文|秦瀚
编辑|秦瀚君
呋虫胺是由日本三井化学公司开发的第三代新型烟碱类杀虫剂，属于呋喃类衍生物，具有良好的农药活性，广泛用于谷物、蔬菜、瓜果等经济作物的病虫害防治。研究发现，呋虫胺在植物体内代谢产生1-甲基-3-（四氢-3-呋喃甲基）脲［1-methyl-3-（tetrahydro-3-furylmethyl）urea，UF］和1-甲基-3-（四氢-3-呋喃甲基）二氢胍盐［1-methyl-（tetrahydro-3-furylmethyl）guanidiumdihydrogen，DN］等物质，结构式如下。
世界粮农组织/卫生组织农药残留联合会议（JointFAO/WHOMeetingonPesticideResidues，JMPR）指出，植物源产品中用于制定呋虫胺的最大残留限量（MaximumResidueLimit，MRL）仅需要考虑呋虫胺母体农药，而膳食暴露风险评估则需要考虑呋虫胺及其代谢物UF和DN，以呋虫胺表示；动物源产品中用于制定呋虫胺的MRL和膳食暴露风险评估均需要考虑呋虫胺及其代谢物UF，以呋虫胺表示。
2021年我国新发布的食品安全国家标准《食品中农药最大残留限量》中也规定了检测动物源性食品中呋虫胺的残留量时，需同时检测呋虫胺及其代谢物UF，以两者之和作为呋虫胺的残留量。
目前，对于呋虫胺及其代谢物的检测主要采用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）法［8-10］，涉及的作物主要包括谷物［11-13］、蔬菜［14-15］、水果［16-18］、烟叶［19］等。LC-MS/MS法在检测呋虫胺及其代谢物的残留量时需要用到相应的高纯标准品，呋虫胺和代谢物DN已有文献［20-21］报道合成方法，而呋虫胺代谢物UF的合成方法却没有文献报道，导致国内生产呋虫胺代谢物UF标准品的公司非常少，主要依赖进口，成本较高。本研究拟以N-甲基-1-咪唑甲酰胺和3-氨基甲基四氢呋喃为原料，在有机碱催化下一步反应得到呋虫胺代谢物UF，为呋虫胺及其代谢物的残留检测提供高纯标准品。
合成路线
呋虫胺代谢物UF的合成路线如下。
仪器与试剂
仪器：S10-3型恒温磁力搅拌器（上海司乐仪器有限公司）、Hei-VAP型旋转蒸发仪（德国Heidolph公司）、XT-4型显微熔点仪（美国PerkinElmer公司）、400MHz核磁共振谱仪（美国Bruker公司）、LC-20A型液相色谱仪（日本岛津公司）、GCTpremier型高分辨飞行时间气质联用仪（美国Waters公司）。
试剂：N-甲基-1-咪唑甲酰胺、3-氨基甲基四氢呋喃（分析纯，上海毕得医药科技股份有限公司）；二甲基砜（定量核磁内标试剂，TraceCERT®，Sigma-Aldrich）；三乙胺、吡啶、二氯甲烷、甲醇（色谱级，上海安谱实验科技股份有限公司）；层析硅胶填料（60Å，60~200μm，500m2/g，上海安谱实验科技股份有限公司）。
实验步骤
将1.25g（10mmol）N-甲基-1-咪唑甲酰胺和1.01g（10mmol）3-氨基甲基四氢呋喃溶于50mL二氯甲烷中，加入1.12g（11mmol）三乙胺作为催化剂，在25℃下搅拌反应18h，反应结束后，减压旋蒸去除溶剂，柱层析分离提纯［固定相为硅胶，洗脱剂V（二氯甲烷）∶V（甲醇）=10∶1，Rf=0.2］，得1.43g白色固体，即产品呋虫胺代谢物UF，收率90.5%，纯度98.6%。m.p.61~62℃，实验值：158.1057；C5H10N2O［2M-（CH2）2］+，理论值：130.0742，实验值：130.0738，鉴定为目标化合物。
分析表征
结构表征
呋虫胺代谢物UF的1HNMR和13CNMR谱图如图1，分析图中各化学位移处的出峰情况，符合呋虫胺代谢物UF的结构。此外，还对呋虫胺代谢物UF进行了高分辨质谱表征（TOF-MS，EI源），结果如图2。
可以看到质谱图中出现了呋虫胺代谢物UF的分子离子峰郭会m/z=158.1057（C7H14N2O2，［M］+），特征碎片离子峰m/z=130.0738（C5H10N2O2，［M-（CH2）2］+）。结合核磁和质谱数据可以确认得到的化合物结构为呋虫胺代谢物UF。
高效液相色谱（HPLC）纯度测试
对呋虫胺代谢物UF进行HPLC纯度测试。测试条件为，色谱柱：AthenaC18-WP（4.6mm×250mm，5μm）；流动相：V（甲醇）∶V（乙酸铵（10mmol/L））=10∶90；流速：1.0mL/min；检测器：DAD（210nm）；柱温：35℃。HPLC测试结果如图3，呋虫胺代谢物UF的纯度达98.6%（HPLC，归一法）。
定量核磁（q-NMR）纯度测试
对呋虫胺代谢物UF进行q-NMR测试，测试方法：分别称量19.82mg呋虫胺代谢物UF和21.95mg内标物（二甲基砜）置于样品瓶中，加入0.7mLCDCl3溶剂使其完全溶解，转移至核磁管内，进行核磁测试，测试结果如图4。
以呋虫胺代谢物UF结构中的甲基吸收峰和二甲基砜结构中的甲基吸收峰作为定量计算吸收峰，根据以下公式计算纯度：
式中：PX为样品的纯度；PStd为内标物二甲基砜的纯度，99.73%；IX为样品中甲基吸收峰的积分面积；IStd为内标物中甲基吸收峰的积分面积；NX为样品中甲基的质子数；NStd为内标物（二甲基砜）中甲基的质子数，6；MX为样品的分子量；MStd为内标物（二甲基砜）的分子量，94.13；m为样品的称量质量，mg；mStd为内标物的称量质量mg。
通过q-NMR测试结果计算得到呋虫胺代谢物UF的纯度为98.56%。将HPLC纯度和q-NMR纯度取平均值，可得呋虫胺代谢物UF的纯度为98.58%，四舍五入取值98.6%，以此作为呋虫胺代谢物UF的纯度值。
催化剂对收率的影响
分别加入1.12g（11mmol）三乙胺和0.87g（11mmol）吡啶作催化剂，其他条件同1.3，考察不同催化剂对呋虫胺代谢物UF收率的影响，结果如表1。
由表1可知，三乙胺和吡啶的催化效率相近，可选择任一种作为催化剂。
催化剂用量对收率的影响
以三乙胺为催化剂，其他条件同上，考察催化剂用量对呋虫胺代谢物UF收率的影响，结果如图5。由图5可知，随着三乙胺用量的增加，呋虫胺代谢物UF的收率逐渐增大，当三乙胺用量达到1.12g（11mmol）时，收率达到最大，继续增加三乙胺的用量，对收率基本没有影响。
所以，催化剂的用量为1.12g（11mmol）适宜，即n（催化剂）∶n（N-甲基-1-咪唑甲酰胺）=1.1∶1.0适宜，2.3反应温度对收率的影响以1.12g（11mmol）三乙胺为催化剂，其他条件同2.2，考察反应温度对呋虫胺代谢物UF收率的影响，结果如表2，由表2可知，反应在25℃下即可进行，而且收率已达90.5%，继续升高温度，对收率基本没有影响。所以，为降低能耗，反应温度25℃适宜。
反应时间对收率的影响
以25℃作为反应温度，其他条件同2.3，考察反应时间对呋虫胺代谢物UF收率的影响，结果如图6，由图6可知，随着反应时间的延长，呋虫胺代谢物UF的收率逐渐增大，当反应时间达到18h时，收率达到最大，继续延长反应时间，对收率基本没有影响。所以，反应时间为18h适宜。
报道了呋虫胺代谢物UF的合成方法，以1.25g（10mmol）N-甲基-1-咪唑甲酰胺和1.01g（10mmol）3-氨基甲基四氢呋喃为原料，1.12g（11mmol）三乙胺或0.87g（11mmol）吡啶作催化剂，在二氯甲烷溶剂中25℃反应18h，得到呋虫胺代谢物UF，收率90.5%，产品结构经1HNMR、13CNMR和TOF-MS确证，产品纯度98.0%以上（HPLC面积归一法和定量核磁法），该产品可以作为高纯标准品，用于呋虫胺及其代谢物的残留检测。
关注微信
