Benzyltrichloracetimidate als Derivatisierungsmittel für Phosphonsäuren im Zusammenhang mit Nervenkampfstoffen durch EI

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 21299 (2022) Diesen Artikel zitieren

918 Zugriffe

1 Altmetrisch

Details zu den Metriken

Die Verwendung von Benzyltrichloracetimidaten zur Benzylierung von Phosphonsäure-Nervenkampfstoffmarkern unter neutralen, basischen und leicht sauren Bedingungen wird vorgestellt. Die von Benzyl abgeleiteten Phosphonsäuren wurden mittels Elektronenionisationsgaschromatographie-Massenspektrometrie (EI-GC-MS) nachgewiesen und analysiert. Zu den in dieser Arbeit verwendeten Phosphonsäuren gehörten Ethyl-, Cyclohexyl- und Pinacolylmethylphosphonsäure, First-Pass-Hydrolyseprodukte der Nervengifte Ethyl-N-2-diisopropylaminoethylmethylphosphonothiolat (VX), Cyclosarin (GF) bzw. Soman (GD). Die Optimierung der Reaktionsparameter für die Benzylierung umfasste Reaktionszeit und Lösungsmittel, Temperatur und den Einfluss der Abwesenheit oder Anwesenheit von katalytischer Säure. Die optimierten Bedingungen für die Derivatisierung der Phosphonsäuren speziell für ihre Benzylierung umfassten sowohl neutrale als auch katalytische Säure (< 5 Mol-%) und Benzyl-2,2,2-trichloracetimidat im Überschuss, gekoppelt mit dem Erhitzen der Mischung auf 60 °C in Acetonitril für 4 Std. Während sich die neutralen Bedingungen der Methode für die Herstellung der p-Methoxybenzylester der Phosphonsäuren als effizient erwiesen, schien das säurekatalysierte Verfahren im Vergleich zu seinem Benzyl-Pendant deutlich geringere Produktausbeuten zu liefern. Die Effizienz der Methode wurde bei der erfolgreichen Derivatisierung und Identifizierung von Pinacolylmethylphosphonsäure (PMPA) als Benzylester getestet, wenn sie in einer Konzentration von ~ 5 μg/g in einer Bodenmatrix vorhanden ist, die in der Organisation für das Verbot chemischer Waffen (OPCW) aufgeführt ist. 44. Eignungsprüfung (PT). Darüber hinaus wurde das Protokoll beim Nachweis und der Identifizierung von PMPA verwendet, wenn es mit einer Konzentration von ~ 10 μg/ml in eine fettsäurereiche flüssige Matrix versetzt wurde, die während der 38. OPCW-PT vorgestellt wurde. Das Benzylderivat von PMPA wurde teilweise mit der internen NIST-Spektralbibliothek des Instruments und der zentralen Analysedatenbank der OPCW (OCAD v.21_2019) bestätigt, aber durch Vergleich mit einem synthetisierten authentischen Standard eindeutig identifiziert. Die MDL-Werte (LOD) der Methode für die Benzyl- und die p-Methoxybenzylpinacolylmethylphosphonsäure wurden mit 35 bzw. 63 ng/ml ermittelt, während die Quantifizierungsgrenze (LOQ) der Methode mit 104 bzw. 189 ng/ml ermittelt wurde in der OPCW-PT-Bodenmatrix ausgewertet.

In jüngster Zeit hat der absichtliche Einsatz von Organophosphor-basierten Nervenkampfstoffen (OPNAs) bei erfolgreichen und gescheiterten Attentatsversuchen weltweit1,2,3 zu einer Wiederbelebung der Forschungsanstrengungen zur Entwicklung medizinischer Gegenmaßnahmen gegen diese tödlichen Chemikalien geführt4,5,6 , Methoden zu ihrer Dekontamination7,8 und effektivere, alternative Wege zu ihrer Analyse und Erkennung durch verschiedene Analysemethoden9,10. Im Rahmen der OPNAs gehören die Agenten der G- und V-Serie zu den Agenten, die in der Vergangenheit sowohl innerhalb als auch außerhalb militärischer Konflikte am häufigsten eingesetzt wurden. Drei wichtige Weltereignisse, die ihren Einsatz gegen zivile Ziele veranschaulichen, sind der Einsatz von Sarin während des U-Bahn-Angriffs in Tokio11,12, der Chemieangriff in Ghouta in Syrien13,14 und der Einsatz von VX bei der Ermordung von Kim Jong Nam am Flughafen Kuala Lumpur in Malaysia15. Nervenkampfstoffe können durch GC-MS in ihrer intakten Form nachgewiesen werden, da sie bei Umgebungstemperatur flüssig und daher flüchtig sind, wenn sie den hohen Temperaturen im Gerät ausgesetzt werden. Auch wenn einige Nervengifte ausgeprägtere Stabilitätsprofile aufweisen als andere, ist der Mechanismus, durch den sie alle unter basischen oder oxidativen Bedingungen abgebaut werden, ziemlich vorhersehbar16. Folglich unterliegen alle OPNAs der G- und V-Serie einer Hydrolyse, die durch die Spaltung der PF- (z. B. GD, GF) oder P-CN- (z. B. GA) Bindungen in G-basierten Wirkstoffen gekennzeichnet ist, während die meisten davon Der Hydrolyseweg für die Wirkstoffe der V-Serie (z. B. VX, VR) beinhaltet die Spaltung der P-S-Bindung16,17,18. Das Hydrolyseereignis führt zur Bildung von Methylphosphonsäurehalbestern, die aufgrund ihrer unmittelbaren Beziehung zum Nervenkampfstoff auch durch GC-MS19,20 (Abb. 1a) zu einer der am häufigsten untersuchten Spezies im Bereich der Analyse chemischer Kriegsführung geworden sind wie bei der chemischen Attributionssignaturanalyse von OPNAs durch verschiedene Analysemethoden21,22,23,24. Der direkte Nachweis dieser Hydrolyseprodukte ist jedoch aufgrund ihrer geringen Flüchtigkeit problematisch. Aus diesem Grund wurden mehrere Methoden zu ihrer Derivatisierung entwickelt, die Silylierung25,26 und Alkylierung in Form von Methylierung27,28,29,30 und Benzylierung31,32 umfassen. Diese Methoden haben sich als wesentliche chemische Werkzeuge im Bereich der Analyse von GC-MS- und OPNA-Abbauprodukten erwiesen und waren daher Gegenstand zahlreicher Forschungsvorhaben zur Entwicklung effizienter Derivatisierungsmittel für ihre erfolgreiche GC-MS-Analyse16. Insbesondere eine Methode, die Benzylierung, hat sich zu einer grundlegenden Derivatisierungsreaktion für Phosphonsäuren entwickelt und liefert Addukte, die der Phosphonsäure ein höheres Molekulargewicht und damit eine längere Retentionszeit in der Säule sowie eine erhöhte Flüchtigkeit verleihen33. Die etablierte Methode zur Einführung der Benzylgruppe umfasst die Verwendung einer Base, normalerweise Natrium- oder Kaliumcarbonat, zur Deprotonierung der Phosphonsäure, gefolgt von der Reaktion mit einem Benzylhalogenid (z. B. Benzylbromid) und Erhitzen über Nacht auf 70 °C34 (Abb . 1b). Diese Reaktion ist effizient und funktioniert unter basischen Bedingungen gut, was beim Umgang mit basenempfindlichen Spezies in einer Matrix, die mit einem anderen interessierenden chemischen Kampfstoff in Zusammenhang stehen könnten, zu Problemen führen könnte. Zu diesem Zweck könnte ein Protokoll zur Benzylierung von Phosphonsäuren unter neutralen oder leicht sauren Bedingungen den Analytikern eine alternative Möglichkeit zur Einführung der Benzyleinheit in Phosphonsäuren bieten. Die hier vorgestellte Methode verwendet zwei Reagenzien, Benzyl- und p-Methoxybenzyl-2,2,2-trichloracetimidat, für die Bildung von Benzylestern von Phosphonsäuren im Zusammenhang mit OPNAs (Abb. 1c).

(a) Hydrolyse der Organophosphor-basierten Nervengifte VX, GD und GB, um Ethylmethylphosphonsäure (EMPA), Pinacolylmethylphosphonsäure (PMPA) bzw. Cyclohexylmethylphosphonsäure (CMPA) zu ergeben. Benzylierungsansätze für Phosphonsäuren unter Verwendung von (b) Benzylbromid in Gegenwart einer Base und (c) unter Verwendung von Benzyl- und p-Methoxybenzyltrichloracetimidaten unter neutralen, basischen oder sauren Bedingungen.

Derivatisierungen in Form von Alkylierungen wie Methylierungen35,36,37 und Benzylierungen sind bei der GC-MS-Analyse von Spezies, die in ihrer nativen Form mit der Technik kaum nachweisbar sind, gängige Praxis. Da diese beiden Alkylierungsreaktionen die meiste Aufmerksamkeit erhalten haben, überrascht es nicht, dass die meisten Instrumentenbibliotheken wie NIST38,39 und die zentrale analytische Datenbank der OPCW (OCAD)40 eine große Sammlung methylierter und benzylierter Phosphonsäuren angehäuft haben, die für die Routine von entscheidender Bedeutung sind und reale Fallszenarienidentifizierung dieser Abbauprodukte von Nervengiften. Im Allgemeinen erfolgt die Benzylierung von Phosphonsäuren für ihre anschließende Analyse mit GC-MS-Methoden unter basischen Bedingungen und unter Verwendung eines Benzylhalogenids (z. B. Benzylbromid oder Pentafluorbenzylbromid)33,41,42. Die in diesen Fällen verwendete Base kann organischer oder anorganischer Natur sein, was beides zur Bildung der benzylierten Phosphonsäurespezies in guten Ausbeuten führt. Der zusätzliche Vorteil der Verwendung einer anorganischen Base wie Kaliumcarbonat besteht darin, dass sie sauberere Massenspektren liefert, im Gegensatz zu organischen Basen wie Triethylamin, die wichtige Signale stören könnten, da sie während der Derivatisierung normalerweise im Überschuss verwendet werden. Als alternative Methode für den Einbau der Benzylgruppe wandten wir uns den Benzyltrichloracetimidaten43,44 zu, bei denen es sich um aktivierte Formen von Benzylalkohol handelt, die bei der Benzylierung von Substraten auf ähnliche Weise wie Benzylbromide reagieren können, in diesem Fall jedoch unter neutralen bis sauren Bedingungen. Ein weiteres attraktives Merkmal von Trichloracetimidaten besteht darin, dass sie in den meisten Fällen bei Umgebungstemperatur stabile Flüssigkeiten sind, was ihre Verwendung in Derivatisierungen praktisch macht, da das Wiegen von Feststoffen entfällt. Die drei Phosphonsäuren, die für die Studien in dieser Arbeit ausgewählt wurden, waren Ethyl-, Cyclohexyl- und Pinacolylmethylphosphonsäuren, die die Hydrolyseprodukte der Nervengifte Ethyl-N-2-diisopropylaminoethylmethylphosphonothiolat (VX), Cyclosarin (GF) und Soman (GD) sind. jeweils.

Einer der ersten Schritte beim Nachweis der Machbarkeit der Verwendung von Benzyltrichloracetimidaten zur Derivatisierung von Phosphonsäuren bestand darin, die optimalsten Bedingungen für die Reaktion zu finden. Nachdem die Durchführbarkeit der Derivatisierung unter ähnlichen Bedingungen (ACN/60 °C/2 h) wie bei anderen Derivatisierungsprotokollen (z. B. BSTFA-vermittelte Silylierung) ermittelt wurde, wurde die Temperatur für die Reaktion als erster Parameter bewertet. Es wurde festgestellt, dass die Reaktion das meiste Produkt für jede bewertete Phosphonsäure lieferte, wenn sie bei 60 °C durchgeführt wurde. Es wurde jedoch festgestellt, dass sich auch bei 40 °C erhebliche Benzylesterprodukte jeder Phosphonsäure ansammelten (Abb. 2a). zu einer festgelegten Zeit von 2 Stunden. Nachdem festgestellt wurde, dass die Temperatur (60 °C) für die Reaktion optimal ist, wenn sie nur 2 Stunden lang durchgeführt wird, wurde die Ausbeute der Reaktion für jeden Benzylester und jede Phosphonsäure im Verhältnis zur Zeit bestimmt. Die zur Optimierung ausgewerteten Zeiten betrugen 2, 4, 6 und 8 Stunden. Es wurde festgestellt, dass die Reaktion nach 4 Stunden für jede Phosphonsäure ein signifikantes Benzylesterprodukt ergab und dass die Akkumulation dieser Produkte nach längerer Reaktionszeit (bis zu 8 Stunden) keinen größeren Anstieg erfuhr (Abb. 2b). Daher zeigen diese Daten, dass eine erste GC-Analyse bereits 4 Stunden nach Beginn der Derivatisierung durchgeführt werden kann und je nach Analytkonzentration längere Zeiträume für die Derivatisierung (bis zu 8 Stunden) angewendet werden können, um die Ausbeute zu erhöhen benzylierte Phosphonsäuren. Nachdem diese ersten beiden Parameter (Temperatur und Zeit) optimiert wurden, richteten wir unsere Aufmerksamkeit auf die Bewertung der Wirkung des in der Reaktion verwendeten Lösungsmittels sowie der Auswirkungen der Durchführung der Reaktion unter neutralen, basischen und zugesetzten katalytischen Säurebedingungen. Die letzten beiden zur Optimierung eingestellten Parameter betrafen nur PMPA. Zu den Lösungsmitteln, in denen die Benzylierungsreaktion getestet wurde, gehörten daher häufig für die GC-MS-Analyse verwendete Lösungsmittel wie Dichlormethan (DCM, Siedepunkt: 40 °C), Acetonitril (Siedepunkt: 82 °C), Aceton (Siedepunkt: 56 °C) und Ethylacetat (EtOAc, Kp.: 77 °C). Es wurde beobachtet, dass die Benzylierung von PMPA effizienter ablief, wenn Acetonitril und Aceton als Lösungsmittel verwendet wurden, im Gegensatz zu DCM und EtOAc, wo die Ausbeute an Benzylestern deutlich geringer war, was zuvor veröffentlichte Ergebnisse widerspiegelt27 (Abb. 2c). Dennoch wurde in diesen anderen Lösungsmitteln immer noch eine signifikante Bildung des Produkts beobachtet. Aufgrund dieser Daten wurde beschlossen, die Reaktion in Acetonitril während der letzten Reihe von Parameteroptimierungsreaktionen durchzuführen, die auch die Abwesenheit und Verwendung des Säurezusatzes und der Base beinhalteten. Es wurde festgestellt, dass die Benzylierung von PMPA unter basischen Bedingungen reibungslos funktioniert und BPMPA in vergleichbaren Mengen liefert wie mit zugesetzter katalytischer Säure (5 Mol-% zu Trichloracetimidat) sowie ohne Zusatz in der Gleichung (Abb. 2d). Bedingungen, bei denen der Mischung kein Zusatz zugesetzt wurde, wurden als neutral bezeichnet. Auch wenn dabei keine Säure oder Base vorhanden ist, ist die Mischung aufgrund der alleinigen Anwesenheit der Phosphonsäure selbst von Natur aus sauer. Folglich kann man sich vorstellen, dass die Phosphonsäure ohne jeglichen Säurezusatz als Katalysator für die Benzylierung fungieren kann (Abb. 2e). Letztendlich liefert das Protokoll drei benzylierte Produkte, die in der internen NIST-Bibliothek des Geräts sowie in der OCAD-Bibliothek zu finden sind, und zwar zusammen mit ihren Retentionszeiten: Benzylethylmethylphosphonsäure BEMPA (t = 19,15 Min.) und Benzylpinacolylmethylphosphonsäure Säure BPMPA (t = 22,42 und 22,69 Min.) und Benzylcyclohexylmethylphosphonsäure BCMPA (t = 25,26 Min.)

Optimierungsreaktionen, durchschnittliche (n = 3) Peakflächen (± die Standardabweichung) für die benzylierte Phosphonsäure, nachdem die Säure (0,8 μmol, [100 ppm]) mit dem Trichloracetimidat (200 μl, Überschuss) in Acetonitril (ACN, 1 ml), das Folgendes beinhaltete: (a) Der Einfluss der Temperatur auf die Derivatisierung führt zu ähnlichen Ergebnissen bei mildem Erhitzen (40 °C) und Erhitzen auf 60 °C für 4 Stunden; (b) Zeit für die Reaktion, bei der eine maximale Akkumulation der drei benzylierten Produkte bei etwa 4 Stunden beobachtet werden kann; (c) Studien nur an PMPA zeigen, dass Acetonitril und Aceton optimale Lösungsmittel für die Derivatisierung über DCM und EtOAc sind; (d) Die Wirkung ohne Zusatzstoffe („neutral“), Base (20 mg, Überschuss) und katalytische Säure (TFA und AcOH, 0,08 μmol (10 Mol-% bezogen auf Phosphonsäure) auf die Reaktion zeigt, dass die Reaktion unter allen Umständen gut funktioniert diese Bedingungen; (e) vorgeschlagener Mechanismus für die Reaktion, wenn keine Säure oder Base zugesetzt wird, wobei die Phosphonsäure als aktivierende Spezies für das Trichloracetimidat fungiert.

Ein weiteres in unsere Studien einbezogenes Trichloracetimidat war p-Methoxybenzyltrichloracetimidat. Die Reaktion zwischen p-Methoxybenzyltrichloracetimidat und den Phosphonsäuren erfolgt nach dem gleichen Mechanismus wie für Benzyltrichloracetimidat (Abb. 2e), der resultierende Phosphonsäureester besteht jedoch aus einer Benzyleinheit, die in ihrem aromatischen Ring einen Methoxysubstituenten trägt. Der Grund für die Erforschung dieses anderen Trichloracetimidats ist die mögliche Verwendung der p-Methoxybenzyl (PMB)-Einheit, um den Nachweis der Phosphonsäure im Vergleich zum unsubstituierten Benzyl-Gegenstück aufgrund seiner Elektroneneinfangfähigkeiten zu verbessern33. Es ist jedoch dieser Ringaustausch, der die p-Methoxybenzylgruppe auch gegenüber milden Säuren labil macht43,44, sodass die Verwendung einer Base erforderlich ist, damit die Reaktion einen gewissen Erfolg zeigt. Die drei Produkte, die aus dieser spezifischen Derivatisierung entstehen, sind zusammen mit ihren Retentionszeiten in Klammern p-Methoxybenzylethylmethylphosphonsäure PMB-EMPA (t = 22,77 Min.), p-Methoxybenzylpinacolylmethylphosphonsäure PMB-PMPA (t = 25,57 und 25,85 Min.). .) und p-Methoxybenzylcyclohexylmethylphosphonsäure PMB-CMPA (t = 28,23 Min.). Aus den Ergebnissen in Abb. 3a–c lässt sich erkennen, dass die Installation der p-Methoxybenzylgruppe an den Phosphonsäuren als Funktion von Temperatur, Zeit und Lösungsmittelmedium derjenigen sehr ähnlich ist, die ihr Benzyltrichloracetimidat-Gegenstück zeigt ( Abb. 2) unter Grundbedingungen. Somit scheint die p-Methoxybenzylierung eine signifikante Ausbeute an benzylierten Phosphonsäuren bei 40 °C und nach 4 Stunden zu liefern (Abb. 3a,b), mit einer leichten Ausbeuteverbesserung bei erhöhter Temperatur (d. h. 60 °C) oder längerer Reaktionszeit ( bis zu 8 Std.). Hinsichtlich der Reaktionsleistung in verschiedenen Lösungsmitteln wurde erneut festgestellt, dass Acetonitril und Aceton die optimalsten Medien für die Durchführung der Derivatisierung waren. Schließlich wirkt sich die Säurelabilität der p-Methoxybenzylgruppe im Vergleich zu der ihres Benzyl-Gegenstücks nachteilig auf die Ausbeute der Reaktion aus, wie in Abb. 3d dargestellt. Aus den Ergebnissen in Abb. 3d kann daher geschlossen werden, dass selbst die katalytische Verwendung von Säure die Veresterung von PMPA nicht unterstützt, da das Medium bereits saurer Natur ist und obwohl etwas p-Methoxybenzyl-PMPA nachgewiesen werden kann, ist dies in dieser Menge der Fall minimal im Vergleich dazu, wenn eine Base (Na2CO3) im Überschuss zugesetzt wird, um den hydrolytischen Wirkungen der Säure entgegenzuwirken (Abb. 3d).

Derivatisierung von Phosphonsäuren mit p-Methoxybenzyltrichloracetimidat: Optimierungsreaktionen, durchschnittliche (n = 3) Peakflächen (± die Standardabweichung) für die p-methoxybenzylierte Phosphonsäure, nachdem die Säure (0,8 μmol, [100 ppm]) mit behandelt wurde Trichloracetimidat (200 μl, Überschuss) in Acetonitril (ACN, 1 ml), (a) der Einfluss der Temperatur auf die Derivatisierung, der ähnliche Ergebnisse bei mildem Erhitzen (40 °C) und Erhitzen auf 60 °C für 4 Stunden liefert; (b) Zeit für die Reaktion, bei der eine maximale Akkumulation der drei p-methoxybenzylierten Säuren bei etwa 4 Stunden beobachtet werden kann; (c) Untersuchungen nur an PMPA zeigen, dass ACN und Aceton wiederum optimale Lösungsmittel für die Derivatisierung sind; und (d) die Wirkung ohne Zusatzstoffe („neutral“), Base (20 mg, Überschuss) und katalytische Säure (TFA und AcOH, 0,08 μmol (10 Mol-% bezogen auf Phosphonsäure) auf die Reaktion zeigt, dass die Reaktion nur gut funktioniert unter basischen Bedingungen, was vermutlich auf die größere Säureempfindlichkeit der PMB-Gruppe zurückzuführen ist.

Der Vergleich der Massenspektren beider PMPA-Derivate zeigt sehr interessante Eigenschaften, die ihren einzigartigen strukturellen Aufbau widerspiegeln und dem Analytiker bei der Analyse dieses wichtigen Markers für den Abbau von Nervengiften eine große Hilfe sind (Abb. 4). Ausgehend von den Retentionszeiten beider benzylierter PMPA-Verbindungen kann man beobachten, dass diese mit Retentionszeiten von 25,57 und 25,85 Minuten für PMB-PMPA (Abb. 4a) sehr unterschiedlich sind, während die Retentionszeiten für BPMPA 22,42 und 22,69 betragen Mindest. Wie erwartet erscheint das GC-MS-Profil für Derivate von PMPA als zwei Signale, die aus dem Diastereomerengemisch der Säuren stammen 28, 29. Die Analyse des Massenspektrums für PMB-PMPA zeigt zwei Hauptmerkmale: Das erste ist, dass ein Molekülionenpeak (m/z = 300,3) deutlich sichtbar ist und dass der Basispeak mit m/z = 121,1 dem methoxysubstituierten Tropylium zugeordnet ist Kation (Abb. 4b). Weitere interessante Peaks im Spektrum von PMB-PMPA umfassen den Peak bei m/z = 216,1, ein Fragment, das durch den Verlust der Alkylseitenkette der Pinacolyleinheit entsteht, um eine PMB-substituierte Phosphonsäure (C9H13O4P) zu ergeben m/z = 137,1 gehört zur PMB-O-Seiteneinheit von PMB-PMPA mit einer vorläufigen Formel von C8H9O2 (Abb. 4b). Im Gegensatz dazu zeigt das Massenspektrum für BPMPA wenige Peaks, zwei davon sind jedoch sehr intensiv (Abb. 4d). Der erste ist der Basispeak (m/z = 186,1), ein Fragment, das durch den Verlust der Alkylseitenkette der Pinacolyl-Einheit entsteht, um eine Benzyl-substituierte Phosphonsäure (C8H11O3P) zu ergeben, und m/z = 91,1 zeigt die Bildung des Tropyliumions an. Wie bei EI-GC-MS-Analysen erwartet, wird der Molekülionenpeak für einige Derivate möglicherweise nicht beobachtet, und dies ist bei BPMPA (m/z = 270) der Fall (Abb. 4d).

GC-MS-Spuren und zugehörige Massenspektren für PMB-PMPA und BPMPA. Die GC-MS-Daten wurden anhand synthetisierter Standards gesammelt. Beachten Sie die Auflösung beider Diastereomere von PMPA durch die Säule als Ergebnis der beiden Stereozentren im Molekül, des P-Atoms und des C-Atoms im Pinacolylarm, die mit einem Sternchen (*) markiert sind.

Pinacolylmethylphosphonsäure stellt das erste Abbauprodukt des Nervenkampfstoffs Soman (GD) dar und könnte je nach den Umwelt- oder biologischen Bedingungen, in denen sie vorkommt, neben Methylphosphonsäure die am häufigsten vorkommende Spezies dieses Nervenkampfstoffs sein. Soman ist ein Nervenkampfstoff der G-Serie, der die kürzeste Alterungszeit aufweist, sobald er an das Enzym Acetylcholinesterase (AChE) gebunden ist, und als solcher zu einem der tödlichsten unter den ohnehin schon sehr giftigen Nervenkampfstoffen geworden ist45. Abgesehen von dieser tödlichen Eigenschaft weisen GD und PMPA in derivatisierter Form bei GC-MS-Analysen ein einzigartiges Verhalten auf, das darin besteht, dass für diese Analyten immer zwei Signale beobachtet werden, da sie als Diastereomerengemisch vorliegen28,29. Dies ist eine einzigartige Eigenschaft, da GD der einzige Nervenkampfstoff der G-Serie ist, der über zwei Chiralitätszentren (im C- und im P-Zentrum) verfügt und daher zu einem ständig vorkommenden Analyten bei OPCW-Eignungstests (PTs) geworden ist. Das Hauptziel eines OPCW-PT ist die letztendliche Erkennung und Identifizierung von Abbauprodukten im Zusammenhang mit chemischen Kampfstoffen. Während dieser PTs ist es wichtig, einen Analyten nicht nur nachzuweisen, sondern auch eindeutig zu identifizieren, indem seine chromatographische Retentionszeit und sein Massenspektrum mit denen einer bekannten Referenzchemikalie verglichen werden, unabhängig davon, ob sie in ihrer nativen oder derivatisierten Form vorliegt46.

Nachdem wir die Fähigkeit der Methode zur Umwandlung von Phosphonsäuren in ihre entsprechenden Benzylester demonstriert hatten, richteten wir unsere Aufmerksamkeit darauf, ihre Leistung an einer Bodenprobe zu testen, die im 44. OPCW-PT35 vorgestellt wurde. Die PT-Bodenprobe, gekennzeichnet mit dem Code PT-S2, enthielt in ihrer Matrix die meldepflichtige Verbindung Pinacolylmethylphosphonsäure (PMPA, Anhang 2.B.04), die später in einer Konzentration von 50 μg/g zugesetzt wurde. Die Bodenprobe wurde mit der Bodenmatrix, die dem teilnehmenden Labor als Blindprobe übergeben wurde, kombiniert, um eine verdünnte Probe namens PT-S2* zu erzeugen, die nun PMPA in einer Konzentration von 5 μg/g enthielt. Die Bodenprobe PT-S2 enthielt nicht nur organisches Material, das durch GC-MS nachweisbar war, sondern wurde auch mit einer Reihe homologer Kohlenwasserstoffe versetzt, die vermutlich während der PT-Analysen als störende Spezies fungierten. Das Protokoll bestand darin, die Bodenmatrix PT-S2* in ACN (2 ml) aufzunehmen und die Suspension gleichzeitig mit Na2CO3 (20 mg) und Benzyl-2,2,2-trichloracetimidat (40 μL) zu behandeln. Die resultierende Mischung wurde 4 Stunden lang in einem Heizblock erhitzt, filtriert, das ACN-Filtrat mit einem Stickstoffstrom auf ~ 150 μl konzentriert und mittels GC-MS analysiert. Wie in Abb. 5a zu sehen ist, kann die Bildung von BPMPA unter Verwendung des optimierten Protokolls beobachtet werden, wenn PMPA in einer so geringen Konzentration (5 μg/g) vorliegt. Eine sorgfältige Analyse des Massenspektrums, das sich aus einem der Peaks ergibt, die zwischen den verschiedenen Bodeninterferenzen hervorstechen, zeigt, dass diese Peaks tatsächlich vom benzylierten PMPA-Produkt herrühren (Abb. 5b). Die MDL-Werte der Methode für die Benzyl- und p-Methoxybenzylpinacolylmethylphosphonsäuren für diese Matrix wurden gemäß den festgelegten Richtlinien der EPA (EPA-821-R16-006) mit 35 bzw. 63 ng/ml bestimmt. Darüber hinaus wurde unter Verwendung derselben Richtlinien der LOQ für die Methode sowohl für die Benzyl- als auch für die p-Methoxybenzylpinacolylmethylphosphonsäure mit 104 bzw. 189 ng/ml bestimmt (Tabelle 1).

GC-MS-Analyse der Bodenprobe PT-S2* mit PMPA in einer Konzentration von ~ 5 μg/g. (a) Gaschromatogramm, das die Bildung des Benzylprodukts BPMPA zeigt (gekennzeichnet durch beide Sternchen); (b) Massenspektrum von BPMPA.

Die Methode wurde im Rahmen der 38. OPCW-PT28 auf ihre Effizienz bei der Benzylierung von PMPA in einer fettsäurereichen flüssigen Matrix getestet. Die während dieses PT (Code: CW-O3) im Jahr 2015 vorgestellte Flüssigkeitsprobe bestand aus einer Reihe geplanter Chemikalien, darunter Pinacolylalkohol47,48, das andere Endhydrolyseprodukt von PMPA neben Methylphosphonsäure, versetzt in einer fettsäurereichen Matrix machten ihre Analyse und Identifizierung äußerst schwierig. Derivatisierungsansätze, die Silylierung und Methylierung umfassten, wurden mit begrenztem Erfolg durchgeführt und erforderten Anstrengungen, die eine vorherige Reinigung der Matrix mittels Säulenchromatographie unter Verwendung von Kieselgel und Hexanen als Elutionslösungsmittel umfassten. Für unsere hierin durchgeführten Studien wurde dieser Matrix PMPA in einer Konzentration von ~ 10 μg/ml zugesetzt. Die 4-stündige Behandlung der versetzten Matrix mit überschüssigem Benzyltrichloracetimidat bei 60 °C führte zur Bildung von BPMPA (Abb. 6). Interessanterweise konnte die interne NIST-Bibliothek in unserem Gerät keine eindeutige Übereinstimmung mit BPMPA liefern und ihr Massenspektrum mit dem von n-Butylbenzylphosphonsäure (BBPA), einem sehr ähnlichen Analogon, abgleichen (Übereinstimmungspunktzahl mit BBPA = 759 (49 %)). Dies steht in krassem Gegensatz zu seinem PMB-PMPA-Gegenstück, für das bei Verwendung der internen Bibliothekssuche des Instruments keine passenden Verbindungen gefunden wurden39.

GC-MS-Analyse der fettsäurereichen Matrix CW-O3, versetzt mit PMPA in einer Konzentration von ~ 10 μg/ml. (a) GC-Chromatogramm der CW-7-6-6-03-Matrix nach Reaktion mit Benzyl-2,2,2-trichloracetimidat. Ein klares Signal des Produkts BPMPA kann aufgrund zahlreicher Störungen in der Matrix auch nach Extraktion ausgewählter Ionen nicht beobachtet werden (m/z = 91, 186; Einschub). (b) Die Massenanalyse des durch die rot gepunkteten Linien im Einschub von Abb. 5a angezeigten Bereichs ergibt das Massenspektrum für BPMPA.

Alle Chemikalien wurden von kommerziellen Lieferanten gekauft und wie erhalten verwendet: Ethylmethylphosphonsäure (EMPA), Cyclohexylmethylphosphonsäure (CMPA), Pinacolylmethylphosphonsäure (PMPA), Benzyl-2,2,2-trichloracetimidat, 4-Methoxybenzyl-2,2, 2-Trichloracetimidat, Acetonitril (ACN), Aceton, Ethylacetat und Dichlormethan wurden von Sigma-Aldrich (St. Louis, MO) bezogen. Natriumbicarbonat, Natriumcarbonat und wasserfreies Natriumsulfat wurden von Acros Organics (Westchester, PA) bezogen. Deuteriertes Chloroform (CDCl3) wurde von Alfa Aesar (Ward Hill, MA) bezogen. Acrodisc PTFE-Spritzenfilter (0,45 μm) wurden von Pall Laboratories (Port Washington, NY) gekauft. Autosamplerfläschchen und Glaseinsätze wurden von Agilent Technologies (Santa Clara, CA.) gekauft. Die Bodenprobe PT-S2 und die flüssige Matrix CW-O3 wurden aus den OPCW-PT-Probenarchiven des Forensic Science Center (FSC) am Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) bezogen.

Eine Stammlösung von PMPA (1 mg/ml, 1000 ppm) wurde in DCM (10 ml) hergestellt und diese Lösung wurde zum Aufstocken der Bodenprobe (Code: PT-S2) und der fettsäurereichen Flüssigkeitsprobe ( Code: CW-O3). Die Stammlösung wurde im Kühlschrank (4 °C) aufbewahrt und nur herausgenommen, wenn sie zum Verdünnen oder Aufstocken der Matrizen verwendet wurde. Die Bodenprobe wurde wie folgt vorbereitet: Boden-PT-S2 (200 mg) wurde mit PMPA (10 μl Stammlösung, 0,01 mg) behandelt und die Mischung in DCM (1 ml) suspendiert und verwirbelt, um eine gleichmäßige Zugabe zu gewährleisten Bodenprobe. Das DCM wurde mit einem sanften Stickstoffstrom verdampft, um eine Bodenprobe zu ergeben, die PMPA in einer Konzentration von 5 μg/g enthielt. Die flüssige Probe wurde wie folgt hergestellt: flüssiges CW-O3 (200 μl) wurde mit DCM (200 μl) verdünnt und mit PMPA (40 μl Stammlösung, 0,04 mg) behandelt, um eine flüssige Matrix bereitzustellen, die mit 10 μg PMPA versetzt war /mL-Konzentration.

Für die Analyse im Splitless-Modus wurde ein 6890 Agilent GC mit einem 5975 MS-Detektor, ausgestattet mit einem Split/Splitless-Injektor, verwendet. Die für die Analyse verwendete GC-Säule war eine Agilent DB-5MS-Kapillarsäule (30 m × 0,25 mm Innendurchmesser × 0,25 μm Filmdicke). Als Trägergas wurde hochreines Helium mit einer Geschwindigkeit von 0,8 ml/min verwendet. Die Injektortemperatur betrug 250 °C und das Injektionsvolumen betrug 1 μL. Das Ofentemperaturprogramm war wie folgt: 40 °C, 3 Min. gehalten, dann mit 8 °C/Min. auf 300 °C erhöht, 3 Min. gehalten. Die Temperaturen der MS-Ionenquelle und des Quadrupols betrugen 230 bzw. 150 °C. Es wurde eine Elektronenionisation mit einer Ionisationsenergie von 70 eV verwendet. Der MS wurde betrieben, um in 0,4 s von m/z 29 auf m/z 600 zu scannen. mit einer Lösungsmittelverzögerung von 3,5 min. wie zuvor beschrieben28.

Die Spektren wurden mit einem Bruker Avance III 600 MHz-Gerät, ausgestattet mit einer Bruker TCI 5 mm Kryosonde (Bruker Biospin, Billerica, MA) bei 30,0 ± 0,1 °C aufgenommen. 1H-NMR (600 MHz), 13C/13C (DEPT-135)-NMR (150 MHz) und 31P/31P{1H}-NMR wurden in CDCl3 aufgezeichnet. NMR-Daten werden wie folgt angegeben: chemische Verschiebung (δ) (Teile pro Million, ppm); Multiplizität: d (Dublette), app ten (scheinbares Tentett), qd (Quartett von Dubletten); Kopplungskonstanten (J) werden in Hertz (Hz) angegeben. Die chemischen Verschiebungen im 1H-NMR werden in Bezug auf das restliche CHCl3-Singulett mit der Mitte bei 7,26 ppm kalibriert, während für die 13C-NMR das Triplett mit der Mitte bei 77,16 ppm von CDCl3 für die spektrale Kalibrierung verwendet wurde.

Während der Synthesen verwendete Lösungsmittel wurden mithilfe eines Büchi-Rotationsverdampfers R-200 entfernt, der mit einem Büchi-Heizbad B-490 ausgestattet und an eine KNF Laboport Neuberger UN820-Vakuumpumpe gekoppelt war. Die analytische Dünnschichtchromatographie (TLC) wurde auf Kieselgel-Glasplatten von Agela Technologies durchgeführt, gekoppelt mit der Detektion durch Cer-Ammoniummolybdat (CAM)49,50,51, Einwirkung von Joddampf und/oder UV-Licht (λ = 254 nm)52,53 ,54,55. Die Reinigung der benzylierten Standards wurde mithilfe eines Biotage-Reinigungssystems unter Verwendung von Kieselgelkartuschen, gekoppelt an ein UV-Detektionssystem (λ = 245, 365 nm), durchgeführt. HRMS-Analysen wurden am Forensic Science Center des Lawrence Livermore National Laboratory unter Verwendung chemischer Ionisation (CI) durchgeführt. Benzylpinacolylmethylphosphonat: Pinacolylmethylphosphonsäure (150 mg, 0,83 mmol) wurde in DMF (5 ml) gelöst und nacheinander mit Natriumcarbonat (160 mg, 1,51 mmol, 1,83 Äquivalente Säure) und Benzyl-2,2,2-trichloracetimidat behandelt (183 μL, 0,99 mmol, 1,2 Äquiv.). Nach dem Rühren über Nacht wurde Wasser (5 ml) in das Szintillationsfläschchen gegeben und die organische Phase extrahiert, über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet, durch eine Spritzenfilterscheibe geleitet und im Vakuum eingedampft, um ein gelbes Öl zu ergeben, das durch eine Flash-Säule gereinigt wurde Chromatographie (Hexan → 7:3 EtOAc/Hexan) ergab Benzylpinacolylmethylphosphonat als farbloses Öl (184 mg, 82 %). 1H-NMR (Diastereomerengemisch: 1,5:1 (maj = Hauptteil; min = Nebenteil, 600 MHz, CDCl3) δ 5,11 (dd, J = 11,9, 8,0 Hz, 1Hmaj), 5,06 (dd, J = 11,9, 8,1 Hz, 1Hmin ), 5,04 (dd, J = 16,9, 8,4 Hz, 1Hmaj), 5,01 (dd, J = 17,0, 8,3 Hz, 1Hmin), 4,26 (dq, J = 8,3, 6,4 Hz, 1Hmin), 4,19 (dq, J = 8,3, 6,4 Hz, 1Hmaj), 1,46 (d, J = 3,9 Hz, 3Hmin), 1,43 (d, J = 3,8 Hz, 3Hmaj), 1,26 (d, J = 6,3 Hz, 3Hmaj), 1,23 (d, J = 6,3 Hz, 3Hmin), 0,90 (s, 9Hmin), 0,89 (s, 9Hmaj); 13C NMR (150 MHz, CDCl3) δ 136,57, 136,54, 136,50, 128,48, 128,19, 127,68, 127,67, 81,36, 8 1,30, 81,14, 81,09 , 66,94, 66,90, 66,71, 66,68, 34,89, 34,87, 34,85, 34,83, 25,52, 25,51, 17,03, 16,86, 12,99, 12,14, 12,02, 11,17; 31P{1H} NMR (242 MHz, CDCl3) δ 30,50, 29,81; 31P NMR δ 30,49 (ca. 10, J = 8,4 Hz, Pmin), 29,80 (ca. 10, J = 8,4 Hz, Pmaj); HRMS (CI) m/z berechnet für C14H23O3P [M+]: 270,1385; gefunden 270,1401. p-Methoxybenzyl Pinacolylmethylphosphonat: Die Reaktion verlief ähnlich wie beim Benzyl-Gegenstück, mit dem einzigen Unterschied, dass p-Methoxybenzyltrichloracetimidat (205 μL, 0,99 mmol) verwendet wurde. Das p-Methoxybenzylpinacolylmethylphosphonat-Produkt wurde nach Reinigung durch Flash-Säulenchromatographie (Hexan → 7:3 EtOAc/Hexan) als farbloses Öl erhalten (159 mg, 64 %). 1H-NMR (diastereomeres Gemisch, 600 MHz, CDCl3) δ 7,32 (d, J = 8,2 Hz, 2H), 6,89 (d, J = 8,2 Hz, 2H), 5,07–4,92 (m, 2Hmaj,min), 4,25 (dq , J = 8,3, 6,3 Hz, 1Hmaj), 4,18 (dq, J = 8,3, 6,3 Hz, 1Hmin), 3,80 (s, OCH3, 3Hmaj,min), 1,44 (d, J = 4,4 Hz, 3Hmaj), 1,41 ( d, J = 4,3 Hz, 3Hmin), 1,27 (d, J = 6,4 Hz, 3Hmin), 1,24 (d, J = 6,4 Hz, 3Hmaj), 0,91 (s, 9Hmaj), 0,89 (s, 9Hmin); 13C NMR (150 MHz, CDCl3) δ 159,67, 130,02, 129,64, 129,62, 128,84, 128,80, 128,74, 128,70, 113,93, 81,24, 81,19, 81,03, 80,98, 66 .86, 66,81, 66,64, 66,60, 55,27, 34,93, 34,91, 34,89 , 34,87, 25,58, 17,07, 16,90, 13,14, 12,30; 31P{1H}-NMR (242 MHz, CDCl3) δ 30,37, 29,66; 31P NMR δ 30,36 (ca. zehn, J = 8,3 Hz, Pmaj), 29,66 (ca. zehn, J = 8,3 Hz, Pmin); HRMS (CI) m/z berechnet für C15H25O4P [M.+]: 300,1490; gefunden 300.1497. Spektraldaten für diese beiden benzylierten PMPA-Standards finden Sie in den Hintergrundinformationen.

Die Verwendung von Benzyl- und p-Methoxybenzyltrichloracetimidat zur Derivatisierung von Phosphonsäure-Nervenkampfstoffmarkern unter neutralen, basischen und leicht sauren Bedingungen wurde evaluiert. Zu den verwendeten Phosphonsäuren gehörten Ethyl-, Cyclohexyl- und Pinacolylmethylphosphonsäure, die typische Hydrolyseprodukte der Nervengifte Ethyl-N-2-diisopropylaminoethylmethylphosphonothiolat (VX), Cyclosarin (GF) bzw. Soman (GD) darstellen. Die optimierten Bedingungen für die Derivatisierung der Phosphonsäuren umfassten neutrale, basische sowie katalytische Säure (< 5 Mol-%) mit dem Trichloracetimidat im Überschuss, gekoppelt mit dem Erhitzen der Mischung auf 60 °C in Acetonitril für 4 Stunden. Vergleichsstudien zeigten, dass die Benzylierung der Phosphonsäuren zwar unter allen drei Bedingungen (neutral, sauer und basisch) reibungslos verlief, die p-Methoxybenzylierung dieser Säuren jedoch nur in Gegenwart einer Base (z. B. Na2CO3) effizient funktionierte. Dies steht im Einklang mit der Labilität der p-Methoxybenzylgruppe unter milden bis stark sauren Bedingungen. Die Effizienz der Methode wurde bei der erfolgreichen Derivatisierung und Identifizierung von Pinacolylmethylphosphonsäure (PMPA) als Benzylester getestet, wenn diese in einer Konzentration von ~ 5 μg/g in einer im 44. OPCW-PT vorgestellten Bodenprobe vorhanden war. Darüber hinaus wurde das Protokoll zum Nachweis und zur Identifizierung von PMPA verwendet, wenn es mit einer Konzentration von ~ 10 μg/ml in einer fettsäurereichen flüssigen Matrix versetzt wurde, die im 38. OPCW-PT vorgestellt wurde. Das Benzylderivat von PMPA wurde mit der internen NIST-Spektralbibliothek des Instruments oder der zentralen Analysedatenbank der OPCW (OCAD v.21_2019) sowie mit authentischen Standards, die in unserem Labor synthetisiert wurden, bestätigt. Die für die Benzyl- und die p-Methoxybenzylpinacolylmethylphosphonsäure berechneten MDL-Werte wurden in dem im 44. OPCW-PT (Ergänzende Informationen) aufgeführten Bodenextrakt mit 35 bzw. 63 ng/g ermittelt.

Alle während dieser Studie generierten oder analysierten Daten sind in diesem veröffentlichten Artikel und seinen ergänzenden Informationsdateien enthalten.

Chai, PR, Boyer, EW, Al-Nahhas, H. & Erickson, TB Giftige chemische Mord- und Kriegswaffen: Nervengifte VX und Sarin. Toxicol. Komm. 1, 21–23 (2007).

Artikel Google Scholar

Stone, R. Angriff in Großbritannien rückt Nervengift ins Rampenlicht. Science 359, 1314–1315 (2018).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Stone, R. Wie deutsche Militärwissenschaftler wahrscheinlich den Nervenagenten identifizierten, mit dem Alexej Nawalny angegriffen wurde. Wissenschaft https://doi.org/10.1126/science.abe6561 (2020).

Artikel Google Scholar

Thiermann, H., Worek, F. & Kehe, K. Einschränkungen und Herausforderungen bei der Behandlung akuter Vergiftungen mit chemischen Kampfstoffen. Chem. Biol. Interagieren. 206, 435–443 (2013).

Artikel CAS Google Scholar

Worek, F., Thiermann, H. & Wille, T. Oximes bei Organophosphatvergiftung: 60 Jahre Hoffnung und Verzweiflung. Chem. Biol. Interagieren. 259, 93–98 (2016).

Artikel CAS Google Scholar

Bennion, BJ et al. Entwicklung eines ZNS-permeablen Reaktivators für die Exposition gegenüber Nervengiften: Ein iterativer, multidisziplinärer Ansatz. Wissenschaft. Rep. 11, 15567 (2021).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Kim, K., Tsay, OG, Atwood, DA & Churchill, DG Zerstörung und Erkennung chemischer Kampfstoffe. Chem. Rev. 111, 5345–5403 (2011).

Artikel CAS Google Scholar

Mayer, BP, Valdez, CA, Hok, S., Chinn, SC & Hart, BR 31P-herausgegebene diffusionsgeordnete 1H-NMR-Spektroskopie zur spektralen Isolierung und Identifizierung von Organophosphorverbindungen im Zusammenhang mit chemischen Waffen und deren Abbauprodukten. Anal. Chem. 84, 10478–10484 (2012).

Artikel CAS Google Scholar

Black, RM, Clarke, RJ, Read, RW & Reid, MTJ Anwendung von Gaschromatographie-Massenspektrometrie und Gaschromatographie-Tandem-Massenspektrometrie zur Analyse von Proben chemischer Kriegsführung, bei denen Rückstände des Nervengifts Sarin, Schwefelsenf usw. festgestellt wurden deren Abbauprodukte. J. Chromatogr. A. 662, 301–321 (1994).

Artikel CAS Google Scholar

D'Agostino, PA, Hancock, JR & Chenier, CL Massenspektrometrische Analyse chemischer Kampfstoffe und ihrer Abbauprodukte in Boden- und synthetischen Proben. EUR. J. Massenspektrometer. 9, 609–618 (2003).

Artikel Google Scholar

Tu, AT Aum Shinrikyos chemische und biologische Waffen: Mehr als Sarin. Forensische Wissenschaft. Rev. 26, 115–120 (2014).

CAS Google Scholar

Okumura, T. et al. Der Sarin-Angriff in der Tokioter U-Bahn – gewonnene Erkenntnisse. Toxicol. Appl. Pharmakol. 207, 471–476 (2005).

Artikel CAS Google Scholar

Dolgin, E. Syrischer Gasangriff verstärkt Bedarf an besseren Anti-Sarin-Medikamenten. Nat. Med. 19, 1194–1195 (2013).

Artikel Google Scholar

Butler, D. Angriffe in Großbritannien und Syrien verdeutlichen den wachsenden Bedarf an Fachwissen im Bereich der chemischen Forensik. Natur 556, 285–286 (2018).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Tu, A. Der Einsatz von VX als Terroragent: Aktion von Aum Shinrikyo aus Japan und der Tod von Kim Jong-Nam in Malaysia: vier Fallstudien. Globus. Sicherheit und Gesundheitswissenschaft. Politik. 5, 48–56 (2020).

Artikel Google Scholar

Valdez, CA & Leif, RN Analyse von Abbauprodukten von Nervengiften auf Organophosphorbasis mittels Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS): Aktuelle Derivatisierungsreaktionen im Werkzeugkasten des analytischen Chemikers. Molecules 26, 4631. https://doi.org/10.3390/molecules26154631 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Dawson, RM, Pantelidis, S., Rose, HR & Kotsonis, SE Abbau von Nervenkampfstoffen durch ein Organophosphat-abbauendes Mittel (OpdA). J. Hazard Mater. 157, 308–314 (2008).

Artikel CAS Google Scholar

Yang, Y.-C. Chemische Entgiftung des Nervengifts VX. Acc. Chem. Res. 32, 109–115 (1999).

Artikel CAS Google Scholar

Valdez, CA, Leif, RN, Hok, S. & Hart, BR Analyse chemischer Kampfstoffe mittels Gaschromatographie-Massenspektrometrie: Methoden für ihren direkten Nachweis und Derivatisierungsansätze für die Analyse ihrer Abbauprodukte. Rev. Anal. Chem. 37, 1–26. https://doi.org/10.1515/revac-2017-0007 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Black, RM & Muir, B. Derivatisierungsreaktionen in der chromatographischen Analyse chemischer Kampfstoffe und ihrer Abbauprodukte. J. Chromatogr. A 1000, 253–281 (2003).

Artikel CAS Google Scholar

Jansson, D. et al. Teil 2: Forensische Zuordnungsprofilierung von russischem VX in Lebensmitteln mittels Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie. Talanta 186, 597–606 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Holmgren, KH et al. Teil 1: Rückverfolgung des russischen VX zu seinen Synthesewegen durch multivariate Statistik chemischer Attributionssignaturen. Talanta 186, 586–596 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Williams, AM et al. Teil 3: Festphasenextraktion von russischem VX und seinen chemischen Zuordnungssignaturen in Lebensmittelmatrizen und deren Nachweis durch GC-MS und LC-MS. Talanta 186, 607–614 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Ovenden, SPB et al. Die Identifizierung chemischer Zuordnungssignaturen gespeicherter VX-Nervenkampfstoffe mittels NMR, GC-MS und LC-HRMS. Talanta 211, 120753 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Webster, RL et al. Chemisch-forensische Profilierung und Bestimmung der Attributionssignatur des Nervengifts Sarin mittels GC-MS, LC-MS und NMR. Anal. Bioanal. Chem. https://doi.org/10.1007/s00216-022-04027-1 (2022).

Artikel Google Scholar

Richardson, DD & Caruso, JA Derivatisierung von Abbauprodukten von Organophosphor-Nervenkampfstoffen für die Gaschromatographie mit ICPMS und TOF-MS-Detektion. Anal. Bioanal. Chem. 388, 809–823 (2007).

Artikel CAS Google Scholar

Motojyuku, M. et al. Bestimmung von Glyphosat, Glyphosat-Metaboliten und Glufosinat in menschlichem Serum mittels Gaschromatographie-Massenspektrometrie. J. Chromatogr. B Anal. Technol. Biomed. Lebenswissenschaft. 875, 509–514 (2008).

Artikel CAS Google Scholar

Valdez, CA, Leif, RN & Alcaraz, A. Effektive Methylierung und Identifizierung von Phosphonsäuren, die für chemische Kampfstoffe relevant sind, vermittelt durch Trimethyloxoniumtetrafluorborat für ihren qualitativen Nachweis durch Gaschromatographie-Massenspektrometrie. Anal. Chim. Acta. 933, 134–143 (2016).

Artikel CAS Google Scholar

Valdez, CA, Marchioretto, MK, Leif, RN & Hok, S. Effiziente Derivatisierung von Methylphosphon- und Aminoethylsulfonsäuren im Zusammenhang mit Nervenkampfstoffen gleichzeitig in Böden unter Verwendung von Trimethyloxoniumtetrafluorborat für deren verbesserte, qualitative Erkennung und Identifizierung durch EI-GC-MS und GC- FPD. Forensische Wissenschaft. Int. 288, 159–168 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Macomber, RS Veresterung von Phosphonsäuren mit Diazomethan. Synth. Komm. 7, 405–407 (1977).

Artikel CAS Google Scholar

Amphaisri, K., Palit, M. & Mallard, G. Thermisch unterstützte Methylierung und anschließende Silylierung geplanter Säuren der Konvention für chemische Waffen zur Vor-Ort-Analyse und ihr Vergleich mit den anderen Methoden der Methylierung. J. Chromatogr. A. 1218, 972–980 (2011).

Artikel CAS Google Scholar

Halket, J. & Zaikin, V. Derivatisierung in der Massenspektrometrie – 3. Alkylierung (Arylierung). EUR. J. Massenspektrometer. 10, 1–19 (2004).

Artikel CAS Google Scholar

Palit, M., Gupta, AK, Jain, R. & Raza, SK Bestimmung von Pentafluorbenzylderivaten von Phosphon- und Phosphonothiosäuren mittels Gaschromatographie-Massenspektrometrie. J. Chromatogr. A. 1043, 275–284 (2004).

Artikel CAS Google Scholar

Knapp, DR Handbook of Analytical Derivatization Reactions 1. Aufl. (Wiley, 1979).

Google Scholar

Valdez, CA et al. Methylierungsprotokoll für den retrospektiven Nachweis von Isopropyl-, Pinacolyl- und Cyclohexylmethylphosphonsäuren, Hinweismarkern für die Nervengifte Sarin, Soman und Cyclosarin, in geringen Mengen in Böden mittels EI-GC-MS. Wissenschaft. Gesamtumgebung. 683, 175–184 (2019).

Artikel ADS CAS Google Scholar

van't Erve, TJ, Rautiainen, RH, Robertson, LW & Luthe, G. Trimethylsilyldiazomethan: Ein sicheres, nicht explosives, kostengünstiges und weniger toxisches Reagenz für die Phenolderivatisierung in GC-Anwendungen. Umgebung. Int. 36, 835–842 (2010).

Artikel Google Scholar

Pagliano, E. Vielseitige Derivatisierung für GC-MS und LC-MS: Alkylierung mit Trialkyloxoniumtetrafluorboraten für anorganische Anionen, Abbauprodukte chemischer Kampfstoffe, organische Säuren und Proteomanalyse. Anal. Bioanal. Chem. 412, 1963–1971 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Standard-Referenzdatenprogramm, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD. Standardreferenzdatenbank IA (2011) http://www.nist.gov/srd/nist1a.htm.

Valdez, CA, Leif, RN, Hok, S. & Alcaraz, A. Bewertung der Zuverlässigkeit der NIST-Bibliothek während routinemäßiger GC-MS-Analysen: Struktur- und Spektraldatenbestätigung für 5,5-Diphenyl-1,3-dioxolan-4 -eines während einer kürzlich durchgeführten OPCW-Eignungsprüfung. J. Massenspektrometer. 53, 419–422 (2018).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Nyanyira, C. The OPCW Central Analytical Database, Chemical Weapons Convention Chemicals Analysis: Sample Collection, Preparation and Analytical Methods (ed Mesilaakso, M.) 133–149 (Wiley, 2005).

Otsuka, M., Tsuge, K., Seto, Y., Miyaguchi, H. & Uchiyama, M. Analyse von Abbauprodukten von Nervenkampfstoffen mittels Post-Pentafluorbenzylierung-Flüssigkeitschromatographie-Tandem-Massenspektrometrie. J. Chromatogr. A. 1577, 31–37 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Hamachi, A., Imasaka, T., Nakamura, H., Li, A. & Imasaka, T. Bestimmung von Nervengift-Metaboliten durch ultraviolette Femtosekunden-Laserionisations-Massenspektrometrie. Anal. Chem. 89, 5030–5035 (2017).

Artikel CAS Google Scholar

Iversen, T. & Bundle, DR Benzyltrichloracetimidat, ein vielseitiges Reagenz für die säurekatalysierte Benzylierung von Hydroxygruppen. J. Chem. Soc. Chem. Komm. 23, 1240–1241 (1981).

Artikel Google Scholar

Eckenberg, P., Groth, U., Huhn, T., Richter, N. & Schmeck, C. Eine nützliche Anwendung von Benzyltrichloracetimidat für die Benzylierung von Alkoholen. Tetrahedron 49, 1619–1624 (1993).

Artikel CAS Google Scholar

Stone, R. Wie man einen Nervenkampfstoff besiegt. Wissenschaft 359, 23 (2018).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Blum, M.-M. & Murty, MRVS Analytische Chemie und die Chemiewaffenkonvention. Anal. Bioanal. Chem. 406, 5067–5069 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Valdez, CA et al. Acylierung als erfolgreiche Derivatisierungsstrategie für die Analyse von Pinacolylalkohol in einer glycerinreichen Matrix mittels GC-MS: Anwendung während eines OPCW-Ringversuchs. Anal. Bioanal. Chem. 413, 3145–3151 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Albo, RLF, Valdez, CA, Leif, RN, Mulcahy, HA & Koester, C. Derivatisierung von Pinacolylalkohol mit Phenyldimethylchlorsilan zur verbesserten Detektion durch Gaschromatographie-Massenspektrometrie. Anal. Bioanal. Chem. 406, 5231–5234 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Wnuk, SF et al. Doppelt homologierte Dihalovinyl- und Acetylenanaloga von Adenosin. Synthese, Wechselwirkung mit S-Adenosyl-l-Homocystein-Hydrolase sowie antivirale und zytostatische Wirkung. J. Med. Chem. 43, 1180–1186 (2000).

Artikel CAS Google Scholar

Wnuk, SF et al. Zuckermodifizierte konjugierte Dienanaloga von Adenosin und Uridin. Synthese, Wechselwirkung mit S-Adenosyl-l-Homocystein-Hydrolase sowie antivirale und zytostatische Wirkung. J. Med. Chem. 45, 2651–2658 (2002).

Artikel CAS Google Scholar

Showalter, BM et al. Diazeniumdiolat-Ionen als Abgangsgruppen in anomeren Verdrängungsreaktionen: Eine Schutz-Entschützungs-Strategie für ionische Diazeniumdiolate. Marmelade. Chem. Soc. 127, 14188–14189 (2005).

Artikel CAS Google Scholar

Valdez, CA et al. Synthese und Elektrochemie von 2-Ethenyl- und 2-Ethanyl-Derivaten von 5-Nitroimidazol und antimikrobielle Aktivität gegen Giardia lamblia. J. Med. Chem. 52, 4038–4053 (2009).

Artikel CAS Google Scholar

Abramson, D. & Blecher, M. Quantitative zweidimensionale Dünnschichtchromatographie natürlich vorkommender Phospholipide. J. Lipid. Res. 5, 628–630 (1964).

Artikel CAS Google Scholar

Barrett, GC Jod als „zerstörungsfreies“ Farbreagenz in der Papier- und Dünnschichtchromatographie. Natur 194, 1171–1172 (1962).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Valdez, CA et al. Hydrolytische Reaktivitätstrends bei potenziellen Prodrugs der O2-glykosylierten Diazeniumdiolat-Familie. Stickoxid gezielt auf Makrophagen richten, um antileishmanielle Aktivität zu erzielen. J. Med. Chem. 51, 3961–3970 (2008).

Artikel CAS Google Scholar

Referenzen herunterladen

Dieses Dokument (LLNL-JRNL-841699) wurde als Bericht über Arbeiten erstellt, die von einer Behörde der US-Regierung gesponsert wurden. Weder die Regierung der Vereinigten Staaten noch Lawrence Livermore National Security, LLC oder einer ihrer Mitarbeiter geben irgendeine ausdrückliche oder stillschweigende Garantie oder übernehmen eine rechtliche Haftung oder Verantwortung für die Richtigkeit, Vollständigkeit oder Nützlichkeit von Informationen, Geräten, Produkten usw offengelegten Prozess oder versichert, dass seine Verwendung keine privaten Rechte verletzen würde. Verweise hierin auf ein bestimmtes kommerzielles Produkt, Verfahren oder eine bestimmte Dienstleistung durch Handelsnamen, Warenzeichen, Hersteller oder auf andere Weise stellen nicht notwendigerweise eine Billigung, Empfehlung oder Bevorzugung durch die US-Regierung oder Lawrence Livermore National Security, LLC dar oder implizieren diese. Die hier geäußerten Ansichten und Meinungen der Autoren geben nicht unbedingt die der Regierung der Vereinigten Staaten oder von Lawrence Livermore National Security, LLC wieder und dürfen nicht für Werbe- oder Produktempfehlungszwecke verwendet werden.

Diese Arbeit wurde unter der Schirmherrschaft des US-Energieministeriums vom Lawrence Livermore National Laboratory unter dem Vertrag DE-AC52-07NA27344 durchgeführt.

Forensic Science Center, Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, CA, USA

Alagu Subramanian, José A. Rosales, Roald N. Leif und Carlos A. Valdez

Abteilung für Nuklear- und Chemiewissenschaften, Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, CA, USA

Alagu Subramanian, Roald N. Leif und Carlos A. Valdez

Abteilung für Biowissenschaften und Biotechnologie, Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, CA, USA

Alagu Subramanian

NNSA-MSIIP Summer Fellow, University of Texas, El Paso, TX, USA

Jose A. Rosales

Globale Sicherheitsdirektion, Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, CA, USA

José A. Rosales, Roald N. Leif und Carlos A. Valdez

Lawrence Livermore National Laboratory, 7000 East Avenue, L-090, Livermore, CA, 94550, USA

Carlos A. Valdez

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

AS und RNL führten die EI-GC-MS-Analyse durch. JAR führte die Synthese der im Projekt verwendeten Standards durch und führte die NMR-Experimente durch. CAV verfasste den Haupttext des Manuskripts und bereitete die Abbildungen vor. Alle Autoren haben das Manuskript überprüft.

Korrespondenz mit Carlos A. Valdez.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die Originalautor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht gesetzlich zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Subramanian, A., Rosales, JA, Leif, RN et al. Benzyltrichloracetimidate als Derivatisierungsmittel für Phosphonsäuren im Zusammenhang mit Nervenkampfstoffen durch EI-GC-MS während OPCW-Eignungsprüfungsszenarien. Sci Rep 12, 21299 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-25710-4

Zitat herunterladen

Eingegangen: 14. Oktober 2022

Angenommen: 02. Dezember 2022

Veröffentlicht: 09. Dezember 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-25710-4

Jeder, mit dem Sie den folgenden Link teilen, kann diesen Inhalt lesen:

Leider ist für diesen Artikel derzeit kein gemeinsam nutzbarer Link verfügbar.

Bereitgestellt von der Content-Sharing-Initiative Springer Nature SharedIt

Durch das Absenden eines Kommentars erklären Sie sich damit einverstanden, unsere Nutzungsbedingungen und Community-Richtlinien einzuhalten. Wenn Sie etwas als missbräuchlich empfinden oder etwas nicht unseren Bedingungen oder Richtlinien entspricht, kennzeichnen Sie es bitte als unangemessen.