CN111574485B - 一种香豆素类荧光衍生试剂的设计合成及其在氟虫腈检测中的应用 - Google Patents

一种香豆素类荧光衍生试剂的设计合成及其在氟虫腈检测中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及食品和农业安全检测领域，具体涉及一种结构新颖的香豆素类荧光衍生试剂的设计合成及其在氟虫腈检测中的应用。经试验证明，本发明所设计合成的香豆素类荧光衍生试剂，具有很强的荧光强度，基于该衍生试剂所建立的柱前衍生化测定氟虫腈的HPLC‑FLD方法灵敏度高、检测限和定量限低、稳定性和重现性好，将该方法应用于鸡蛋中残留氟虫腈的检测，结果准确、可靠，优于目前报道的HPLC‑MS/MS、GC‑MS方法。本发明所设计合成的香豆素类荧光衍生试剂性能优良，基于其所建立的氟虫腈柱前衍生化检测方法灵敏、可靠、准确，具有很好的应用前景。

Description

一种香豆素类荧光衍生试剂的设计合成及其在氟虫腈检测中 的应用
技术领域
本发明涉及食品和农业安全检测领域，具体涉及一种香豆素类荧光衍生试剂的设计合成及其在氟虫腈检测中的应用。
背景技术
2017年，欧洲多国市场上相继发现了氟虫腈含量超标的“毒鸡蛋”，此次“毒鸡蛋”事件波及到了世界多个国家和地区，韩国和我国台湾、香港等地区也相继发现该“问题鸡蛋”。“毒鸡蛋”事件引起人们对食品安全的高度关注，并以此敲响预防、控制氟虫腈残留超标的警钟。高灵敏度、高准确性的检测技术是保证高标准限量监控工作顺利进行的基础，因此，氟虫腈残留检测的研究备受关注。
氟虫腈，中文商品名称为：锐劲特，是普朗克公司(法国)研制的一种杀虫效果良好的高活性杀虫剂，于1993年投入市场，被广泛应用于农业病虫害的防治。该杀虫剂的作用机理为：通过害虫体内一种抑制性神经递质-GABA(γ-氨基丁酸)调节的氯通道干扰氯离子进出的通路，破坏中枢神经系统的活性并造成害虫死亡。但氟虫腈易残留，在自然界中难降解，对环境不利，因此对其进行检测和控制是很有必要的。
目前，食品中氟虫腈及其代谢物的检测方法有高效液相色谱法(HPLC)、高效液相色谱-串联质谱法(HPLC-MS/MS)、气相色谱法(GC)以及气相色谱-质谱联用法(GC-MS)，上述检测方法各有优缺点，但也存在一定的不足，如样品测前处理复杂、检验成本高、需要借助昂贵、精密的仪器、操作较为繁琐等不足。因此，开发一种较为稳定、灵敏、选择性强且干扰小的检测方法很有必要。
氟虫腈分子结构中吡唑环5位游离的氨基容易被修饰，针对该基团通过与特定的荧光衍生试剂进行衍生化反应，生成含有荧光发光基团的氟虫腈衍生物，从而建立氟虫腈残留的荧光检测方法，通过增强所接入荧光体的荧光强度提高荧光检测的灵敏度和检测限是可行的。
本发明基于上述分析，合成了荧光较强、结构新颖的香豆素类荧光衍生试剂，在此基础上研究了氟虫腈荧光衍生化反应体系，建立了氟虫腈HPLC-FLD检测方法，从根本上提升了氟虫腈荧光检测的灵敏度和稳定性，实现了对氟虫腈高灵敏度定量检测这一目标，为鸡蛋中氟虫腈及其代谢物残留检测与控制提供了合理、有效的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构新颖的香豆素类荧光衍生试剂7-(二乙氨基)-2-氧-2H-色酮-3-羧酸，并提供该香豆素类荧光衍生试剂的制备方法，其是以4-(二乙氨基)水杨醛为主要原料，通过化学合成制备得到。本发明还提供了基于上述香豆素类荧光衍生试剂所建立的柱前衍生化检测氟虫腈的HPLC-FLD方法。由于本发明所设计合成的香豆素类荧光衍生试剂性能优良，基于其所建立的氟虫腈柱前衍生化检测方法灵敏、可靠、准确，因此具有很好的应用前景。
本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：
本发明提供一种具有式(I)结构的香豆素类荧光衍生试剂L1：
Figure BDA0002566808550000021
本发明还提供一种制备上述香豆素类荧光衍生试剂的方法，包括以下步骤：
(1)缩合成环：将式(II)化合物与丙二酸二乙酯进行反应得到中间体式(Ⅲ)化合物，反应式如下：
Figure BDA0002566808550000031
(2)水解：中间体式(Ⅲ)化合物与氢氧化钠反应得到式(I)化合物，反应式如下：
Figure BDA0002566808550000032
本发明的一个优选方案，步骤(1)所述反应的反应溶剂为无水乙醇，催化剂为哌啶，反应温度为80℃。
本发明的一个优选方案，步骤(2)所述反应的溶剂为无水乙醇，催化剂为氢氧化钠，反应温度为95℃。
本发明还提供了一种基于具有式(I)结构的香豆素类荧光衍生试剂在氟虫腈检测中的应用。
本发明的一个优选方案，所述应用具体为：通过基于具有式(I)结构的香豆素类荧光衍生试剂建立的柱前衍生化检测氟虫腈的HPLC-FLD方法实现。
本发明的一个优选方案，基于具有式(I)结构的香豆素类荧光衍生试剂柱前衍生化氟虫腈的方法具体为：EDC/DMAP为催化缩合剂，二氯甲烷为溶剂，氟虫腈与L1的摩尔浓度比为1:11，45℃水浴反应60min。
本发明的一个优选方案，基于具有式(I)结构的香豆素类荧光衍生试剂柱前衍生化氟虫腈的HPLC-FLD方法的主要检测条件为：C18色谱柱；等度洗脱；流动相：乙腈/水＝80:20；流速：1.0mL/min；λex＝454nm，λem＝490nm；进样量10μL；柱温40℃。
在本发明具体的一个实施方式中，还提供了基于具有式(I)结构的香豆素类荧光衍生试剂所建立的鸡蛋中残留氟虫腈的HPLC-FLD方法。
本发明的有益效果：
本发明所设计合成的香豆素类荧光衍生试剂，结构新颖，具有很强的荧光强度。基于该衍生试剂所建立的柱前衍生化测定氟虫腈的HPLC-FLD方法灵敏度高、检测限和定量限低、稳定性和重现性好，将该方法应用于鸡蛋中残留氟虫腈的检测，结果准确、可靠，优于目前报道的HPLC-MS/MS、GC-MS方法，具有很好的应用前景。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。本发明的己知的起始原料可以采用或按照本领域已知的方法来合成。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1：具有式(I)结构的香豆素类荧光衍生试剂L1(7-(二乙氨基)-2-氧-2H-色酮-3-羧酸)的制备
(1)具有式(Ⅲ)结构的中间体的制备
分别将4-(二乙氨基)水杨醛(9.7g,1.0mmol)和丙二酸二乙酯(16.0g,2.0mmol)溶于150mL无水乙醇溶液中，添加10mL哌啶，将其混合溶液在80℃下搅拌反应6h，TLC检测反应进程。待反应结束，溶液冷却至室温，脱溶，硅胶拌样，柱层析纯化分离(洗脱剂为石油醚：乙酸乙酯＝10:1,v/v)，制得具有式(Ⅲ)结构的中间体化合物。所制得的中间体为红褐色固体，产率为75.8％。结构表征数据如下：1H NMR(500MHz,DMSO)δ8.54(s,1H),7.62(d,J＝9.0Hz,1H),6.76(dd,J＝9.0,2.4Hz,1H),6.53(d,J＝2.3Hz,1H),4.24(q,J＝7.1Hz,2H),3.48(q,J＝7.0Hz,4H),1.29(t,J＝7.1Hz,3H),1.14(t,J＝7.0Hz,6H).HRMS(ESI)m/z[M+H]+:calcd for C16H19NO4:289.1314,found 290.1369.
(2)具有式(I)结构的目标物-香豆素类荧光衍生试剂L1的制备
将具有式(Ⅲ)结构的中间体(1.45g,10mmol)溶于20mL无水乙醇溶液中，添加10mL10％NaOH溶液至上述反应溶液中，95℃下回流搅拌反应2h，TLC检测反应进程。待反应结束，溶液冷却至室温，加盐酸调节溶液pH至2，0℃下冷却结晶，生成大量沉淀；静置、抽滤，冰水冲洗；真空干燥，得到具有式(I)结构的目标产物。该目标产物L1为橙黄色固体，产率为97.2％。结构表征数据如下：1H NMR(500MHz,DMSO)δ12.55(bs,1H),8.59(s,1H),7.68–7.61(m,1H),6.80(dd,J＝9.0,2.4Hz,1H),6.57(d,J＝2.3Hz,1H),3.49(q,J＝7.0Hz,4H),1.14(t,J＝7.0Hz,6H).13C NMR(126MHz,DMSO)δ164.45,159.57,157.84,152.86,149.37,131.79,110.01,107.35,107.12,95.88,44.36,12.27.HRMS(ESI)m/z[M+H]+:calcd forC14H15NO4:261.1001,found 261.0993.
实施例2：具有式(I)结构的香豆素类荧光衍生试剂柱前衍生化检测氟虫腈方法的建立
(1)氟虫腈柱前衍生化产物的制备
氟虫腈柱前衍生化反应如下图所示：
Figure BDA0002566808550000061
将香豆素类荧光衍生试剂L1(0.47g,1mmol)和40mL二氯甲烷加入100mL茄形瓶中，35℃搅拌下依次加入DMAP(0.19g,0.85mmol)、EDC(0.19g,0.5mmol)和氟虫腈(0.32g,0.4mmol)至上述溶液，继续反应，TLC检测反应进程。待反应结束后，加入40mL饱和NaOH溶液、20mL水，二氯甲烷萃取(3×50mL)，合并有机相，无水硫酸钠干燥，脱溶，硅胶柱层析纯化分离(洗脱剂为正己烷：乙酸乙酯＝3:1,v/v)，得到黄绿色固体状的目标物，产率为81.5％。结构表征数据如下：1H NMR(400MHz,DMSO)δ11.69(s,1H),8.79(s,1H),8.46(dd,J＝17.0,1.3Hz,2H),7.73(d,J＝9.2Hz,1H),6.87(dd,J＝9.2,2.3Hz,1H),6.61(d,J＝2.1Hz,1H),3.50(q,J＝7.0Hz,4H),1.13(t,J＝7.0Hz,6H).13C NMR(101MHz,DMSO)δ162.92,160.03,157.85,153.99,149.77,139.10,135.24,135.15,133.46,132.75,127.33,126.07,123.39,120.66,111.23,110.93,108.28,104.33,95.98,44.64,12.26.
(2)荧光衍生试剂L1柱前衍生化氟虫腈反应条件的优化
优化后的荧光衍生试剂L1柱前衍生化氟虫腈反应的主要条件为：EDC/DMAP为催化缩合剂，二氯甲烷为反应溶剂，氟虫腈与荧光衍生试剂L1的摩尔浓度比为1:11，45℃水浴中反应60min，即可完全完成柱前衍生化反应，衍生化的产物为N-(3-氰基-1-(2,6-二氯-4-(三氟甲基)苯基)-4-((三氟甲基)亚磺酰基)-1H-吡唑-5-基)-7-(二乙氨基)-2-氧-2H-色酮-3-甲酰胺(SF1)。
(3)氟虫腈柱前衍生化产物的HPLC-FLD检测方法
氟虫腈柱前衍生化产物的HPLC-FLD检测方法如下：Symmetry C18色谱柱：4.6×250mm,5μm；柱温为40℃；流速为1.0mL/min；进样量为10μL；流动相：A相为100％纯乙腈，B相为超纯水；等度洗脱，A相在流动相中的比例为80％，B相为20％；激发波长和发射波长分别为454nm和490nm。
结果表明：具有式(I)结构的香豆素类荧光衍生试剂柱前衍生化检测氟虫腈可在15min内完成，检测限为0.01μg/L，定量限为0.036μg/L；其精密度、稳定性及重现性的保留时间RSD<0.06％，峰面积RSD<2.5％。由此可见，该法具有较好的应用前景。
实施例3：具有式(I)结构的香豆素类荧光衍生试剂柱前衍生化检测鸡蛋中的残留氟虫腈
(1)鸡蛋中残留氟虫腈的提取和前处理
鸡蛋样品：超市采购，随机取样。提取：将样品鸡蛋去壳，以匀浆机充分混合均匀；准确称量5g鸡蛋匀浆液(精确至0.01g)，置于50mL离心管，加入20mL色谱纯乙腈溶液；手动振荡混合1min，再以恒温振荡器振荡5min；随后向离心管中依次添加2g氯化钠和6g无水硫酸钠，手动振荡混合1min，4000r/min下离心10min；取其上清液，置于4℃冰箱中待测。
(2)氟虫腈提取液柱前荧光衍生化反应的方法和条件
氟虫腈提取液柱前荧光衍生化反应的方法和主要条件如下：以EDC/DMAP为催化缩合剂，二氯甲烷为反应溶剂，氟虫腈与荧光衍生试剂L1的摩尔浓度比为1:11，45℃水浴中反应60min；随后取出冷却至室温，乙腈定容至10mL，待测。
(3)氟虫腈柱前荧光衍生化产物的HPLC-FLD检测条件
HPLC-FLD检测的主要条件如下：Symmetry C18色谱柱：4.6×250mm,5μm；柱温为40℃；流速为1.0mL/min；进样量为10μL；流动相：A相为100％纯乙腈，B相为超纯水；等度洗脱，A相在流动相中的比例为80％，B相为20％；激发波长和发射波长分别为454nm和490nm。
(4)鸡蛋中残留氟虫腈柱前衍生化HPLC-FLD检测方法的加标回收率、检测限和定量限
设定三个氟虫腈的添加量进行提取、衍生化反应和检测，各个添加量平行衍生测定三次，结果(如下表)表明，平均加标回收率均在83％以上，重现性好。鸡蛋中氟虫腈的检测限达到了0.033μg/kg，定量限为0.110μg/kg。
Figure BDA0002566808550000081
(5)市售鸡蛋中残留氟虫腈的HPLC-FLD检测结果
采用所合成的荧光衍生试剂L1，按照上述柱前衍生化HPLC-FLD检测方法，对不同地区市售鸡蛋中的氟虫腈残留进行了检测，结果如下表所示。
Figure BDA0002566808550000082
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种香豆素类荧光衍生试剂在氟虫腈检测中的应用，其特征在于，香豆素类荧光衍生试剂，包括7-(二乙氨基)-2-氧-2H-色酮-3-羧酸，其结构式如下图式(I)所示：
Figure FDA0003508692470000011
2.根据权利要求1所述的一种香豆素类荧光衍生试剂在氟虫腈检测中的应用，其特征在于，香豆素类荧光衍生试剂的制备方法包括以下步骤：
(1)缩合成环：将式(II)化合物与丙二酸二乙酯进行反应得到中间体式(Ⅲ)化合物，反应式如下：
Figure FDA0003508692470000012
(2)水解：中间体式(Ⅲ)化合物与氢氧化钠反应得到式(I)化合物，反应式如下：
Figure FDA0003508692470000021
3.根据权利要求2所述的一种香豆素类荧光衍生试剂在氟虫腈检测中的应用，其特征在于，步骤(1)所述反应的反应溶剂为无水乙醇，催化剂为哌啶，反应温度为80℃。
4.根据权利要求2所述的一种香豆素类荧光衍生试剂在氟虫腈检测中的应用，其特征在于，步骤(2)所述反应的溶剂为无水乙醇，催化剂为氢氧化钠，反应温度为95℃。
5.根据权利要求1所述的一种香豆素类荧光衍生试剂在氟虫腈检测中的应用，其特征在于，所述应用具体为：通过基于具有式(I)结构的香豆素类荧光衍生试剂建立的柱前衍生化检测氟虫腈的HPLC-FLD方法实现。
6.根据权利要求5所述的一种香豆素类荧光衍生试剂在氟虫腈检测中的应用，其特征在于，所述香豆素类荧光衍生试剂柱前衍生化氟虫腈具体为：EDC/DMAP为催化缩合剂，二氯甲烷为溶剂，氟虫腈与香豆素类荧光衍生试剂的摩尔浓度比为1:11，45℃水浴反应60min。
7.根据权利要求6所述的一种香豆素类荧光衍生试剂在氟虫腈检测中的应用，其特征在于，所述香豆素类荧光衍生试剂柱前衍生化氟虫腈的HPLC-FLD方法的主要检测条件为：C18色谱柱；等度洗脱；流动相：乙腈/水＝80:20；流速：1.0mL/min；λex＝454nm，λem＝490nm；进样量10μL；柱温40℃。
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