Tổng hợp các hợp chất đánh dấu bằng đồng vị phóng xạ

Danh pháp các hợp chất đánh dấu cho thông tin về đồng vị, được đưa vào trong các phân tử, và về vị trí của nó trong các phân tử đó.. Ví dụ axit Propionic - 14C đánh dấu đều bao gồm hỗn h

Trong thực tế sản xuất có ý nghĩa hơn cả là phương pháp tổng hợp trực tiếp, sinh tổng hợp và tổng hợp trao đổi đồng vị

Sự tổng hợp các chất phóng xạ có những đặc điểm riêng của mình Không phải bất kỳ hợp chất nào cũng thuận lợi dùng làm chất đầu để tổng hợp chất mà chỉ có các hợp chất nhận được trong quá trình sản xuất đồng vị đưa vào trong các hợp chất mới được sử dụng Lượng chất sử dụng để tổng hợp ít bởi vì lượng các đồng vị phóng xạ tham gia vào các phản ứng bị hạn chế, còn sự pha loãng bằng các chất không hoạt tính thường không cho phép bởi vì khi đó nó làm giảm hoạt tính riêng của sản phẩm phản ứng khi phản ứng cần phải tính toán đến khả năng phân huỷ phóng xạ của chất dưới tác dụng phát xạ đặc biệt Con đường tổng hợp cần phải ngắn nhất với khả năng không có phản ứng phụ dần đến sự mất mát đồng vị phóng xạ sự tổng hợp cần phải tiến hành trong điều kiện đúng quy tắc kỹ thuật, không nguy hiểm khi làm việc với các chất phóng xạ (các máy móc phải kín, buồng cách ly và tủ hút đặc biệt để làm việc với các chất phóng xạ phải có các tấm bảo vệ; cần phải tiến hành thí nghiệm "trắng" nghĩa là thí

nghiệm không có các chất phóng xạ, các thực nghiệm hoàn nguyên với các chất phóng xạ)

Danh pháp các hợp chất đánh dấu cho thông tin về đồng vị, được đưa vào trong các phân tử, và về vị trí của nó trong các phân tử đó Axit photphoric được đánh dấu bằng đồng vị phóng xạ 32P được gọi là Axit photphoric 32P và công thức của nó được viết như sau H332

PO4, nguyên tử đánh dấu được ký hiệu bằng

số khối của nó nằm ở phía trên bên trái nguyên tố đó

Nếu trong phân tử chứa một vài các nguyên tố giống nhau thì việc gọi các hợp chất và công thức theo vị trí các nguyên tử đồng vị Ví dụ axit Propionic-2-

14

C: CH3

14

CH2COOH chưa đồng vị 14C ở vị trí  Phân tử có thể được đánh dấu

ở tất cả các vị trí của các nguyên tử Nếu chất khí đó có hoạt tính riêng giống nhau trong tất cả các vị trí được đánh dấu thì hợp chất đó được gọi đánh dấu điều Axit Propionic đánh dấu đều được viết như sau Axit pronic 1,2,3- 14

C hay giản axit propionic - 14C Nếu hoạt tính riêng phân ở các vị trí khác nhau mà khác nhau thì hợp chất như thế gọi là hợp chất đánh dấu nhiều lần Sự đánh dấu nhiều lần có thể được thực hiện bởi cùng một loại đồng vị hay là cùng với đồng

vị khác của cùng một nguyên tố hay là một vài nguyên tố khi hoạt tính riêng nhỏ, thực tế trong phân tử chỉ có một nguyên tử phóng xạ

Ví dụ axit Propionic - 14C đánh dấu đều bao gồm hỗn hợp phân tử có thành phần đồng vị tự nhiên và số phân tử CH3CH214COOH, CH314CH2COOH,

Tổng hợp các chất phóng xạ chưa một vài nguyên tử (của cùng một

nguyên tố) không đẳng giá về hoá học cần phải có sơ đồ mà các đồng vị phóng

xạ chiếm các vị trí xác định trong phân tử

2 Tổng hợp hoá học trực tiếp tổng hợp chất đánh dấu 14

C:

Hợp chất đầu để tổng hợp các hợp chất hữu cơ chứa 14C, là Ba14

CO3 tạo thành khi sử dụng beruli nitrit được chiếu trong lò phản ứng hạt nhân

Từ Bari các bonat nhận được năm hợp chất góc là các chất đầu để tổng hợp tất cả các hợp chất hữu cơ cổ điển cơ bản

3

K14CN (Na14ON) Hợp chất này cũng nhận được khí khử cacbonđioxyt - 14C bằng kali trong amoniac cũng như khi tác dụng Baricacbonat - 14C với KN3

Ba14CO3  KN 3

K14CN Xyanamit 14C nhận được khí tương tác giữa amoniac với cacbonat - 14C ở

Việc khử Bari Cacbonnat - 14C bằng magiê dẫn đnế việc tạo thành

Baricacbua 14C, khi phân huỷ nó bằng nước tạo thành axety-len - 14C đánh dấu đều

Ba14CO3  Mg

Ba14O2 H 2O 14

C2H2

Rượu metyl - 14C nhận được khi tác dụng 14

CO2 với lit === hydria

14

CO2  LiAlH 4 14

CH3OH Chúng ta xét việc điều chế các hợp chất hữu cơ đánh dấu cổ điển quan trọng nhất

Các axit hữu cơ, đánh dấu trong nhóm cacbohyl có thể nhận được bằng phương pháp tổng hợp cacrinha chất đầu là cacbon đioxyt 14

C

RMgI + 14CO2  H2O

R 14COOH Bằng sự tương tác giữa cacbon dioxyt 14C với hợp chất cơ liti

Rli + 14CO2   R14COOLi + R14COOH Bằng sự tương tác giữa kiềm với nitrin 14C, các nitron này là dẫn xuất của kali xyamia 14C

R14CH   NaOH

R 14COOH Tuỳ theo cấu trạo của các gốc bằng phương pháp này chúng ta có thể điều chế được các axit cacboxylic, oxy axit, amino axit

Axit Formic 1- 14C nhận được gián tiếp từ Kalixy-anua - 14

C theo phản ứng

K14CN + H2O  150   0C

H14COOK   H3PO 4

H 14COOH Hay là khi khử Natri bicacbonat 14C bằng hydrô với platin làm xúc tác trong dung dịch dưới áp suất 2 Goaim ở 800

C

NaH14CO3 H 2  Pt

H14COONa   H3PO 4

H 14COOH Aminoaxit - 14C (ghixin, alanin, có thể nhận được từ axit cacbonxylic 14

C theo sơ đồ sau:

R14COOH 2

2

Br PCl

 R' Br 14

COOH NH OH 4 R' NH2

14

COOH

Sự trùng ngưng các lste, ví dụ 1ste axit brompropionic với

đietylphtalamino, sau đó thuỷ ngân sản phẩm trùng ngưng bằng axit clohyđric cũng tạo thành các amonaxit ở ví dụ trên tạo thành axit glutamic 1- 14

R I RmgI R* COOH

H2O Axít axetic đánh dấu đều có thể nhận được bằng cách oxy hoá anhyđrit axetic đánh dấu đều được điều chế từ axetylen

O

H214C2 14CH3 14 C K2S2O8 14CH3 14COOH

H Hay theo sơ đồ

PBr3 SOCL2PCL5 PCL3

Rượu đánh dấu 14C trong vị trí α nhận được bằng cách khử các axít cacboxylic bằng liti nhôm hyđrita

LiALH4

R 14COH R 14CH2OH Hay là khi tác dụng hơi nước lên Natri xyanua 14

C

H2O

Na 14CH H 14CO Na 14 CH3OH Rượu 14C có thể thu được bằng cách hyđro hoá khi đun nóng các este phưc tạp dưới áp suất cao

C

14R COHaL + R’ OH RCOOR’ + HhaL

NH3 Axít hữu cơ 1-14

C

14

CH3NH2 HCL 14 CH3 N2

Xyamait 14C là hợp chất gốc quan trọng tổng hợp các hợp chất đánh dấu

14C dùng để tổng hợp uree, thiure và các hợp chất đi vòng

Đến lượt mình thiurê 14C là chất đầu để tổng hợp các hợp chất phức tạp và quan trọng ví dụ các bazo pirinic, ađê-min 8-14

C, xytozin – 2-14C, v.v…

CH3 – CH - OOOC2H5

Chất đầu để điều chế đường và các poLime trên cơ sở formaeđehyt là anhgdritformic

Sự tổng hợp môiôxackharin được thực hiện bằng cách làm tăng số nguyên

tử cácbon trong nhôm andehyt khi ngưng tụ Natri (Kali) xyanua 14C theo sơ đồ

Na14CN R’ 14

CN RCHO

R’14

CN R’CONH2

R’14

CONH2 R’COOHR’14

COOH R’ 14 CO R’14

CO Hổn hống R’ 14

CHO

O Natri Bằng cách như vậy, ví dụ từ arabinoza nhận được gllcôza

Các hyđrô cacbon đóng dấu 14C nhận được từ axetilen 14C hay là rượu 14

C hyđrô hoá, ví dụ nhận được chất ngưng tụ từ axetilen 14C có (iso – O4H9)3 6L- TiCL4

Trên hình 172-17.6 người ta đưa ra các sơ đồ điều chế các hợp chất đánh dấu 14C từ các hợp chất gốc TỪ các sơ đồ đã nêu trên rằng các hợp chất phức tạp Con đường điều chế chúng trở nên phức tạp, số giai đoạn phản ứng và đương nhiên giá trị cũng phức tạp

ĐÁNH DẤU CÁC HỢP CHẤT ĐÁNH DẤU TRITI

Trong sản xuất, Triti được điều chế ở dạng uran hyđrua hay là nước triti Trong uran hyđrua tritin nằm ở trạng thái không có tạp chất Prôti, nước triti để tránh sự phân huỷ rõ rệt của nó dưới tác, dụng phát xạ đặc biệt của triti, nó đuợc trộn lẫn với nước thường Hàm lượng triti trong nước vào khoảng 200-250 /ml Phương pháp cơ bản đưa triti vào các phân tử hữu cơ bằng sự tổng hợp hoá học trực tiếp hay là phương pháp hyđrô hoá với sự hyđrat hoá dưới tác dụng của nước triti

Hyđrô trong phân tử các chất hữu cơ kết hợp với oxy, lưu huỳnh, Nitơ, v.v… rất linh động Việc đưa chất phóng xạ (Tri –ti) vào các phân tử đồng thời với hyđrô linh động đối với mục đích hoá học trong đa số các trường hợp không cần thiết bởi vì trong quá trình sử dụng các hợp chất đánh dấu, triti linh động bị mất mát đo sự trao đổi đồng vị Bởi vậy những hợp chất đó không được sử dụng

để nghiên cứu cơ chế và đông học của phẩn ứng học học Ngoài ra sự điều chế Triti các hợp chất có dễ dàng được thực hiện bằng trao đổi đồng vị

Hyđrô kém linh động nằm trong các hợp chất hyđrô các bon an đehyt gốc hyđrô các bon của các hợp chất khoá, bởi thế bài toán cơ bản đưa triti vào phân

tử các hợp chất bằng tổng hợp hoá học là việc điều chế hyđrô cácbon

Các hyđrô các bon có thể nhận được bằng cách hyđrô hoá cách hyđrô cácbon khác nhau có liên kết hai hoặc ba bằng tri phân tử hay là triti mới sinh

H2 C3H4

Ngoài ra metan 3H được điều chế từ nước triti dưới tác dụng của AL4C3

AL4O3 3

H2O C3H4

Sự thuỷ ngân các dẫn xuất halogenua hyđrô cácbon và các hợp chất cơ kim bằng nước triti dẫn đến việc tạo thành hyđrô cácbon

Mg 3H2O ROH2Br RCH2MgBr RCH2

3

H

3H2O

R3CK R3C3H Khi hyđrat hoá các anđehyt của các axít hữu cơ bằng nước triti tạo thành các axít hữu cơ chứa triti ở vị trí linh động đó là nhóm hyđroxyl

(CH3CO)2 O + 3H2O 2CH3COO3H Khi tác dụng hơi nước triti lên axeti đến với HgSO4 làm xúc tác có thể nhận được anđehytaxetic – 3H đánh dấu đều

LiAl3H4

CH3 COOC2H5 CH3 CH 3HOH

LiAl3H4

CH3 COOH3 CH3 CH 3HOH Metanol – 3H cũng có thể điều chế theo sơ đồ sau:

HaL

R*H R* HaL Người ta điều chế các Polyme đánh dấu triti trên cơ sở forandohyt và các hợp chất khác, khi polỉm hoá axetilen -3H foranđehyt … thu được Begen – 3

H, naphtalen – 3H fluoren – 3H – Inđen – 3H

Việc điều chế các chất cá biệt chứa triti, các hợp chất tự nhiên quan trọng thực tế rất phức tạp không thảo luận ở đây

Barisunfát – 35S là chất đầu để điều chế hyđrô sunfua -35S và từ đó người

ta thu được các sunfua kim loại – 35

S

Từ hyđrôsunfua-35S cũng như vậy người ta điều chế được lưu huỳnh nguyên tố, còn từ 35S người ta điều chế được sunfua, natrihiounfat-35

S

Natrihiounfat-35S, phốt photri – sunfua-35S, rođanua-35

S, thiopdiclorua-35S phốtpho pentaclorua-35s (hình 177)

Hợp chất cơ bản để điều chế tổng hợp các hợp chất hữu cơ chứa 35+s là thiol

Để thu được có thể dùng cách tác dụng tác nhân Grinha trong benfen lên 35

s

35

C4H9MgBr C4H935SMgBr C4H935SH

Phương pháp khác là tác dụng Natrihiounfat-35S lên các dẫn xuất halogenua hữu

cơ trong môi trường rượu

Bri sunfát

Bri sunfua

Hyđrô sunfua

Lưu huỳnh nguyên tố

Thiouree

Sunfua các kim loại nặng

Thiol 35S có thể sử dung để tổng hợp các hợp chất hữu cơ khác chứa 35S, ví

dụ benzenxyctin 35S hay là xyclo hexyl – metylsimfua 35

S

CH2CHOOC3H5

NH CO C6H5

C6H5CH235SH C6H5CN235 SCH2CH COOH

NH2

Khi tương tác hyđrosunfua -35

S với xyanamit tạo thành hợp chất gốc quan trọng – thiourê 35

S

H2 35

S CNNH2 H2N C NH2

Việc đưa 35S vào phân tử chứa nhóm CN có thể chứng minh bằng ví dụ tạo thành thiobenfamin -35

Phản ứng cácbuasunfua – 35S với amin xảy ra với việc tạo thành đi sunfua –

35S Ví dụ tạo thành đietylthio các bamat- 35

Việc điều chế các hợp chất halogennua hữu cơ chứa các đồng vị phóng xạ

có thể tiến hành bằng cách halogen hoá với các điều kiện phù hợp của các hợp chất hữu cơ nào đó bằng các halogen phân tử hay là axit hyđrôhalogen

Các halogen đặc biệt dễ dàng đưa vào ngoài vòng benzen và các hợp chất khác

cơ cấu trục tương tực nó

Iot phóng xạ có thể đưa vào trong phân tử các hợp chất hữu cơ bằng tác dụng

Axít octphôphat -32P là chất đầu để điều chế phân bốn phatphp -32P (muối của các oxitphotpho -32P) este và muối của axít photpho -32

P

Hợp chất gốc để đƣa phốtpho phóng xạ vào phân tử các chất hữu cơ là

Phốtpho triclorua

Phốtpho Pentaclorua

Phốtpho Penta sunfua

Phốtpho thio Tri - CLORUA

Phốtpho Y clorua

Natritetro

Thiophotphat

Phân lân

Axit Phốt phoric

Sufe phốt phat

Phốt pho Pentaoxýt Kali Đi

phốt phát

Hình 17.8

Sơ đồ tổng hợp các hợp chất đánh dấu 32

P

$ 3 - TỔNG HỢP BẰNG TRAO ĐỔI ĐỒNG VỊ

Trao đổi đồng vị được sử dụng rộng rải để đưa đồng vị phóng xạ vào phân

tử các hợp chất cổ điển khác nhau Để tiến hành tổng hợp cần phải đạt được sự tiếp xúc hai chất trao đổi và sau đó phân phia chúng Ứng dụng của trao đổi đồng vị đặc biệt quan trọng khi đưa các nguyên tử phóng xạ vào các hợp chất phức tạp khó điều chế bằng phương pháp tổng hợp hoá học trực tiếp

Nếu các nguyên tử phóng xạ bằng trao đổi đồng vị đi vào trong các hợp chất chứa một vài nguyên tử có khả năng trao đổi thì xảy ra sự đánh dấu đều trong tất cả các vị trí khi các nguyên tử liên kết trong phân tử cùng một giá trị và xảy ra sự đánh dấu không đều theo hoạt phân tử không cùng một giá trị phương pháp trao đổi đồng vị thường không cho phép tiến hành đánh dấu theo hệ thống

vị trí được ghi đó là nhược điểm của phương pháp này (tính riêng trong trường hợp liên kết của các nguyên tử trong)

Phương pháp trao đổi đồng vị được sử dung rộng rãi để điều chế các hợp chất đánh dấu bằng các đồng vị phóng xạ của halogen Halogen phân tử, axít hyđro halogenua và các muối của chúng dễ dàng tham gia vào phản ứng trao đổi

đồng vị với các dẫn xuất halogenua của hyđrô các bon trong dung dịch và trong hợp kim

RHaL + HaL2 RHaL + HaL HaL RHaL + Me Hal RHaL +MeMaL

Ví dụ khi đun nóng 3acbromua -82Br với etylbromua nhân được etylbromua-82

Br

C2H5Br + Af32Br C2H582Br + AgBr Bằng sự trao đổi đồng vị giữa Li36CL với dãy ankyLalorua ( ), trong dung dịch rượu nhận được các ankyIorua đánh dấu 36CI Việc điều chế CloBengen -32CI, được thực hiện bằng trao đổi với Li36CI ở nhiệt độ thường có oxyt đồng làm xúc tác Phản ứng trao đổi giữa các dẫn xuất halogen hữu cơ với nhôm clorua xảy ra đặc biệt tốt

Phản ứng trao đổi giữa hai hợp chất hữu cơ của halogen có thể xảy ra trong chất nóng chảy hay là giữa hai pha Ví dụ việc đưa brom phóng xạ vào antimobromua tạo thành và natri bromua-82

Br rắn ở nhiệt độ cao Sau khi trao đổi antimobromua -82

Đặc biệt thành công đối với sự trao đổi hyđrô được thực hiện giữa các hợp chất hữu cơ và phức 3

HH2PO4 RH3

RH + 3HH2PO4.B.F3 R3H +H3 PO4.B.F3

Việc tổng hợp Cloroformie -3H xảy ra ở 560C trong dung dịch KOH có thể

là ví dụ cho sự trao đổi kiềm

Khác với đơtri, triti khi tiếp xúc các phân tử của nó với các hợp chất hữu

cơ, nó kéo hyđrô và với lực như thế một trong các nguyên tử trong phân tử phân

rã , nguyên tử thứ hai của triti nằm ở trạng thái kích thích và tham gia vào phản ứng trao đổi đồng vị Phương pháp này có thể điều chế được các hợp chất thiên nhiên đánh dấu triti phức tạp nhất

Tuy nhiên do tác dụng phát xạ của triti xảy ra sự xa phân các chất hữu cơ

và sản phẩm nhận được cuối cùng bị nhiễm bẩn bởi hổn hợp phức tạp các sản phẩm phản ứng triti với các sản phẩm xa phân các phân tử ban đầu

nó đóng chắc vào mạch phân tử, những vẫn có khả năng tổng hợp các hợp chất hữu cơ đánh dấu 14C bằng trao đổi đồng vị Con đường đầu tiên đưa 14C vào trong các phân tử hữu cơ là con đường tantome hoá, con đường thứ hai là trao đổi gốc Với việc trao đổi14C giữa gefeoza và forandehyt -14

C qua tanlomehoa nhận được glucofa-14C Trong phản ứng này khi tantome hoá, nhóm anđehyt của glucoza được trao đổi với forman-dehyt-14C.Tương tự người ta nhận được

fruetoza-14C, aralinoza-14C galactoza-14C với việc trao đổi gốc giữa các hợp chất cơ kim cấu tạo khác nhau có thể nhận được, ví dụ hợp chất cơ thuỷ ngân đánh dấu14

Kalixyanua trao đổi các bon với cacbon đioxyt 14C và các –bonát kim loại

-14C kim loại kiềm và kiềm thổ, khi đó kết quả tốt nhất đạt được là sự trao đổi với cácbon đioxyt

sự trao đổi với lưu huỳnh nguyên tố -35S ở nhiệt độ cao

Trao đổi đồng vị được sử dụng để lưu huỳnh phóng xạ vào các phân tử hữu cơ Thiourê và các dẫn xuất của nó có thể điều chế bằng cách đun nóng chúng với lưu huỳnh -35S nguyên tố

Đồng thời phải kể đến khả năng tổng hợp chất cơ kim bằng trao đổi đồng

vị, ví dụ hợp chất cơ thuỷ ngân được thực hiện theo phản ứng kiểu;

HgH2 +203HgHal2 203Hg R2 +HgHal2

Hay là sự tổng hợp hợp chất của chì

210

PbR4 +PbR2Ha2 PbR4 + 210 PbR2Hal

Cơ thể của phản ứng này được mô tả trong chưong 1

Trao đổi đồng vị trong hàng loạt trường hợp là một trong số các giai đoạn tổng hợp hoá học trực tiếp và dùng dể điều chế các sản phẩm trung gian nào đây

Nó được sử dụng để làm giảm số giai đoạn tổng hợp hoá học

$4: - TỔNG HỢP SINH HỌC