氘代丙酮制备方法的研究

稳定同位素及其标记化合物作为一种独特的新兴材料，与放射性同位素相比，其具有性质稳定、操作简便、不需要特殊防护等优点，作为一类具有高技术含量和高附加值的商品，自上世纪70年代以来广泛应用于农业、食品安全、生命科学、环境、临床医学、药学等领域。氘代丙酮作为核磁检测技术的常用试剂，以及稳定同位素氘标记试剂合成过程中的基础原料，已被广泛的应用于科研领域。

常见的制备方法

氘代丙酮的主要制备方法为丙酮与重水的多次H/D交换。目前传统的氘代丙酮制备技术是以干燥的碳酸钾为催化剂，反应后蒸馏分离并截取95℃的馏分，添加新鲜的重水进行多次交换，进行了21次氢氘交换后，丙酮中氘原子的同位素丰度达99.3atom％D。该过程操作繁琐，除了多次分离时所造成的损失，更容易中途失败，造成原料的大量浪费，对人员的技术和操作水平要求也非常高，从而很难推广。在对丙酮与重水氢-氘交换催化剂的实验研究中发现，在该反应体系中使用的天然丰度的磷酸、盐酸、醋酸等无机酸时，会造成无机酸中的H原子取代产物上的氘原子，造成同位素利用率的降低。且文献中对于丙酮的H/D交换反应过程中的反应温度等基础条件也未见报道。国内也尚未检索到有关稳定同位素D标记丙酮的合成方法的专利报道。

研究内容

本研究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反应过程简单、同位素利用率高的稳定同位素D标记丙酮的合成方法。

利用稳定同位素标记重水为同位素原料，在碱性催化剂作用下反应一定时间，与天然丰度丙酮进行氢-氘交换，纯化后得到稳定同位素D标记丙酮，具体采用以下步骤：

在装有磁力搅拌、温度计和回流冷凝器的三口烧瓶中，加入碱性催化剂和重水，使碱性催化剂保持在一定的摩尔浓度范围，然后升温至一定反应温度，搅拌状态下，加入丙酮，保温反应3～12小时，然后经精馏分离纯化，上述步骤共进行3-15次，制备得到稳定同位素氘标记丙酮。

所述的重水为氘同位素丰度为99.5atom％D～99.9atom％D的重水；

碱性催化剂为对硝基苯酚钠、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钾、氘氧化钾、氘氧化钠、亚硫酸钠、醋酸钠或碳酸钠的一种。

作为优选的实施方案，采用的碱性催化剂为氘氧化钠、亚硫酸钠、醋酸钠或碳酸钠中的一种。

碱性催化剂的浓度为0.05mol/L～0.1mol/L；

所述的重水与丙酮的摩尔比为3∶1～25∶1；

所述的反应温度为20℃～60℃，反应温度低于20℃，丙酮与重水的氢氘交换反应速度慢，效率较低；当反应温度超过60℃时，丙酮会发生烯醇化，并且会聚合生成絮装沉淀，使产品丰度稀释、产量降低。

相对于传统催化剂碳酸钾而言，碳酸钠等催化剂在催化效果和便宜易得方面有着明显的优势，同时也易于干燥，反应过程中不会引入造成同位素丰度稀释的活泼氢，与现有技术相比，本制备方法具有以下优点：

(1)所用的氘氧化钠、亚硫酸钠、醋酸钠、碳酸钠相对于传统的催化剂碳酸钾来说有明显的催化优势，由于钠离子半径较小，有效核电荷稍高，因此钠盐比钾盐更容易与重水结合，使其中的氘元素参与反应；

(2)操作过程简单，反应条件温和，适用于稳定同位素标记试剂的合成；

(3)有着原料损失少，收率高的特点，收率可达85％以上，节约用料成本；

(3)所得的稳定同位素氘标记丙酮产品化学纯度99％以上，氘同位素丰度99.5atom％D以上；

(4)比传统的21次交换工艺更加简便，传统工艺采用蒸馏的方法将丙酮与重水分离，而新工艺采用精馏的方法分离，可以提高每次交换时丙酮的纯度，前一次交换过后的低丰度重水不会对新添加的重水造成丰度稀释，因此采用新的H-D交换工艺只需要进行3～15次交换即可，具有良好的经济性和实际应用价值。