏脱除其中的轻组分和重组分，真空精馏的条件为：塔顶压力为2mmHg，馏出液采出温度为135～145℃，塔顶回流比为3～5。

c.将经步骤(b)处理后得到的艾氏剂产品按照重量比为1:5～15加入溶剂，在加热回流的条件下将艾氏剂溶解，然后将温度降低5℃下加入活性炭，其中活性炭加入量为艾氏剂原料量的3～10％，在沸腾状态下搅拌脱色0.5～2h，最后将活性炭热过滤，溶液进行旋转蒸发蒸干，得到白色艾氏剂晶体初产品。

d.将步骤(c)得到的艾氏剂晶体初产品与溶剂混合，搅拌，加热使艾氏剂恰好在沸点下溶解，然后多加10％的溶剂。停止搅拌，将溶液降低5℃，溶液中会析出少量油状物体并沉积到烧瓶底部，趁热将烧瓶中上层澄清液体转移到另一个容器中，开启搅拌，进行降温结晶。降温速率控制为0.5℃/min，结晶终温为20℃，过滤、干燥得到白色针状晶体。

e.将步骤d重复2-3次，将所得产品进行真空干燥，得到艾氏剂标准物质，检测其纯度。