一起来了解碘甲烷

【概述】

碘甲烷别名甲基碘,英文名:Iodomethane,Methyliodide,属卤代甲烷( 氯甲烷、溴甲烷、碘甲烷) 类化合物，常作为有机合成中间体用于医药工业.由于碘离子是良好的离去基团,碘甲烷是非常好的甲基化试剂,常用于醇、酚、酮、酯、羧酸、氨基化合物、氰基化合物、硝基烷烃、砜、亚砜、亚胺及腙的甲基化反应[1];

碘甲烷也是格式反应良好的引发剂,常用于氯代芳烃等不活泼卤化物的格氏反应引发。常作为碘甲基蛋氨酸( 维生素 U) 、镇痛药、解毒药等药物和灭火剂的生产原料，以及其他有机化合物的合成原料，也可作为甲基化试剂用于吡啶的检验和显微镜的检查，还可作为熏蒸消毒剂。在农业生产上作为杀真菌剂、杀植物寄生线虫剂、杀土壤病原体剂、播前杀虫剂和除草剂。

【理化性质】

无色液体，易挥发，具有甜辣气味，可以作为轻微的预警特征。当其暴露在一定的光线和湿度条件下，可析出碘而呈现为黄色、棕色或红色。沸点42．5℃，熔点－66．1℃，比重3．325，在20℃的水中溶解度为1．4%，极易溶于丙酮、乙醇、苯、二乙基乙醚和四氯化碳。

【代谢途径】

碘甲烷主要代谢途径是碘甲烷和谷胱甘肽(GSH)在细胞质中经非酶促连接形成S-甲基-GSH，再通过转肽酶转化成S-甲基半胱氨酸(SMC)，继之形成N-甲硫基乙酸基甘氨酸、甲基硫代乙酸、甲基硫醚氨酸。SMC和N-甲硫基乙酸基甘氨酸可以在人类的尿液中检测到。SMC由脱羧基酶和脱氨基酶的作用分解成甲硫醇。线粒体中的脱甲基酶再使甲硫醇脱去甲基，产生高毒性代谢产物硫化氢。硫化氢可进一步氧化生成乙酸和硫酸盐。另一代谢途径是细胞色素P-450加氧酶系统。碘甲烷通过细胞色素P-450代谢产生甲醛，甲醛经脱氢酶的作用进一步转化成甲酸，并诱导叶酸依赖的C1途径组成高分子或氧化生成二氧化碳。另外有一小部分代谢途径是通过大分子甲基化作用直接释放出离子产生毒作用。 碘甲烷被机体吸收后，在体内分布至各脏器，以血液、甲状腺、肺和肾水平最高，肝、脾和心次之，脑组织较少。暴露后12d，尿中仍有大量的碘，故推测碘甲烷从体内排出较慢。其分解产物最后经尿、粪排出体外，经尿排泄为主。

【急性毒性】

动物实验证实碘甲烷主要损害中枢神经系统，对呼吸道及皮肤有刺激作用，亦可引起肾脏损害。急性吸入实验表明:大鼠吸入碘甲烷蒸气1h，半数致死浓度(LC50)为1458ppm(8165mg/m3);吸入4h，绝对致死浓度(LC100)为1198ppm(6709mg/m3)。LC50为691ppm(3870mg/m3)时，中毒大鼠出现喘息、共济失调、活动减弱、流鼻涕、呼吸困难、鼻周围有红色气泡分泌物;死亡大鼠尸检肉眼可见脑垂体、肺、胸腺、肾上腺淤血或出血，胃肠胀气和出血;吸入32100ppm(179760mg/m3)，15min，动物尸检显示，大鼠气管和肺严重侵蚀，并伴有肺水肿及出血。也有报道尸检的动物大部分有脑膜充血和肺淤血。豚鼠内脏镜检见脑组织水肿，肝和肾小管细胞混浊、肿胀，肺有炎细胞浸润;吸入100ppm(560mg/m3)3h，出现嗅上皮轻度损伤，6h出现嗅上皮显著损伤，但2周后嗅上皮可完全修复。 据报道，人吸入质量浓度为95～143mg/m3碘甲烷蒸气数小时后，便可出现困倦、头晕、步态不稳，共济失调。急性碘甲烷中毒死亡病例解剖显示:心脏苍白，心肌松弛，所有器官“充血”，包括大脑，部分大脑梗塞。肺组织经显微镜检查显示肺区支气管肺炎和出血，多处小动脉可见淋巴细胞和浆细胞浸润。

【制备方法】

1.卤原子交换法 卤原子交换法是由氯代烃、溴代烃制备碘代烃的常用方法,但由于溴甲烷、氯甲烷沸点低,在常温下均为气体,在实验室获得不是很方便,而反应对设备的要求较高,因此采用此方法在实验室制备碘甲烷受到一定的限制.

图1为卤原子交换法的反应式

2.甲醇、碘单质法 醇与碘单质在磷的存在下反应是碘代烷制备的另一方法,但此方法更适合于由仲醇或叔醇制备仲碘代烃或叔碘代烃,因此在碘甲烷的制备中也受到一定的限制.

图2为甲醇、碘单质法的反应式

3.乙酸、碘单质法 羧酸与碘及四乙酸铅在光引发下反应生成碘代烷,此法可以以较高收率合成伯、仲碘代烷,但存在着原子经济性较差及环境不友好的特点.

图3为乙酸、碘单质法的反应式

4.甲醇氢碘酸法 由醇与氢碘酸作用是碘代烷制备的常用方法,氢碘酸通常由碘化碱盐与酸在反应过程中生成,本方法试剂来源方便,操作简单.

图4为甲醇氢碘酸法的反应式

具体实验步骤为：在100mL烧瓶中加入33.2g碘化钾(0.2mol),18～36mL水,9.6g甲醇(0.3mol),一次性加入0.1～0.22mol的酸,装成分馏装置,加热,控制反应瓶内温度约为90℃,至不再有馏出液时停止反应,反应时间约为3～5h.馏出液用10mL水洗涤后用氯化钙干燥,得粗品约11.4g,纯度为95.0%,收率约为40%. 5.硫酸二甲酯法 硫酸二甲酯是工业上常用的甲基化试剂.采用此方法制备碘甲烷时,由于原料硫酸二甲酯与产物碘甲烷沸点相差大,本方法存在着后处理方便,产品纯度好的特点.

图5为硫酸二甲酯法的反应式

具体实验步骤为：在装有滴液漏斗、温度计及边反应边蒸馏装置的100mL三口烧瓶中加入33.2g碘化钾(0.2mol)、0～18.0mL水,再加入0～2.0g碳酸钙,搅拌,加热,保温到60～65℃,在滴液漏斗中加入12.6～25.2g硫酸二甲酯(0.1～0.2mol),缓慢滴加,控制滴加速度以保持有连续馏出液馏出,至硫酸二甲酯加完后不再有馏出液时停止反应,滴加时间约为1h.馏出液用20mL水洗涤后用氯化钙干燥,得粗品约26.4g,纯度为98.6%,收率约93.0%.

【应用】　

碘甲烷常作为碘甲基蛋氨酸(维生素U)、镇痛药、解毒药等药物和灭火剂的生产原料，以及其他有机化合物的合成原料，也可作为甲基化试剂用于吡啶的检验和显微镜的检查，还可作为熏蒸消毒剂。在农业生产上作为杀真菌剂、杀植物寄生线虫剂、杀土壤病原体剂、播前杀虫剂和除草剂。 碘甲烷常作为有机合成中间体用于医药工业.常用于醇、酚、酮、酯、羧酸、氨基化合物、氰基化合物、硝基烷烃、砜、亚砜、亚胺及腙的甲基化反应[1];碘甲烷也是格式反应良好的引发剂,常用于氯代芳烃等不活泼卤化物的格氏反应引发。可作为铑碘催化剂的原料用于催化甲醇羰基化反应。

【主要参考资料】

[1]杨振平,盛卫坚,贾建洪,高建荣.制备碘甲烷不同方法比较[J].浙江工业大学学报,2008,36(06):619-621.

[2]张毅南,王福祥,张国辉,王岩,徐波.碘甲烷急性中毒研究进展[J].中国职业医学,2013,40(05):461-464.