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Eau-18O, connue sous le nom d'eau lourde oxygénée, CAS 14314-42-2, la formule moléculaire H2O est une substance chimique. Également connue sous le nom d’eau oxygène 18. Composés avec une abondance naturelle d'hydrogène et 100% 18O. Poids moléculaire 20,01496. Point d'ébullition 100,13 degrés, point de fusion 0,28 degrés. La température à 25 degrés avec une densité de 1,10935 g/cm3 et une densité maximale de 1,11253/cm3 est de 4,305 degrés. Liquide incolore, inodore et insipide. Certaines propriétés physiques sont légèrement différentes de celles de l’eau ordinaire. Le rapport de pression de vapeur liquide est. La distillation avec de l'eau NO est produite par des méthodes de distillation à basse -température et de distillation de l'oxygène à basse température-. Principalement utilisé comme traceur dans les domaines de la recherche scientifique tels que la chimie, la biologie, la médecine, l'agriculture, la géologie, etc. Des échantillons d'étalonnage artificiels peuvent également être préparés avec du H216O isotopiquement pur. Utilisé pour préparer le médicament de tomographie par émission de positons SF-FDG, essentiel pour la technologie de tomographie par émission de positons. Le processus de synthèse du SF-FDG est réalisé en bombardant de l'oxygène 18 dans de l'eau lourde oxygénée avec un cyclotron médical pour obtenir des ions fluor 18, qui réagissent ensuite avec des matériaux non radioactifs par réaction de substitution nucléophile.
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Formule chimique |
H218O |
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Masse exacte |
20 |
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Poids moléculaire |
20 |
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m/z |
20 (100.0%) |
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Analyse élémentaire |
H, 10.07; O, 89.93 |
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Actuellement,Eau-18Oest principalement produit par la réaction d'oxydation-réduction de H2 et 02 sous l'action de catalyseurs de métaux précieux. Parmi eux, 02 est produit par électrolyse de l’eau double standard (D2O), obtenue par distillation de l’eau naturelle. Les brevets eNloo342955e et CN101618857B décrivent un procédé permettant d'obtenir de l'eau lourde oxygénée à partir d'eau naturelle par distillation, électrolyse et réactions catalytiques. La principale caractéristique de cette méthode est l'utilisation de treillis métalliques en platine ou de catalyseurs en métaux précieux tels que des catalyseurs.
L'invention concerne un dispositif et un procédé de préparation d'eau lourde oxygénée utilisant H2 et 1802 comme matières premières :
Plus précisément, l'invention concerne un appareil et un procédé de préparation de H2180 (eau oxygénée lourde) par réaction radicalaire plasmatique d'un mélange de H2 et de 1802 dans des conditions sans catalyseur. L'appareil se compose de cinq parties : un réacteur à plasma, un contrôle du débit de gaz, une alimentation plasma, un dispositif de circulation d'eau de refroidissement et un chromatographe en phase gazeuse pour détecter les gaz d'échappement. Parmi eux, le réacteur à plasma composé de matériaux tels que le quartz et le verre dur constitue le cœur de l'appareil. L'eau lourde oxygénée peut être directement obtenue à partir d'un mélange de H2-1802 avec une concentration de 1 à 5 % en mole en utilisant 18O2 comme matière première. Le dispositif est simple et facile à utiliser, et l'eau lourde oxygénée obtenue ne contient pas d'autres impuretés et peut être directement utilisée.
L'invention concerne un dispositif pour préparer de l'eau lourde oxygénée utilisant H2 et 1802 comme matières premières, comprenant un réacteur à plasma, un contrôle du débit de gaz, une alimentation en énergie plasma, un dispositif de circulation d'eau de refroidissement et un chromatographe en phase gazeuse pour détecter la composition des gaz d'échappement ; Sa caractéristique est que le réacteur à plasma se compose de trois parties, à savoir le tube de réaction de décharge, le tube de condenseur et le réservoir de collecte d'eau lourde en oxygène ;
Le tube de réaction à décharge est une structure à manchon tubulaire, dont le corps principal est constitué de tubes en verre de quartz d'un diamètre extérieur de 8 à 15 mm. L'électrode centrale utilise une tige métallique d'un diamètre extérieur de 2 à 4 mm et l'électrode de mise à la terre utilise un manchon métallique étroitement fixé au tube en verre de quartz ; Le tube du condenseur est fabriqué en verre dur et le tube intérieur adopte une structure en spirale pour augmenter la zone de contact entre le gaz de réaction et l'eau de refroidissement en circulation. La partie extérieure du tube en spirale est entourée d'un manchon en verre et remplie d'eau de refroidissement en circulation.
La partie inférieure du tube du condenseur a une entrée d'eau de circulation de refroidissement, et la partie supérieure a une sortie d'eau de circulation de refroidissement ;
Le réservoir de collecte d’eau lourde en oxygène est également constitué de verre dur. Il y a un port d'échantillonnage à l'extrémité inférieure du réservoir de collecte, qui est contrôlé par une vanne d'échantillonnage. Il y a une sortie de gaz résiduaire à l’extrémité supérieure du réservoir de collecte ;
Le contrôle du débit de gaz utilise des débitmètres massiques pour contrôler les débits de H2 et de 1802 séparément, puis les mélange uniformément dans le réacteur à plasma via un mélangeur ;
L'alimentation plasma adopte une alimentation CA haute tension-, avec la ligne haute tension-connectée à l'électrode métallique haute tension-au centre du réacteur et la ligne de mise à la terre connectée à l'électrode de mise à la terre métallique à l'extérieur du réacteur. La puissance de décharge dans le réacteur est contrôlée en ajustant la tension ;
Le dispositif de circulation d'eau de refroidissement adopte une pompe de circulation de refroidissement à basse température-pour contrôler la température et le débit de l'eau de refroidissement ;
Le chromatographe en phase gazeuse utilisé pour détecter la composition des gaz d'échappement adopte une colonne de tamis moléculaire 5A pour vérifier si la réaction 1802 est terminée.
Procédé de synthèse de composés marqués par un isotope utilisantEau-18O
Les composés marqués par des isotopes peuvent jouer un rôle important dans l’étude des mécanismes réactionnels et d’autres aspects. Afin de comprendre la rupture et la formation de liaisons chimiques spécifiques dans les réactions, des composés marqués à des positions spécifiques peuvent être utilisés. Des recherches sur sa synthèse ont également été menées de manière approfondie.
L'oxygène présent dans la nature est principalement O-16 et contient également l'isotope stable O-18. L'enrichissement en oxygène isotopique des produits naturels peut produire des produits riches en O-18, généralement stockés sous forme d'eau lourde oxygénée H182O. La préparation de composés organiques marqués au O-18 peut être réalisée en introduisant du O-18 à partir d'eau lourde oxygénée comme matière première.
Pour la plupart des isotopes, les composés substitués par des isotopes ne présentent aucune différence significative en termes de propriétés thermodynamiques et cinétiques par rapport aux produits naturels. La synthèse de composés substitués par des isotopes stables peut suivre les mêmes principes et méthodes que les composés naturels, mais leurs caractéristiques doivent néanmoins être prises en compte. En raison du coût élevé des composés de marquage, il est nécessaire de veiller à la conservation des matières premières et à la sélection des réactions de préparation et des méthodes opératoires appropriées. Dans le processus de synthèse ordinaire, afin de favoriser le déplacement de l'équilibre de certaines réactions d'hydrolyse et d'augmenter le rendement, un excès d'eau est souvent ajouté ou de l'eau est utilisée comme solvant. Lors de la préparation de composés marqués, cette méthode ne peut pas être utilisée et une réaction d’hydrolyse facile à réaliser doit être sélectionnée.
Les réactions d'hydrolyse couramment utilisées dans la synthèse des composés marqués à l'isotope O-18 sont les réactions d'hydrolyse des nitriles, des halogénures d'acide, des esters, des imines, etc. Parfois, de meilleurs résultats peuvent également être obtenus grâce à des réactions d'échange isotopique.
Appareil à eau lourde et oxygénée
La première installation de production de 100 kg/an d'eau lourde oxygénée (oxygène-18) en Chine a achevé le génie civil sur la base industrielle de Jinshan à Shanghai. Le dispositif consiste principalement en une série de tours de séparation à haut rendement, mises en service en mars 2007. Il comblera le vide dans l'industrialisation de l'eau lourde oxygénée en Chine et mettra complètement fin à l'histoire de dépendance exclusive pour ce produit aux importations.
Eau-18Oest un produit à haute valeur ajoutée-qui peut être largement utilisé dans des-domaines de recherche haut de gamme tels que les mécanismes de réaction chimique, les sciences de la vie, la recherche pharmaceutique et la médecine nucléaire. Il est rapporté que la production d’eau lourde oxygénée est basée sur l’eau naturelle comme matière première, qui contient généralement 0,2 % d’eau lourde oxygénée. Cependant, pour extraire cette teneur extrêmement faible en eau lourde en oxygène, une technologie et un équipement de séparation efficaces sont nécessaires, ce qui est extrêmement difficile. Dans le passé, seuls les États-Unis, la Russie et Israël étaient capables de produire de tels produits dans le monde.
La technologie de production de cet appareil à eau lourde et oxygénée provient de l'Institut de recherche chimique de Shanghai. L'Institut de recherche sur l'industrie chimique de Shanghai est engagé dans la séparation de l'oxygène-18 dans l'eau naturelle depuis 2002. Après plus de 3 ans de recherche et de développement, il a produit de l'eau lourde en oxygène de haute pureté avec une teneur d'environ 98 %. Grâce à des essais cliniques, il a été prouvé que la qualité du produit répond aux normes internationales et peut remplacer complètement les produits étrangers importés, avec des coûts de production inférieurs à ceux de produits étrangers similaires.
Sur le marché international, le prix de vente par gramme d'eau oxygénée est de 90-120 dollars américains, tandis que sur le marché intérieur, le prix de vente dépasse 1 000 yuans par gramme. La demande mondiale actuelle en eau lourde oxygénée de haute pureté est d’environ 600 kilogrammes par an, et elle augmente à un rythme annuel moyen de 20 à 30 % ; La demande annuelle actuelle en Chine est d'environ 10 kilogrammes, et on s'attend à ce que la demande intérieure dépasse 50 kilogrammes d'ici 2010. Par conséquent, après la mise en service du dispositif de 100 kg/an, une grande partie des produits chinois sera exportée vers le marché international.
réaction indésirable
L'eau 18O (eau lourde en oxygène) est une molécule d'eau marquée avec des isotopes de l'oxygène 18 et ses propriétés chimiques sont très similaires à celles de l'eau ordinaire (H ₂ O), mais en raison des effets isotopiques, ses propriétés physiques (telles que la densité et le point d'ébullition) présentent de légères différences. Selon les recherches existantes, l'eau 18O n'a pas été classée comme substance dangereuse à des fins de recherche et de développement, mais ses effets potentiels sur la santé doivent être évalués de manière exhaustive en fonction des voies d'exposition, des doses et de la sensibilité individuelle.
Toxicité aiguë : Des doses élevées peuvent provoquer une irritation locale, mais le risque de mortalité est extrêmement faible.
La dose létale médiane orale (DL ₅₀) pour les rats est supérieure à 90 000 mg/kg, ce qui indique que seules des doses orales extrêmement élevées (équivalentes à 9 % du poids corporel) peuvent présenter un risque mortel.
Dans le cadre de la recherche et du développement, l'eau 18O est souvent utilisée pour le micro-étiquetage ou le traçage, avec une exposition orale extrêmement faible, de sorte que le risque d'intoxication aiguë peut être ignoré.
Exposition par injection
L'injection intrapéritonéale de LD ₅₀ chez la souris était de 190 mg/kg et l'injection intraveineuse de LD ₅₀ était de 25 mg/kg, ce qui indique qu'une injection à forte dose-peut provoquer des réactions de toxicité aiguë (telles qu'une hémolyse et des lésions organiques).
Pertinence clinique : en imagerie TEP-CT, l'eau-18O est utilisée comme précurseur pour synthétiser le ¹⁸ F-FDG (fluorodésoxyglucose), mais la radioactivité de l'oxygène-18 dans le médicament final a été remplacée par le fluor-18, de sorte que les patients reçoivent des doses extrêmement faibles d'eau-18O et il n'y a aucun risque de toxicité aiguë.
L'inhalation ou le contact cutané peut provoquer une irritation respiratoire ou cutanée, mais les données existantes ne précisent pas de seuil spécifique.
Suggestion d'opération : Manipulez les échantillons liquides dans une hotte, portez des gants de protection (tels que des gants en caoutchouc nitrile) et des lunettes, et évitez tout contact direct.
Risque d'exposition à long terme : manque de recherche systématique, il faut prêter attention aux effets cumulatifs potentiels
Données de toxicité chronique manquantes
À l'heure actuelle, il n'existe pas d'expérimentation animale à long terme ni d'études épidémiologiques évaluant la toxicité chronique (telle que la cancérogénicité et la toxicité pour la reproduction) de l'eau-18O.
Hypothèse de l'effet isotopique : l'Oxy-18 est un isotope stable qui ne subit pas de désintégration radioactive, son risque à long terme-peut donc être inférieur à celui des isotopes radioactifs (tels que ¹⁸ F), mais il convient néanmoins de faire preuve de prudence quant aux effets d'une exposition cumulative à forte dose sur le système métabolique.
Voies métaboliques et d'excrétion
L'eau-18O est excrétée par le corps par des voies métaboliques normales telles que la respiration et la miction, avec une demi-vie similaire à celle de l'eau ordinaire (environ plusieurs heures à plusieurs jours).
Hypothèse clé : l'absorption à long terme de doses élevées-(telles que le remplacement de l'eau) peut perturber l'équilibre isotopique de l'oxygène dans le corps, mais de tels scénarios sont extrêmement rares dans la recherche et le développement actuels.
Risque à usage particulier
Détection des isotopes stables de l'ADN (SIP) : dans la recherche en microbiologie environnementale, l'eau-18O est utilisée pour suivre l'activité métabolique microbienne, mais la taille de l'échantillon est extrêmement petite (micro-amélioration) et il n'y a aucun risque significatif pour les opérateurs.
Synthèse en médecine nucléaire : dans la préparation du ¹⁸ F-FDG, l'eau-18O n'est utilisée que comme matériau cible, et dans le produit final, l'oxygène-18 est remplacé par le fluor-18, il n'y a donc aucun risque d'exposition à long terme pour les patients et le personnel médical.
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