Tricloroacetimidati benzilici come agenti derivatizzanti per gli acidi fosfonici correlati agli agenti nervini mediante EI

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 21299 (2022) Citare questo articolo

918 accessi

1 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

Viene presentato l'uso di benzil tricloroacetimidati per la benzilazione dei marcatori degli agenti nervini dell'acido fosfonico in condizioni neutre, basiche e leggermente acide. Gli acidi fosfonici derivati ​​​​da benzile sono stati rilevati e analizzati mediante gascromatografia a ionizzazione elettronica-spettrometria di massa (EI-GC-MS). Gli acidi fosfonici utilizzati in questo lavoro includevano acido etil-, cicloesil- e pinacolil metilfosfonico, prodotti di idrolisi di primo passaggio degli agenti nervini rispettivamente etil N-2-diisopropilamminoetil metilfosfonotiolato (VX), ciclosarina (GF) e soman (GD). L'ottimizzazione dei parametri di reazione per la benzilazione includeva il tempo di reazione e il solvente, la temperatura e l'effetto dell'assenza o della presenza di acido catalitico. Le condizioni ottimizzate per la derivatizzazione degli acidi fosfonici specificatamente per la loro benzilazione, includevano acido neutro e catalitico (< 5% in moli e benzil 2,2,2-tricloroacetimidato in eccesso accoppiati al riscaldamento della miscela a 60 °C in acetonitrile per 4 ore. Mentre le condizioni neutre per il metodo si sono rivelate efficienti per la preparazione degli esteri p-metossibenzilici degli acidi fosfonici, il processo acido-catalizzato sembrava fornire rese dei prodotti molto inferiori rispetto alla sua controparte benzilica. L'efficienza del metodo è stata testata nella derivatizzazione e identificazione dell'acido pinacolil metilfosfonico (PMPA) come suo estere benzilico quando presente a una concentrazione di ~ 5 μg/g in una matrice del suolo descritta nell'Organizzazione per la proibizione delle armi chimiche (OPCW) 44a prova valutativa (PT). Inoltre, il protocollo è stato utilizzato per il rilevamento e l'identificazione del PMPA quando addizionato a una concentrazione di ~ 10 μg/mL in una matrice liquida ricca di acidi grassi presentata durante il 38° OPCW-PT. Il derivato benzilico del PMPA è stato parzialmente corroborato con la libreria spettrale NIST interna dello strumento e con il database analitico centrale dell'OPCW (OCAD v.21_2019), ma identificato in modo inequivocabile attraverso il confronto con uno standard autentico sintetizzato. I valori MDL (LOD) del metodo per gli acidi benzilico e p-metossibenzil pinacolil metilfosfonico sono stati determinati rispettivamente a 35 e 63 ng/mL, mentre il limite di quantificazione (LOQ) del metodo è stato determinato rispettivamente a 104 e 189 ng/mL nella matrice del suolo OPCW-PT valutata.

Recentemente, l'uso deliberato di agenti nervini a base di organofosforo (OPNA) in tentativi di omicidio riusciti e falliti nel mondo1,2,3, ha portato a una ripresa degli sforzi di ricerca verso lo sviluppo di contromisure mediche contro queste sostanze chimiche letali4,5,6 , metodi per la loro decontaminazione7,8 e modi alternativi più efficaci per la loro analisi e rilevamento mediante vari metodi analitici9,10. Nell’ambito degli OPNA, gli agenti delle serie G e V rappresentano uno degli agenti storicamente più comunemente impiegati sia all’interno che all’esterno dei conflitti militari. Tre importanti eventi mondiali che ne illustrano l'uso contro obiettivi civili sono l'uso del Sarin durante l'attacco alla metropolitana di Tokyo11,12, l'attacco chimico di Ghouta in Siria13,14 e l'uso del VX nell'assassinio di Kim Jong Nam all'aeroporto di Kuala Lumpur in Malesia15. Gli agenti nervini possono essere rilevati mediante GC-MS nella loro forma intatta, poiché sono liquidi a temperatura ambiente e quindi volatili se sottoposti alle alte temperature nello strumento. Ora, anche se alcuni agenti nervini godono di profili di stabilità più pronunciati rispetto ad altri, il meccanismo attraverso il quale tutti questi si degradano, in condizioni basiche o ossidative, è abbastanza prevedibile16. Di conseguenza, tutti gli OPNA appartenenti alle serie G e V subiscono un'idrolisi caratterizzata dalla scissione dei legami PF (ad esempio GD, GF) o P-CN (ad esempio GA) negli agenti a base G mentre la maggior parte dei la via idrolitica per gli agenti della serie V (ad esempio VX, VR) comporterà la scissione del legame P–S16,17,18. L'evento di idrolisi porta alla formazione di semiesteri dell'acido metilfosfonico che, grazie alla loro relazione immediata con l'agente nervino, sono diventati una delle specie più studiate nel campo dell'analisi della guerra chimica anche da GC–MS19,20 (Fig. 1a). come nell'analisi della firma di attribuzione chimica degli OPNA mediante vari metodi analitici21,22,23,24. Tuttavia, il rilevamento diretto di questi prodotti di idrolisi è problematico a causa della loro bassa volatilità, motivo per cui sono stati sviluppati diversi metodi per la loro derivatizzazione che includono la sililazione25,26 e l'alchilazione sotto forma di metilazione27,28,29,30 e benzilazione31,32. Questi metodi si sono rivelati strumenti chimici essenziali nel campo dell'analisi dei prodotti di degradazione GC-MS e OPNA e come tali hanno goduto di numerose iniziative di ricerca nello sviluppo di agenti di derivatizzazione efficienti per la loro riuscita analisi GC-MS16. Un metodo in particolare, la benzilazione, è diventato una reazione di derivatizzazione di base per gli acidi fosfonici fornendo addotti che conferiscono all'acido fosfonico un peso molecolare più elevato e quindi un tempo di ritenzione più lungo nella colonna nonché una maggiore volatilità33. Il metodo consolidato per l'introduzione del gruppo benzilico prevede l'uso di una base, solitamente carbonato di sodio o di potassio, per deprotonare l'acido fosfonico seguito dalla reazione con un alogenuro benzilico (ad esempio, bromuro di benzile) con riscaldamento notturno a 70 °C34 (Fig .1b). Questa reazione è efficiente e funziona bene in condizioni basiche, il che potrebbe creare alcuni problemi quando si ha a che fare con specie sensibili alle basi presenti in una matrice che potrebbero essere correlate a un altro agente di guerra chimica di interesse. A tal fine, un protocollo per la benzilazione degli acidi fosfonici che coinvolga condizioni neutre o leggermente acide potrebbe fornire agli analisti un modo alternativo per introdurre la porzione benzilica negli acidi fosfonici. Il metodo qui presentato utilizza due reagenti, benzil- e p-metossibenzil-2,2,2-tricloroacetimidato, per la formazione di esteri benzilici di acidi fosfonici correlati agli OPNA (Fig. 1c).