多种类5～9溴间位羟基/甲氧基多溴联苯醚合成方法的开发研究

摘要

多溴联苯醚（Polybrominated diphenyl ethers, PBDEs）自20世纪70年代起就作为添加型阻燃剂（Brominated flame retardants， BFRs）被广泛地应用于纺织品、塑料泡沫、电器、电子设备等产品之中。尽管目前已被确定为持久性有机污染物，但鉴于其价格便宜，阻燃性能好，仍在被大量使用。PBDEs在生产、使用和废弃处置等过程都会不同程度地释放到环境中，并沿食物链逐级放大和中远距离迁移，导致全球性的污染，对环境与人类有着极其严重的危害。目前在空气、水体、土壤、沉积物、生物和人体内都已检测到了PBDEs的存在。
　　 代谢决定了PBDEs污染物在生命体中生物累积性和毒性，研究已发现PBDEs代谢物比PBDEs原型具有更大的毒害性。因此开展PBDEs在生物体内的代谢研究就变得尤为重要。目前在老鼠、鱼、鸟、哺乳动物甚至人体内已发现了HO-PBDEs代谢物。这些研究发现，PBDEs在生物体内甚至人体内可进行代谢，形成OH/MeO-PBDEs，且代谢物的羟基/甲氧基主要位于联苯醚醚键的间位或对位，尤以间位为主。但对于OH/MeO-PBDEs代谢物进一步的研究却十分有限，究其原因就是缺乏该类物质的标样。
　　 目前，大部分代谢物研究工作的重要标样均由瑞典斯德哥尔摩大学的研究小组合成并提供。这些标样主要是低溴数(3～5Br)的OH/MeO-PBDEs代谢物，在环境研究中已被广泛使用。但是对于更高溴代数(6～9Br)的OH/MeO-PBDEs代谢物的合成，迄今为止尚未见报道。标样的匮乏，严重阻碍了PBDEs代谢物的研究发展，也间接影响对PBDEs（尤其是BDE-209）的风险评估。
　　 本文目的就是研究高溴代(5～9Br)间位羟基/甲氧基多溴联苯醚（m-OH/MeO-PBDEs）代谢物的制备方法，拟开发出通用性强、方法可行的优化合成路线及方法。鉴于溴原子（数目和位置）在二个苯环上的不同分布，总共有319个异构体分子，其中高溴代(5～9Br)的有160种。本文主要对部分5～7溴代和8～9溴代m-OH/MeO-PBDEs化合物的制备与合成方法进行了探索。通过利用环上取代基的定位效应，结合不同的溴化方法，实现了不同苯环上的选择性溴化。通过不同的组合，即可得到不同溴代数目、不同位置的各种异构体化合物，同时也开发了二种行之有效的高溴代m-OH/MeO-PBDEs代谢物的合成路线与方法。根据上述方法，本文研制合成了16个5～6溴代、8个8～9溴代（共24个）m-OH/MeO-PBDEs代谢物的标样化合物，采用柱分离和高效液相色谱法对产物进行分离提纯，并通过气-质联用色谱分析法(GC-MS)和C13和H1-核磁共振方法，对标样化合物进行结构表征，确定目标产物的分子结构与设计分子完全一致。
　　 论文在合成路线的设计过程中，充分运用苯环上氨基(-NH2)和硝基(-NO2)两种不同电子特性的基团，通过定位效应，控制苯环上溴原子的引入数量与位置了。另一方面，通过-NO2的还原，-NH2的重氮化与取代，可方便地转化为溴取代基(-Br)和氢原子(-H)，完成原料中C-N向目标产物C-Br或C-H的转化，成功地克服了在单一苯环上同时进行多溴代的技术难点，为高溴代m-OH/MeO-PBDEs代谢物分子的合成提供了新的途径与方法。同时也丰富了OH/MeO-PBDEs标样化合物的种类及制备方法。其为PBDEs代谢物的环境分布、毒理和稳定性研究提供了分析基础，解决了环境分析检测及生物毒理研究过程中标样匮乏这一瓶颈问题。