2-苯乙醇（精选12篇）
2-苯乙醇 篇1
2-苯乙醇 (2-phenylethanol, 简称PEA) 是一种具有淡雅玫瑰香气的芳香醇, 自然存在于许多植物的精油中, 并是发酵类食品的风味物质之一。因其愉悦的香气颇受人们的喜爱, PEA被大量应用于玫瑰型及其他类型的香精配方中, 在食品和化妆品等领域中有着广泛的应用[1]。
目前, 绝大部分PEA是用苯或苯乙烯通过化学途径合成的, 这些原料都是致癌物质, 对人体健康和环境有巨大危害。此外, 化学合成的PEA中常含有一些难以除去的副产物, 严重影响了产品质量[2]。随着生活水平的提高和对健康的关注, 人们越来越崇尚绿色和天然产品。所谓的“天然”是指此物质必须来源于自然, 通过物理、酶或微生物途径产生[3]。
从玫瑰等植物精油中提取天然2-苯乙醇, 存在着原料不足和成本过高等原因而无法进行大规模的工业生产。飞速发展的生物技术使得利用微生物转化法生产PEA具有很高的可行性。
PEA是医学上传统的杀菌剂, 1g/L的PEA就能够抑制大多数微生物的生长。酵母菌是对PEA耐受性较高的微生物之一, 即便如此, Stark D[4]等人的研究表明其生产PEA的理论最大浓度也只是3.8g/L, 因为在此浓度下酵母菌已经被完全抑制。原位产物分离技术 (In situ product removal, 简称ISPR) 是解决该瓶颈的有效方法[5]。陆军[6]用酵酒酵母在含6g/L苯丙氨酸的水/油酸两相体系中转化48h, 产生PEA的浓度已经达到3g/L。油酸对细胞有一定的毒性, 影响菌体的生长和转化。因此, 笔者尝试向两相转化体系中直接接入大量菌体进行转化的方法, 目前国内外尚无使用该方法提高PEA产量的报道。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 实验材料
酿酒酵母 (Saccharomyces cerevisiae CICIMY0086) , 江南大学工业微生物资源与信息中心赠送。
1.1.2 试剂
PEA标样 (实验试剂) :昆山绿洲香料有限公司;底物L-Phe (分析纯) :江苏华邦生化科技有限公司;L-Phe标样、MgSO4·7H2O (分析纯) 、Na2HPO4 (分析纯) , 中国医药集团上海化学试剂有限公司;油酸 (化学纯) 、葡萄糖 (分析纯) 、蛋白胨、酵母膏 (生化试剂) :国药集团化学试剂有限公司;Yeast Nitrogen Base (YNB) :生工生物工程 (上海) 有限公司;甲醇 (色谱纯) :江苏江邦科技有限公司。
1.1.3 仪器
电子天平, Mettle公司;超净工作台, 苏净集团安泰公司;往复式摇床, 无锡查桥轻机厂;LRH-190-S恒湿恒温培养箱, 广东省医疗器械厂;GSP-77-03磁力搅拌器, 江苏泰县姜埝无线电厂;立式圆形压力蒸汽灭菌器, 上海医用核子仪器厂;Allegra X-15R冷冻离心机, Beckman Coulter;Summit高效液相色谱仪, 美国戴安。
1.1.4 培养基
(1) 斜面培养基:
土豆培养基。
(2) 种子培养基:
葡萄糖10g/L, 蛋白胨20g/L, 酵母膏10g/L。
(3) 起始转化培养基:
葡萄糖35g/L, L-Phe 6g/L, MgSO4·7H2O 0.5g/L, Na2HPO4 0.4g/L, 无氨基酸无硫酸铵酵母氮碱 (YNB) 1.8g/L, 调pH 5.0。
1.2 方法
1.2.1 培养方法
(1) 活化培养:
斜面于30℃下培养48h。
(2) 种子培养:
从活化斜面接一环菌至种子培养基中, 然后在30℃、100r/min培养24h。
(3) 单水相发酵:
以6%接种量将种子液接种于转化培养基, 装液量为50mL/250mL, 摇床温度和转速同种子培养条件, 48h时终止发酵。
(4) 双水相菌体转化:
4℃、4 000r/min离心种子液5min收集菌体, 用生理盐水洗涤再次离心后, 以0.7g湿菌体/25mL的接种量接入转化培养基, 装液量为 (25mL培养基+25mL油酸) /250mL, 其余培养条件同 (3) 。
1.2.2 PEA生成与酵母菌体生长关系的考察
在单一水相摇瓶发酵过程中, 每隔4h取样一次。取1ml所取发酵液样品稀释至25ml, 在600nm处测OD, 余下样品按1.2.4中所述方法检测PEA浓度。绘制OD和PEA浓度随发酵时间变化过程图, 确定PEA的生成与菌体生长的关系。
1.2.3 优化转化培养基
大量菌体的接入将使得葡萄糖和苯丙氨酸等的消耗加快, 因此需要对转化培养基进行优化。在单因素实验的基础上, 选取对PEA产率影响较大的葡萄糖、L-Phe、YNB和Na2HPO4为主要因素, 进行L9 (34) 的正交设计实验 (见表1) 。每个组合进行3次重复实验, 取其平均值为该条件下的PEA产率。
1.2.4 检测方法
(1) 发酵液预处理
a.单一水相发酵液4 000r/min离心5min, 取澄清液用0.45μm微滤膜过滤, 待测。
b.油酸-水两相发酵液4 000r/min离心5min, 取上层油相2mL用色谱纯的甲醇稀释至10ml, 对油相的甲醇稀释液和下层的水相分别用0.45μm微滤膜过滤 (前者用有机膜后者用无机膜) , 然后用高效液相色谱法分析。
(2) HPLC检测条件[2]
色谱柱:Kromasil C18 (250×4.6mm, 5μm, 100A) ;流动相:甲醇/水=1:1 (v/v) ;流速:1mL/min;柱温:30℃;进样量:10μL;检测波长:260nm。
2 结果与分析
2.1 2-苯乙醇的生成与菌体生长的关系
酵母在28h进入稳定期, 在指数生长期的8h～28h内, PEA以近似恒定0.081g/ (h·L) 的转化速率生成;在进入稳定期后, PEA的生成速率并没有下降, 而是保持到44h, 直至因PEA浓度过高而对细胞产生了强烈的毒性 (见图1) 。这表明PEA的产生与菌体生长是部分偶联的, 因此, 向两相体系中接入大量酵母菌体进行直接转化的方法在理论上是可行的。
2.2 转化培养基的优化
2.2.1 单因素对转化的影响
2.2.1.1 葡萄糖浓度对转化的影响
葡萄糖作为转化过程中的碳源, 对苯乙醇的产率有着重要的影响。在起始转化培养基中进行菌体在单一水相中转化的过程中, 在6h已检测不到葡萄糖的存在, 为此需要提高葡萄糖的浓度。但过高的葡萄糖浓度将使酿酒酵母因供氧的不足而产生无氧呼吸, 无氧呼吸产生的乙醇与PEA的联合毒性将远远大于他们各自的毒性, 并对细胞产生不可逆转的伤害[4]。随葡萄糖浓度的改变PEA产率的变化如图2所示, 产物浓度在葡萄糖浓度50g/L处达到最大, 再加大葡萄糖的浓度则PEA产率略有下降。
2.2.1.2 苯丙氨酸起始浓度
只有在苯丙氨酸为惟一氮源情况下, 由其向PEA转化的艾氏途径才能占优势[4]。因此, L-Phe既作为细胞的氮源又是转化生成PEA的前体。考察其浓度对PEA产率的影响, 结果表明, 在L-Phe浓度为8g/L时PEA浓度达到最大, 再加大L-Phe浓度对转化无益 (见图3) 。
2.2.1.3 YNB、MgSO4和Na2HPO4浓度对转化的影响
a.无氨基酸无硫酸铵酵母氮碱YNB (Yeast Nitrogen Base, without amino acid and ammonium aulfate) :YNB主要成分为维生素、微量元素以及硫酸镁、氯化钠、磷酸二氢钾。因其中不含有氨基酸及硫酸铵, 避免了因引入其它氮源而影响L-Phe的转化, 很适合为本转化体系提拱维生素和微量元素。考察其加入量对PEA产率的影响, 结果如图4。YNB最佳浓度为2.7g/L。
b.MgSO4和Na2HPO4:镁离子是许多重要酶的激活剂。磷酸根离子对细胞内电子传递和还原性辅酶的积累与氧化起着重要的调节作用, 影响着许多代谢产物的合成。对加入MgSO4·7H2O和Na2HPO4的量对转化的影响进行考察, 结果表明, 加入磷酸盐的量为0.6g/L时PEA产率最大;镁盐加入量对PEA产率的影响相对较小, 原因可能是所加入的YNB中已含有一定量的镁离子, 需另加硫酸镁的量为0.7g/L (见图5) 。
2.2.2 多因素正交实验
根据单因素实验结果, 对葡萄糖、L-Phe、YNB和Na2HPO4四个因素进行正交实验。结果表明, 转化培养基中影响2-苯乙醇产率的各因素主次顺序为:葡萄>YNB>L-Phe>Na2HPO4, 实验所得最佳培养基组合为:A3B3C3D2 (见表2) 。补做该组合培养基转化实验, 苯乙醇的平均得率为3.41g/L, 大于正交组合中的最大产率值。因此, 最佳的转化培养基配方为:葡萄糖55g/L, L-Phe 10g/L, YNB 2.7g/L, 硫酸镁0.7g/L, 磷酸氢二钠0.6g/L。
2.3 菌体转化条件
2.3.1 培养条件
对菌体转化的培养条件进行考察, 发现培养温度和摇床转速最佳值分别为30℃和100r/min, 与单水相发酵条件一致。
2.3.2 油酸相与水相体积比
两相体积比值影响影响产物在两相中的分配和传质的快慢。油酸过少则不能及时有效的转移出产物PEA, 近而影响生物转化的速率。油酸过多则加大了其对细胞的毒性和给后续的产物分离纯化带来困难。维持油酸相与水相的总体积为50ml不变, 改变两相的体积比值, 研究其对PEA产量的影响。结果表明, 油酸∶水=1∶1时, PEA产量最大。
2.3.3 油酸加入的时间对转化的影响
菌体接入转化培养基后需要一定的时间适应新的环境, 起始阶段就有油酸的存在可能会延长这段时间, 并影响菌体的转化活性, 因此适当的推迟油酸的加入时间可能会有助于菌体活性的提高和缩短活性恢复所需时间, 并最终提高苯乙醇的产率。研究证明, 在接种后的第9h加入油酸最有利于转化的进行, 其PEA产率为4.47g/L (见图6) 。
2.3.4 接入菌体量及发酵终止时间的确定
接入的菌体量不同会使产醇速率有所不同, 转化结束时间也会有很大区别。接入菌体量 (湿菌体) 分别为0.2g/瓶、0.4g/瓶、0.6g/瓶和0.8g/瓶的转化过程如图7所示。
在0h～9h, 不同接种量的各瓶均有较高的转化速率, PEA快速生成并达到较高水平, 接种量较大的PEA浓度也会较高。在加入油酸后, 各接种量下的转化速率都明显降低, 这可能是油酸对菌体的毒性和对体系环境的重大改变 (如发酵液体积、溶氧和pH等) 所导致的。经过6h的调整和适应后, 菌体转化活性再次提高, 继续较快生成PEA, 酵母接入量越大的生成速率也越高。如图所示, 菌体量为0.8g/25mL和0.6g/25mL的最终PEA产率较高, 前者的转化终了时间为24h, 后者为27h, 因其转化时间和最终产率相差不大, 选用0.6g/25mL的接入量转化27h作为最佳转化条件, 此条件下转化终止时PEA浓度为4.55g/L, 比国内所报道[6]两相单批转化最高产量3g/L高出51.7%。
3 讨论
2-苯乙醇对微生物有很大的毒性, 这是生物转化法生产中导致产物浓度低下的关键原因。近几年国内外关于解除PEA抑制的研究取得了一定的进展。Etschmann MMW等[8]利用马克斯克鲁维酵母以聚丙二醇作为萃取相, 使PEA产量达到10.2g/L。Stark D等[4]利用酿酒酵母, 以油酸为上相, 在补料分批培养条件下, 使PEA的终浓度达到12.6g/L。梅建凤等[9]从提高菌种的PEA抗性角度, 通过紫外诱变, 获得一株产量达5.4g/L的酿酒酵母菌株。王成涛等[10]采用油酸和聚丙二醇原位产物转移发酵技术, PEA的产量为2.21g/L, 并指出萃取相影响了发酵液的溶氧, 限制了酵母的生长和转化的进行。
本研究将菌体转化法与利用油酸萃取的原位产物分离技术相结合, 一定程度上克服了油酸的毒性, 将2-苯乙醇的产量提高到4.55/L, 发酵周期由48h缩短到27h。在利用有机相进行边发酵边萃取的2-苯乙醇制备过程中, 目前尚没有有效的方法完全消除有机萃取相的不利影响, 限制了2-苯乙醇的产量的进一步提高。用大孔树脂取代有机萃取相, 采用边发酵边吸附的原位分离技术, 或许是解除产物抑制的另一更有效途径。
摘要：目的:利用酿酒酵母 (Saccharomyces cerevisiae CICIMY0086) 菌体在油酸-水两相体系中转化L-苯丙氨酸生成2-苯乙醇, 以期解除产物抑制的同时降低萃取相油酸对转化的不利影响, 提高2-苯乙醇产量。方法:对2-苯乙醇的生成与菌体生长的关系进行考察, 以确定菌体转化法的可行性;通过单因素试验和正交设计试验获得转化培养基最佳配方;对菌体转化条件进行优化。结果:向装液量为25mL/250mL转化培养基中加入0.6g酵母湿菌体, 30℃、100r/min条件下转化, 9h加入等体积油酸, 催化27h, 产物浓度达4.55g/L。结论:2-苯乙醇的制备可以使用菌体转化法, 该法可在一定程度上克服两相转化体系中油酸的毒性影响。
关键词：酿酒酵母,2-苯乙醇,L-苯丙氨酸,两相体系,菌体转化
参考文献
[1]Fabre C E, Blanc PJ, Goma G.2-phenyl alcohol:An aroma profile[J].Perfumer Flavorist, 1998, 23:43-45.
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[3]Etschmann MMW, Bluemke W, Sell D, et al.Biotechnological produc-tion of 2-phenylethanol[J].Applied Microbiology and Biotechnology, 2002, 59:1-8.
[4]Stark D, Zala D, Münch T.Inhibition aspects of the biocomversion of L-phenylalanine to 2-phenylethanol bySaccharomyces cerevisiae[J].Enzymeand Microbial Technology, 2003, 32:212-223.
[5]Freeman A, Woodley J M, Lilly MD.In situ product removal as a tool forbioprocessing[J].Biotechnology, 1993, 11:1007-1012.
[6]陆军, 张伟国.两相体系生物转化L-苯丙氨酸生成2-苯乙醇[J].化工进展, 2008, 27 (3) :417-420.
[7]刘东亚, 金征宇, 陈尚卫, 等.反相高效液相色谱法同时检测发酵液中的L-苯丙氨酸和β-苯乙醇[J].色谱, 2006, 24 (4) :414.
[8]Etschmann MMW, Sell D, Schrader J.Mediumoptimizationforthe produc-tion of the aroma compound2-phenylethanol using a genetic algorithm[J].Journal of Molecular Catalysis B, 2004, 29:187-193.
[9]梅建凤, 闵航.生物转化法合成2-苯乙醇菌种的诱变选育[J].食品与发酵工业, 2007, 33 (5) :22-24.
[10]王成涛, 孙宝国, 曹雁平, 等.酵母菌转化生产天然香料2-苯乙醇的研究[J].现代化工, 2008, 28 (8) :38-41.
2-苯乙醇 篇2
第三章 有机化合物
第三节 生活中两种常见的有机物
（第一课时教案）
｛教学目标｝
1、记住乙醇的主要物理性质。
2、明确乙醇的分子结构，了解官能团和烃的衍生物的概念。
3、学会乙醇的化学性质。
4、了解乙醇的应用。
｛教学重点｝官能团的概念;乙醇的组成,乙醇的氧化反应.
｛教学难点｝使学生建立乙醇的立体结构模型,并能从结构角度初步认识乙醇的氧化这个重要反应.
｛教学过程｝
一. 导入新课
(多媒体)(填词游戏)1.白日放歌须纵酒,青春作伴好还乡.
2.明月几时有,把酒问青天.
3.借问酒家何处有,牧童遥指杏花村.
4.何以解忧,唯有杜康.
〔资料〕杜康酒的由来
(多媒体)相传杜康酒就是偶然将饭菜倒入竹筒,用泥土封住后形成的.酒经过几千年的发展,在酿酒技术提高的同时,也形成了我国博大精深的`酒文化.
二. 推进新课
〔师〕中国的酒文化源远流长,古往今来传颂看许多与酒有关的诗歌和故事.那么你知道酒的主要成分是什么?它具有怎样的结构和性质？
学习某一物质的物理性质时,要观察其颜色,状态,闻其气味,测其熔沸点,溶解性,密度,硬度.
〈展示〉用一试管盛少量的乙醇让学生观察其状态,并闻其气味.
(多媒体)一.乙醇的物理性质.
(1) 乙醇是一种无色液体,具有特殊香味的液体.
(2) 比水轻,沸点78.5℃，熔点-117.3℃,易挥发
(3) 是一种良好的有机溶剂,能与水的任意比互溶.
〔演示实验3-2〕乙醇与钠的反应
〔演示实验3-3〕乙醇的催化氧化
（要求学生总结上述实验现象）
(多媒体)实验3-2的现象:钠粒沉于无水酒精底部,钠块表面有气泡产生.钠粒不熔成闪亮的小球,也不发出响声,反应缓慢.
实验3-3的现象:（1）铜丝有酒精灯上加热后由红色变成黑色.
（2）将红热的铜丝插入乙醇中,铜丝由黑色变为红色,并闻到刺激性气味.
〔师〕由乙醇与钠的反应可以得到什么结论?金属钠保存在什么物质中?
〔点拨〕煤油是多种含碳原子数较少的烃的混合物,也就是说金属钠不能置换出烃中的氢,说明C—H不活泼
(多媒体)(视频)乙醇的分子结构(学生观察)
(多媒体)二.乙醇的组成的结构
分子式:C2H6O
结构式:
结构简式:CH3CH2OH或C2H5OH
〔师〕乙醇分子中含的-OH基团,称为羟基.由于羟基的存在使乙醇的性质不同于乙烷。 (多媒体)三.乙醇的化学性质.
1. 乙醇与钠的反应
2CH3CH2OH+2Na→2CH3CH2ONa+H2↑
（动画）乙醇与钠的反应时化学键的变化
(投影给出乙醇的结构式,要求学生根据上述反应分析乙醇分子中的断键位置)
〔师〕乙醇与钠的反应属于四种基本反应类型中的哪一类反应?
〔投影〕钠与乙醇、钠与水的反应的比较
结论:乙醇羟基上的氢原子不如水分子中的氢原子活泼.
(多媒体)2.乙醇的氧化反应
(1)燃烧:C2H5OH+3O2 2CO2+3H2O
(想一想)完全燃烧后只生成CO2和H2O的有机物一定是烃呢?
(多媒体)（2）乙醇和催化氧化:
(多媒体)探究反应机理
〔师〕乙醇在铜或银做催化剂的条件下,可以被空气中的氧气氧化为乙醛,下面我们一起来探究其反应机理
(多媒体)(3)乙醇可与酸性高锰酸钾溶液成酸性重铬酸钾溶液反应,被直接氧化成乙酸.
(多媒体)〔一则常识〕司机酒后驾车容易肇事,因此,交通法规禁止酒后驾车.
怎样判断呢?用酒精检测仪
K2Cr2O7 Cr2(SO4)3
(橙色) (绿色)
〔师〕乙醇除以上化学性质之外,还有其他化学性质,有兴趣的同学可以选修模块《有机化学基础》中深入学习。物质的性质决定物质的用途，请同学们根据乙醇的性质讨论乙醇的用途.(学生活动)
〔师〕乙醇可以看成是乙烷分子中的氢原子被羟基取代后的产物,像这些烃分子中的氢原子被其他原子或原子团取代而生成的一系列化合物称为烃的衍生物.
(多媒体)烃的衍生物概述
何谓”烃的衍生物”? 何谓”官能团”？ 请列举几种常见的官能团?
(小结乙醇的结构和乙醇的性质以幻灯片形式投影出来)
〔练一练〕1.能用来检验酒精中是否含有水的试剂是(B)
A.CuSO45H2O B.无水硫酸铜 C.浓硫酸 D.金属钠
2.乙醇的分子中不同的化学键如下图:
当乙醇与钠反应时, ① 键断裂;
当乙醇与氧化反应,(Cu作催化剂)时,
①③ 键断裂.
3.等质量的铜片在酒精灯上加热后,分别插入下列溶液中,放置片刻铜片质量增加均为( C )
A.硫酸 B.无水乙醇 C.石灰水 D.盐酸
乙醇燃料坚持“非粮”发展 篇3
石元春院士认为，这是由中国国情所决定的。首先，美国的人均耕地是0.59公顷，中国只有0.11公顷，我们耕地极其缺乏，只有美国的1/5；其次，2005年美国人均拥有粮食1213公斤，中国只有318公斤，只是美国的1/4；第三，2005年中国经进口使用油籽2604万吨，食糖是103万吨。针对这个国情我们提出的原则是中国燃料乙醇不争粮地，才可以持续发展。中国燃料乙醇的发展，就是要“试之粮，发之非粮”。
国家发展改革委员会工业司副司长熊必琳指出，为陈化粮问题，国家在十五期间批准建设了4个燃料乙醇生产试点项目：吉林燃料乙醇有限公司、黑龙江华润酒精有限公司、河南天冠燃料集团和安徽丰原燃料酒精股份有限公司。至2005年底，这4家企业规划建设的102万吨燃料乙醇产能全部达产。按照八部委的部署和要求，102万吨按10%的添加，建成了1020万吨的混配乙醇汽油的能力。但是，从去年开始世界各国，包括中国国内，都非常关注的一个问题，就是粮食涨价的问题。以玉米为主的粮食乙醇存在与人争粮问题，现在玉米价格已经涨到了一吨七十几了。为此，6月7日国务院召开的可再生能源会议要求，中国在发展生物燃料乙醇的同时，必须要遵循的“三个不得”，即：不得占用耕地，不得消耗粮食，不得破坏生态环境。同时要坚持以人为本，坚持环境生态保护，坚持科学利用，坚持可持续发展。
中国今后发展的原料基本上就是，薯类即木薯、红薯、红高粱。我国甘薯每年种植面积700万公顷，中国是第一大甘薯种植国，甘薯总产1.5亿吨，占世界总产86%。每公顷产薯干20吨，转化为乙醇3到5吨。木薯种植面积44万公顷，公顷产乙醇3到5吨，而且薯类具有年2500到4000万吨的乙醇生产能力。甜高粱公顷产鲜茎60到80吨，含糖17%到21%，可转化乙醇4到6吨。优点就是用种少，产量高，农田管理简单，需水量只有甘蔗的1/3。生育期4到6个月，可一年到二到三茬。如果能种植1000万公顷，可年产出乙醇4000到6000万吨。
2-苯乙醇 篇4
目前,蓝色荧光粉主要是以Pt[3,4]、Ir[5]、Os[6]等重金属为中心离子,或者以Al[7,8,9]、Cu[10]、Zn[11,12,13]、Be[14,15]为中心离子的金属络合物。苯并噻唑类有机金属络合物由于具有良好的发光性能和较好的电子传输性能备受关注。1996年,Hamada研究小组[16]利用2-(2-羟基苯基)苯并噻唑锌成功制备白光电致发光荧光粉。2003年,Yu研究小组[17]对Zn(BTZ)2的结构和发光性能进行了详细研究。2006年,Xu研究小组[18]在此基础上以Be为中心离子合成了一种新型的苯并噻唑类蓝色有机金属络合物2-(2-羟基苯基)苯并噻唑铍[Be(BTZ)2]。但是,配合物在制备器件时存在成膜性、热稳定性差,易出现荧光猝灭等问题而导致效率降低等缺陷。
本研究旨在合成一种蓝光高分子荧光粉,克服配合物制备器件的缺陷。首先,以Zn2+为金属中心离子、2-(2-羟基苯基)苯并噻唑为第一配体、10-十一烯酸为活性配体合成了反应型的配合物单体2-(2-羟基苯基)苯并噻唑-十一烯酸-锌[Zn(BTZ)(UA)]。再将Zn(BTZ)(UA)与苯乙烯进行溶液聚合反应制备了聚合物聚苯乙烯-2-(2-羟基苯基)苯并噻唑-十一烯酸-锌[St-co-Zn(BTZ)(UA)](PSZn)。通过红外光谱、紫外光谱、荧光光谱和热重分析对Zn(BTZ)UA和PSZn的结构、 发光性能及热力学性能进行了分析研究。
1实验部分
1.1试剂
ZnCl2(分析纯),天津市北辰方正试剂厂;2-(2-羟基苯基) 苯并噻唑(BTZ,分析纯),天津市西恩思生化科技有限公司; 10-十一烯酸(UAH,99%),天津市科密欧化学试剂开发中心; 偶氮二异丁腈(AIBN,分析纯),上海市四赫维化工有限公司; 苯乙烯(St,分析纯),天津市光复精细化工研究所;二甲基亚砜(DMSO,分析纯),天津瑞金特化学品有限公司;无水甲醇(≧99.7%)、无水乙醇(≧99.7%),天津第三化学试剂厂;氢氧化钠(≧90%),天津市登封化学试剂厂。
1.2配合物Zn(BTZ)(UA)的合成过程
称量1mmol的ZnCl2和BTZ,溶于无水甲醇,将BTZ溶液加入到100mL的三口烧瓶中,将ZnCl2滴加到三口烧瓶中, 在58℃下恒温搅拌,用氢氧化钠乙醇溶液调整pH=6~7,黄绿色沉淀析出。0.5h后,用微量注射器逐滴加入1mmol UAH。再次调整pH=6~7,58℃ 恒温持续反应4h,抽滤,沉淀使用无水甲醇洗涤,在60℃真空干燥12h,得到淡黄色粉末。
1.3聚合物PSZn的合成过程
称取0.05mmol Zn(BTZ)(UA),0.05mmol St,溶于5mL DMSO中,加入到三口烧瓶,通氮排氧30min,加热至70℃,加入0.0072g AIBN的DMSO溶液后保温反应12h,得到黏稠状聚合物。将聚合物加入到盛有100mL无水甲醇的溶液中,出现白色絮状沉淀。用无水甲醇和三氯甲烷交替反复洗涤5次,在60℃真空干燥,得到白色聚合物粉末PSZn。
1.4测试方法
聚合物中元素含量使用元素分析仪(Perkin-Elmer)测定, Zn2+含量用等离子体发射光谱法测定;红外光谱使用傅里叶红外光谱仪(FT-IR,Nicolet7199B型),采用KBr压片法,在4000~400cm-1范围内测定;紫外-可见光吸收光谱使用紫外- 可见光谱仪(Cary-300VARIAN型,德国瓦里安公司)测定;荧光光谱采用荧光分光光度仪(F-4500型,日本日立公司)测定; 热重分析采用热重分析仪(TG209F3型,德国NETZSCH公司),以氮气为保护气体,升温速率为10℃/min,在室温到800℃范围内测定。
2结果与讨论
2.1配合物及聚合物的溶解性及组成
该配合物难溶于水、乙醇、甲醇、丙酮,易溶于二氯甲烷、 三氯甲烷、二甲基亚砜、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺。
实验所制聚合物的元素分析测试结果见表1,由测试提供的数据可知理论值与和实验值基本吻合。
2.2聚合物的FT-IR分析
图1是共聚物PSZn与均聚物聚苯乙烯(PS)的FT-IR谱图,共聚物PSZn和均聚物PS的红外光谱相似。共聚物PSZn在3060cm-1出现的吸收峰对应—CH2的反对称和对称伸缩振动峰,1372cm-1处新的吸收峰对应于—CH2的扭曲振动,St单体的C=C双键在聚合后消失,表明St已成功聚合。在共聚物中,500~400cm-1范围内出现多个吸收峰,对应于配合物中Zn—O伸缩振动峰,表明配合物单体成功聚合到高分子链上。共聚物PSZn和均聚物PS的红外光谱相似的原因可能是因为配合物含量少(小于5%),主要表现为均聚物的吸收。
2.3聚合物紫外光谱分析
配合物Zn(BTZ)(UA)、均聚物PS、共聚物PSZn溶于三氯甲烷,浓度为10-4 mol/L,测得其紫外吸收光谱,如图2所示。由图可以看出,配合物的主要吸收峰位于282和337nm处,表现为配体BTZ的吸收,其中282nm处的吸收峰主要来自于配体BTZ苯环的B带吸收,属于π→π跃迁;在337nm处的吸收带归属于苯酚环到苯并噻唑环的分子内电荷转移跃迁。以上分析表明配体BTZ与Zn2+离子成功配合。
聚合物位于270nm处的吸收峰归属于苯环的K带吸收, 属于π→π 跃迁,在334nm处出现的弱吸收峰,是配合物中337nm处R吸收带蓝移产生的峰,是配合物键合到高分子链上后,空间位阻增大,共轭效应增强,导致吸收峰蓝移。而均聚物268nm处的吸收峰红移至270nm,可能是因为配合物Zn(BTZ)(UA)在282nm的吸收峰和均聚物在268nm处吸收峰叠加的结果,说明聚合反应生成共聚物之后形成了更大的共轭体系,使得吸收峰红移。综上所述,配合物Zn(BTZ)UA与高分子单体PS之间成功键合。
2.4荧光光谱分析
配合物和聚合物的荧光光谱采用固体粉末压片法测定, 狭缝宽度为(2.5nm,5.0nm),以395nm为激发波长,测得聚合物的荧光发射光谱(图3),最大发射波长位于451nm处,再以451nm为监控波长,测得配合物荧光激发谱,激发波长范围为位于350~450nm,可用于395nm波长芯片的荧光发射。
为了和配合物的发光性能进行比较,同样以395nm为激发波长测得配合物Zn(BTZ)(UA)的荧光发射光谱,如图4所示,配合物的最大发射波长为471nm,与聚合物PSZn的最大发射波长451nm相比,聚合物发射波长发生了20nm蓝移。 聚合物PSZn具有较强的蓝光发射,是因为配合物与高分子单体发生聚合反应后导致分子链柔性增强,平面结构变小,π电子共轭程度减小,π→π*电子跃迁能量减小,因而聚合物发射波长发生了蓝移,具有比配合物更加明显的蓝色荧光。
根据配合物Zn(BTZ)(UA)和聚合物PSZn的荧光发射谱[19]计算了聚合物PSZn和配合物Zn(BTZ)(UA)的CIE色坐标,其色坐标为(0.145,0.139)和(0.125,0.201),如图5所示,位于蓝光区,属蓝光发射。
2.5聚合物的热力学性能(TG/DTG)分析
有机发光材料在热力学性能方面有较高的要求,确保在工作温度下不分解并能形成致密的薄膜。在N2氛围下,升温速度为10℃/min,由室温至800℃ 范围内测得,并使用ori- gin8.5对TG进行一阶微商求导,得到共聚物的DTG曲线, 如图6所示。由TG和DTG曲线可以看出,聚合物在273℃ 附近开始出现失重现象,较配合物120℃ 的分解温度提高了153℃,是因为高分子基质St贡献的结果,在392℃ 时聚合物分解速度达到最大,对应的失重率达96.84%。热重分析表明聚合物的热稳定性良好,足够满足LED发光层的工作温度需求。
3结论
乙醇教学反思 篇5
在进行乙醇的备课时，我们化学组的教研组长、各位同事都给予了我非常大的帮助，首先要向他们表示感谢！
在准备这节课时组内进行过多次集体研讨，感觉乙醇是我们身边常见的有机物，因此一致认为本节课在教学中应突出生活这条主线，让化学知识从生活中来，再应用于生活。因此教学时以生活中常见的含乙醇物质为主线，展开了对乙醇的教学。
首先通过喷火演示引出乙醇，激发学生的求知欲；然后联系生活实际了解乙醇的性质，如酒精是一种良好的溶剂、乙醇汽油使用的利与弊、乙醇在人体内的转化，进一步谈到测定司机酒后驾车的检测原理并对学生进行思想教育等等，最后根据性质是由结构决定来了解乙醇的结构。
在备课过程中主要注意了以下几点：
首先整节课应找好切入点，即如何引题，既激发了学生学习的兴趣又学到了相关的知识，然后是如何挖掘化学与学生生活的联系，尽可能充分调动学生的积极性，让学生的思维有深度，在教学中让知识内容与思想教育结合紧密，引领学生关注社会、了解生活中的化学，培养学生的实践能力。
其次是把握好本节课知识的深广度，在备课过程中和组内的同事也就此进行了深入的研讨，比如氧化性、还原性是否该提，讲到什么程度；乙醇的分子结构如何讲，如果不讲断键那么乙醇与钠的反应如何学习？如何让学生理解这一反应？
第三是如何将各个知识点有条理的连接起来，让学生感到各个知识点的学习都是顺理成章、顺其自然的。
其实在暑假对新教材的培训时，对新教材就感触颇深，比如以人为本，提高学生素养，教学不再是简单的知识传输，还要提高到培养学生科学素养这一高度；如何变让学生学为学生要学，如何让学生觉得所学的知识有趣更有用，生活素材的选取等等，总的感觉是教师教的活了，学生学的也活了。
甘蔗乙醇的领军国家—巴西 篇6
在巴西的能源结构中，甘蔗满足了巴西总能源需求的18%，仅次于石油的37%，高于水电的14%，甘蔗成为巴西清洁能源的一大功臣。
甘蔗乙醇的推广
只要挤出甘蔗汁，混合酒精一起发酵，再将其蒸馏到理想的浓度，就能生产出巴西最具经济价值的燃料—乙醇。由于甘蔗乙醇具有清洁、容易生产和低碳等特点，它成为车用可再生燃料的很好选择。早在20世纪20年代，巴西就开始陆陆续续利用甘蔗生产乙醇用于汽车能源。到20世纪70年代时，巴西将近80%的石油依靠进口，石油危机的出现，让推广甘蔗乙醇变得急迫起来。
1975年，巴西实施了全国乙醇计划。政府为甘蔗种植提供补贴，并在1500人以上的城镇，强制加油站安装乙醇加油泵。到20世纪80年代初，巴西销售的车辆几乎都使用乙醇燃料，军人政权建立的配送体系，让驾驶员能在任何地方加上乙醇燃料。
然而，真正让巴西甘蔗乙醇生产快速发展起来的是灵活燃料汽车的推出。2003年，大众汽车巴西公司推出了第一款灵活燃料汽车。巴西农业部常务副部长若泽·卡洛斯说：“我们研制出的汽车发动机不仅可以使用汽油，还可以使用乙醇，甚至汽油和乙醇的混合体。”目前巴西销售的新车，超过90%是灵活燃料汽车，这种汽车现在占巴西所有轻型车辆的50%，而这些成就是在不到10年时间里取得的。
在现阶段乙醇使用的推广中，政府的政策仍然起到了关键作用。国有能源企业每年会保证收购一定量的乙醇，同时政府想乙醇产业提供巨额的低吸贷款。在税收方面，巴西国内乙醇燃料税在12%～30%之间，汽油燃料税则超过50%。出于经济和环保的考虑，很多巴西消费者都会选择甘蔗乙醇燃料。从2008年开始，巴西乙醇年销售量就超过了汽油，这把人类从单一的石油能源中解救出来。
巴西乙醇一般有两种提供方式，一种是含量85%～100%纯乙醇，另一种是在汽油中掺入5%～25%的乙醇。巴西的加油站因而与众不同，总是微微散发着甘蔗酒精的甜味。在加油站的显示牌上，除了表明不同纯度的汽油外，乙醇（Ethanol）的字样尤其显眼。这里大多汽车使用的燃料是混入了18%～25%乙醇的汽油。
在2010年，巴西乙醇产量达274亿升（72亿加仑），它们中的大部分都被巴西国内市场吸收了。据巴西能源部2010年9月底发布的预测报告，到2019年巴西车用燃料乙醇产量将增加一倍，达到640亿升。
巴西也是全球第一大乙醇出口国，2006年出口甘蔗乙醇30亿升，占全世界甘蔗乙醇出口量的70%，其中58.9%销往美国、11.5%销往荷兰，其余销往日本、瑞典等地。罗伯托·罗德里格斯预计到2013年，约100亿升乙醇将用于出口。
巴西正在评价使现有乙醇生产提高12倍的可能性，如果能实现，则可望替代世界消费汽油约10%。这将大大增加从甘蔗生产乙醇的数量，到2025年可望生产乙醇2050亿升（540亿加仑），即占世界生产量约50%。
巴西街道上的汽车尾气没有浓烈的刺激性味道，这是因为乙醇给汽油增加了氧气，可以减少汽车尾气中的污染和有害气体。
同时，相比汽油，乙醇燃料可以减少温室气体排放，在灵活燃料发动机中，每升乙醇消费都会减少约1.7千克的二氧化碳排放。巴西矿产和能源部部长爱迪生·劳包说，“使用从甘蔗中提取的乙醇作为燃料与使用石油相比，我们能减少大约90%的气体排放。”2003年以来，巴西因使用甘蔗乙醇而减少的二氧化碳排放量达到1.28亿吨，这相当于种植9.16亿棵树并维持它们20年。
乙醇还是一种高辛烷值的能源，它的抗爆性很好，且在高压发动机中会产生更多的能量，这也节省了其他燃料的使用。巴西甘蔗乙醇的这些环保效应为抵抗全球变暖作出了重要贡献。
中国能复制巴西模式？
为陈化粮问题，我国在“十五”期间批准建设了4个燃料乙醇生产试点项目：吉林燃料乙醇有限公司、黑龙江华润酒精有限公司、河南天冠燃料集团和安徽丰原燃料酒精股份有限公司。2007年底，广西中粮生物质能源公司木薯乙醇项目投产。
这五家公司生产了我国绝大部分的燃料乙醇。2002年我国燃料乙醇产量仅为3万吨，至2005年底，这4家企业规划建设的102万吨燃料乙醇产能全部达产，至此我国已成为仅次于美国、巴西的世界第三大燃料乙醇生产国。“十二五”期间我国燃料乙醇的年利用规划目标确定为500万吨，同比“十一五”期间翻了一番多。
同时，我国车用乙醇汽油扩大试点工作也逐步展开，2005年12月，黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽5省已全部实现车用乙醇汽油的封闭运行；湖北省也于2005年12月1日起正式进行封闭推广。在试点的9个省，乙醇汽油（含有10%乙醇的汽油）已占汽油消费量的20％，每年节省100万吨的汽油。2006年，湖北省车用乙醇汽油市场覆盖率达90％以上。2007年9月，广西宣布计划从2007年12月15日开始运行销售车用乙醇汽油，禁止销售普通汽油，基本实现车用乙醇汽油替代其他汽油。
据咨询机构科尔尼公司研究，目前中国燃料乙醇产业生产成本比美国高出17％；与此同时，中国乙醇的价格又比美国低18％。这样就使中国的乙醇生产必须要依靠政府补贴。中美燃料乙醇的生产，在效率上也有较大差距。中国生产1吨乙醇需要消耗12吨水，而美国只要1.8吨水；中国需要3.3吨玉米生产1吨乙醇，而美国的转化率是2.8；中国乙醇生产的污染物排放也比美国严重得多。
我国乙醇企业的发展与政府扶持密切相关，2003年末，中央政府针对四家乙醇企业制订了五年补贴计划：2004年企业每生产1吨乙醇可享受2736元补贴，此后逐年降低，到2006年降为1373元。以安徽丰原生物化学股份有限公司为例，2008年公司营业利润为-8亿元，而净利润却有6170万元，原因是巨额的营业外收入，主要是政府给的燃料乙醇补贴收入8.8亿元和技改奖励1亿元。
纤维素乙醇技术前景
近年来，世界各国都非常关注粮食涨价问题。当前我国燃料乙醇企业多数使用玉米等粮食为原料，随着各地乙醇生产项目全线上马，陈化粮已经远远不能满足生产需要，玉米价格也开始上涨。粮食乙醇生产被指责为“与粮争地”、“与民争粮”。
但据中粮集团总裁助理岳国君介绍，目前我国政策规定的燃料乙醇年产量为132万吨，按照每消耗3吨粮食生产1吨燃料乙醇来计算，每年消耗的粮食数量不超过400万吨，而我国每年的粮食总产量为5亿多吨，燃料乙醇产业消耗粮食所占比例不到百分之一。
其实，政府的政策导向早已改变，2006年，财政部印发的《可再生能源发展专项资金管理暂行办法》明确提出：“石油替代可再生能源开发利用，重点是扶持发展生物乙醇燃料、生物柴油等。2007年6月7日，国务院召开的可再生能源会议要求，中国在发展生物燃料乙醇的同时，必须要遵循的三个不得，即“不得占用耕地，不得消耗粮食，不得破坏生态环境”。
对于燃料乙醇企业来说，由于国家优惠政策的逐渐减少，生存空间被严重压缩。据中粮生化2012年4月18日发布的《关于2012年度燃料乙醇补助标准调整的公告》，2012年度生物燃料乙醇财政补助标准为：以粮食为原料的燃料乙醇，补助标准为500元/吨；以木薯等非粮作物为原料的燃料乙醇，补助标准为750元/吨。2012年度以玉米为原料的燃料乙醇补助标准为500元/吨，较2011年燃料乙醇平均补助标准1276元/吨下调了776元/吨。
走非粮路线是行业发展的趋势，但尚普咨询能源行业分析师认为，非粮乙醇工业的关键环节还未完全突破，还需要一段很长的时间才能实现。
目前，我国的非粮乙醇技术主要以木薯乙醇为主，我国的木薯供应主要来源于泰国、越南、印度等地。2007年12月22日，中粮集团投资的国内第一个以木薯为原料的燃料乙醇试点项目在广西北海揭牌投产。但由于木薯原料供应不足，价格攀升很快，生产成本没有优势。
面对非粮燃料乙醇巨大的潜在市场，中国石油等国有大型企业也积极投入。作为我国最大的能源生产和供应商，中国石油分别与国家林业局、四川省和山东省等签署了生物能源合作框架协议，共同建设非粮生物能源原料基地，并相继开展以薯类、甜高粱为原料的燃料乙醇中试生产，同时积极开展纤维乙醇生产试验。
在巴西，人们也在研制纤维素乙醇。他们发现巴西现有的生产方式，利用甘蔗汁和糖浆生产乙醇，只占甘蔗能提供能源的三分之一，另外的三分之二都残留在甘蔗纤维（甘蔗渣）和秸秆中。如何提取这部分的能源需要发展纤维素乙醇技术。
中粮集团在2010年就宣布与中石化、丹麦诺维信公司(Novozymes)联手打造中国规模最大的纤维素乙醇工厂，这是以玉米秸秆为原料的纤维素乙醇示范工厂，项目还在推进中，厂址位于全国玉米主产区的黑龙江肇东市。
据中粮生化能源事业部相关人士介绍，正在设计年产5万吨纤维素乙醇示范生产线，消耗玉米秸秆30万吨，产值可达4亿元。诺维信是全球生物燃料生产用酶的最大供应商，2012年2月22日，它向全球发布了纤维素乙醇产业的最新创新产品——诺维信CellicCTec3，该产品被认为是目前市场上性价比最佳、确保纤维素乙醇工厂达到最低生产成本的酶制剂产品。诺维信相关人士表示：“CellicCTec3已经提供给中粮和中石化作测试。”
2-苯乙醇 篇7
季戊四醇和醛或酮缩合物的传统合成方法是以硫酸、盐酸、对甲苯磺酸等质子酸为催化剂[3,4],加入带水剂脱水,以达到提高产率之目的。但是,由于季戊四醇只溶于水、醇等少量有机溶剂,给其衍生物的合成带来困难,近来国内外研究者开始探索季戊四醇醛酮缩合物新的合成方法,如伊朗的Hamid Reza等利用纤维素硫酸[5],Albadi等利用poly(4-vinylpyri-dine) Cul催化合成季戊四醇缩合物[6],西南大学的张凤秀教授课题组[7]和印度的Pandurangan等[3]报道了微波辅助催化合成、华东师范大学的戴立益教授课题组[8]报道了离子液体催化合成等。季戊四醇是与苯乙酮的缩合反应,由于两种原料均为固体化合物,难以选择既是溶剂又可作为脱水剂的有机溶剂。因此,反应变得十分困难或不可能。近年来,我们利用自主开发的SO42-/TiO2-SnO2固体超强酸无溶剂条件下催化合成了季戊四醇双缩二苯酮[9],所用合成工艺简单,具有温度可控、产率高、产物易于分离、不产生污染、催化剂可重复使用等优点,为固体有机化合物的合成反应探索了一种有效的合成方法,具有良好的工业应用前景。利用上述方法探索季戊四醇双缩苯乙酮的合成条件,取得良好的实验效果。
反应方程式为：
1 实验部分
1.1 催化剂的制备[9]
将硫酸钛(上海抚生实业有限公司,CP),和氯化亚锡(上海抚生实业有限公司,AR)按3:1的比例溶解于去离子水中,在搅拌条件下加入氨水,调节pH值8-9;放置24 h后,进行抽滤、洗涤至无有害离子为止;然后在110℃～120℃温度条件下干燥12 h,粉碎过筛;用0.5 M的硫酸溶液浸渍5 min,滤除硫酸液,干燥后在电阻炉中500～600℃的条件下焙烧3h得到固体超强酸催化剂。
1.2 季戊四醇双缩苯乙酮的合成
在装有搅拌器和控温设备的250mL三颈圆底烧瓶中巾,加入充分粉碎和混合的13.6g季戊四醇(阿拉丁,AR)和26.4g苯乙酮(阿拉丁,CP),加入原料量1.0～1.5%的固体超强酸催化剂。加热至熔融状态后开动搅拌器,控温160℃～180℃,反应过程中进行间歇式减压脱水,直到观察不到有水生成为止。反应结束后,冷却到室温,加入适量95%的乙醇溶解产品,滤除并回收催化剂,用旋转蒸发仪蒸出部分乙醇,进行分步结晶得粗产品。将粗产品重结晶后,经真空干燥得纯产品。
2 结果与讨论
2.1 熔点测定(WRS-1数字熔点仪)
测定重结晶后产物熔点为147℃,与文献报道的季戊四醇双缩苯乙酮的熔点相符(文献值为147℃～148℃[5])。
2.2 1HNMR谱分析(NMR Bruker-DPX,300 MHz核磁共振仪(英国oxford公司))
1HNMR图谱中共有6种类型的H,对应产物结构,其中(δ=7.257-7.428,J=10.54)为芳环H的吸收峰;(δ=1.504,J=6.00)为甲基H吸收峰;(δ=4.454-4.497,J=2.05)、(δ=3.614-3.653,J=2.06)、(δ=3.238-3.276,J=2.06)、(δ=3.128-3.174,J=2.10)为与O相连的4个亚甲基H的吸收峰,由于产物内部结构的不完全对称性分别出现在四个不同位置,表明其结构具有一定中心假对称性,与晶体结构分析一致。因此,可断定产物为季戊四醇双缩苯乙酮。
2.3 MS谱分析(ESIMS Q-TOF Micro LC-MS-MS质谱仪(德国agilent公司))
由图2可见,M+H为季戊四醇双缩苯乙酮的分子离子峰,与产物分子量相符。
2.4 季戊四醇双缩苯乙酮的晶体结构测定与分析(Bruker Smart Apex单晶衍射仪(德国))
在甲醇溶液中得到了季戊四醇双缩苯乙酮的单晶,衍射实验在Bruker P4四圆衍射仪上使用石墨单色器,Mo K辐射(=0.71073),以2方式扫描。晶体结构由直接法解出,所有的计算均使用Bruker SHELXTL 97程序[10],非氢原子的坐标是在以后的数轮差值Fourier合成中陆续确定的,对全部非氢原子的坐标及各向异性参数进行全矩阵最小二乘法修正。
该化合物属三斜晶系,P-1空间群。其晶体参数为:a=0.73004(16),b=1.0495(2),c=13.150(3)2.1190(8)nm,=103.643(3),β=94.772(3),=107.260(3)°,Z=2,V=0.9222(4) mm3,R1=0.0424,wR2=0.1130。化合物的分子结构如图3。重要的键长和键角见表1。
由图3和表1可知,季戊四醇双缩苯乙酮的分子结构具有一定中心假对称性,所以四个亚甲基H在核磁谱图中的吸收峰出现在四个不同的位置,另外,以与01相连的C3亚甲基为例,其2个H分别处于所处六元环的a键和e键位置,可以发生自耦合作用,在核磁谱上表现为双重峰,同理C2、C12、Cl3的亚甲基上的2个H也各自耦合成双重峰。这与产物的1HNMR图谱分析一致,充分表明反应的最终产物为季戊四醇双缩苯乙酮。
2.5 反应条件的影响
2.5.1 催化剂用量对反应的影响
设定季戊四醇和苯乙酮的摩尔比为1:2.2,反应控温160℃～180℃,考察了不同催化剂用量对缩酮化反应的影响,结果见下图。
分析上图可知,随催化剂用量的增大反应的缩酮产率逐渐增大,初始阶段增大明显,当催化剂用量达
继续增加催化剂的用量产率无明显变化。这是由于当催化剂用量不足时,催化剂与反应原料的接触概率小,反应很难达到预期效果,但当催化剂量增大到一定程度后,缩酮化反应的产率增加趋缓。由此可以确定催化剂的最佳用量为1.6%。
2.5.2 原料配比对催化反应的影响
在保持其他反应条件不变的情况下,选择固体超强酸催化剂为原料的1.6%,反应时间为4 h,考察了反应物不同的配比对反应产率的影响,结果见下图.
理论上苯乙酮与季戊四醇生成缩酮产物的摩尔比应为2:1,增加苯乙酮的用量可促使反应向生成缩酮产物的方向进行,因此本实验中取苯乙酮与季戊四醇的摩尔比2.0～2.4,探索最佳的摩尔配比。由图可知,当苯乙酮与季戊四醇的摩尔比由2.0开始增大时,反应的产率明显升高。然而当苯乙酮与季戊四醇的摩尔比达到2.2:1以后缩酮产物增加趋缓,因此可认为苯乙酮与季戊四醇的最佳的反应配比为:n(苯乙酮)/n(季戊四醇)=2.2:1。
2.5.3 反应温度对催化反应的影响
在保持其他反应条件不变的情况下,选择固体超强酸催化剂为原料的1.6%,苯乙酮与季戊四醇的物质的量比为2.2:1,反应时间为4h,考察了反应温度对反应产率的影响,结果见下图:
由图可知,随着反应温度的升高,催化剂的催化活性增大,反应物的反应活性也随之提高。当温度升高到175℃时,反应产率达到最高。继续升高温度,产率变化不明显。从能耗的角度考虑,季戊四醇与苯乙酮反应的最佳温度应为175℃。
2.5.4 反应时间对缩酮化反应的影响
确定苯乙酮与季戊四醇摩尔比为2.2:1,催化剂用量为1.6%,反应温度为175℃,考察了反应时间对缩酮化反应产率的影响。结果见图。
上图表明,反应时间对缩酮化反应的产率有显著影响,在催化剂用量相同的情况下,反应产率随反应时间的延长而增大,但4h后产率增加已不明显。因此,最佳反应时间为4h。
3 结论
本文以苯乙酮和季戊四醇为原料,S042-/TiO2-SnO2固体超强酸催化,在无溶剂条件下,催化合成季戊四醇双缩苯乙酮的缩酮化反应获得了理想的催化效果。该方法合成工艺简单、催化产率高、产物易于分离、催化剂可再生和重复使用,合成过程中不产生污染、具有良好的研究价值和工业应用前景。在后续研究中,我们将拓展该方法在季戊四醇酯类化合物以及双季戊四醇缩醛或缩酮化合物的合成中的应用,为相关产品的工业生产提供重要的实验参数。
4致谢
感谢上海有机所的研究员在测试中给予的帮助。
参考文献
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[3]Rabindran Jermy B,Pandurangan A.Efficient synthesis of diacetal of pentaerythritol under microwave irradiation using heteropoly acid H_3PW_(12)O_(40),Catal Commun,2006,7:921-925.
[4]刘清福.钟桂云,谈廷凤等.微波照射硫酸氢铵催化季戊四醇双缩醛、酮的合成。精细化工,2005,22(6):434-435.
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[6]Albadi J,Iravani N,Shirini F,Dehghan F.A green recyclable poly(4-vinyl-pyridine)-supported copper iodide nanoparticle catalyst for the chemoselective synthesis of pentaerythritol diacelals from aromatic aldehydes,Journal of chemical reasearch,2012,10:610-611.
[7]Zhang F X,Zhang G X.Green Cbem,Microwave-promoted synthesis of polyol esters for lubrication oil using a composite catalyst in a solventfree procedure,Green Cbem.,2011,13:178-184.
[8]Wang Y Y,Gong X X,Wang Z Z,Dai L Y.SO,H-functionaliied ionic liquids as efficient and recyclable catalysts for the synthesis of pentaerythritol diacetals and diketals,J Mol Catal A:Cbem,2010,322:7-16.
[9]张晓光,高根之.曲阜师范大学学报,SO_(42)-/TiO_2-SnO2固体超强酸催化合成季戊四醇双缩二苯酮的研究.2011.37:83-86.
2-苯乙醇 篇8
1 实验
1.1 试剂及仪器
2, 6-二溴-4-三氟甲氧基苯胺, Aldrich, 纯度99.75%;玻璃溶解釜, 河南洛阳黎明化工研究院提供;CS501型超级恒温水浴, 上海圣欣科学仪器有限公司产;半导体激光检测系统, 郑州大学激光研究所设计。
1.2 实验方法
采用合成法对2, 6-二溴-4-三氟甲氧基苯胺在乙醇水溶液中的溶解度进行测定。向带夹套的玻璃溶解釜中加入一定量的溶剂, 再加入准确称量的溶质;向夹套内通入循环水, 循环水来自超级恒温水浴;升温由控制器来实现。随着溶解的不断进行, 固相逐渐进入液相, 信号增至最大值, 工作站停止升温。该温度即为实验给定体系溶解度所对应的温度, 拟合结果见表1。
2 结果与讨论
2.1 经验方程拟合结果
溶解度可以用温度的多项式方程表示为
式中, T为绝对温度/K;a, b, c, d为参数。通过 (1) 式对2, 6-二溴-4-三氟甲氧基苯胺在一定温度范围内所对应的所有体系中的溶解度数据进行了拟合 (见图1) , 通过拟合得出, a=4.1418E-6, b=-0.0038, c=1.16434, d=-118.825, 拟合优度判定系数 (R^2) 为0.97418。
2.2 理想溶液模型
溶解度可以用理想溶液模型
通过 (2) 式对2, 6-二溴-4-三氟甲氧基苯胺在一定温度范围内所对应的所有体系中的溶解度数据进行拟合 (见图2) , 得到:A=-8895.89563, B=23.99953, 拟合优度判定系数 (R^2) 为0.94038。
2.3 Apelblat模型
Apelblat溶解度模型假定溶液的热焓随温度线性变化, 从Clausius-Clapeyron方程推得溶解度随温度的变化关系为:
通过 (3) 式对2, 6-二溴-4-三氟甲氧基苯胺在一定温度范围内所对应的所有体系中的溶解度数据进行拟合 (见图3) , 得到:A=-145.67958, B=-979.407, C=25.12662。拟合优度判定系数 (R^2) 为0.94348。
3 结束语
测定了一定温度范围内2, 6-二溴-4-三氟甲氧基苯胺在乙醇水溶液中的溶解度。运用经验方程、理想溶液模型方程和Apelblat方程对实验数据进行了关联分析, 显示3种方程均能很好地关联2, 6-二溴-4-三氟甲氧基苯胺在乙醇水溶液中的溶解度数据, 拟合优度判定系数 (R^2) 分别为0.97418、0.94038和0.94348。
参考文献
[1]刘安昌, 周青, 沈乔.新型杀菌剂噻呋菌胺的合成研究[J].世界农药, 2012, 34 (3) :26-27.
2-苯乙醇 篇9
1材料
1.1仪器
罗康全活力Ⅱ型血糖仪:德国罗氏诊断公司;先行者通用型电子天平:北京朗科兴业称重设备有限公司; Sigma1-14微型台式高速离心机:美国sigma公司;721型紫外可见分光光度计:上海精科分析仪器公司。
1.2动物
SPF级SD雄性大鼠 ,3~4周,60只 ,购于北京维通利华实验动物技术有限公司,许可证编号:SCXK(京) 2011-0011。
1.3样品制备
该实验使用蜂胶浓缩液样品,采用本公司专利方法制备[2]。 首先毛胶经过低温处理后粉粹,筛除可见金属; 蜂胶用一定浓度酒精溶解后用超声波进行提取,过滤,浓缩,熟化等一系列工序,最终得到蜂胶浓缩液。
1.4试剂
血糖试纸购于德国罗氏诊断公司;链脲佐菌素(STZ) 美国Sigma公司;柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液,北京市博爱港商贸有限公司;D-无水葡萄糖,北京欣赛维化学科技有限公司;总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)测定试剂盒购于南京建成科技有限公司。
2方法
2.1动物模型的建立
购买SD大鼠适应性喂养3 d后,将其随机分为A、B两组,A组50只,B组10只。 A为高脂饲料组,喂食高脂高糖饲料,B为空白对照组,喂食普通饲料。 喂养30天,模型组体重达到260 g左右,造成肥胖体质,即可开始STZ药物诱导。
STZ诱导前,高脂饲料组禁食12 h,STZ按照40 mg/k体重进行腹腔注射诱导。 注射72 h后测空腹血糖,需禁食12 h。以空腹血糖>11.1 mmol/L为2型糖尿病模型标准[3]。
2.2动物分组及给药方法
从成模的大鼠中选取空腹血糖在11.1~25.0之间的大鼠42只,随机分成6组:国产蜂胶组,巴西蜂胶组,二甲双胍阳性药组,国产蜂胶+阳性药组,巴西蜂胶+阳性药组,模型对照组。 试验期间普通饲料喂养,给药4周,采取灌胃给药方式。
依据《中华人民共和国药典》2010版规定的蜂胶使用量在0.2~0.6 g之间。 故我们选择0.5 g作为治疗剂量,既能达到好的治疗效果,又不会产生药理毒性。
则将成年人(体重60 kg)的用药量换算动物的给药量。单位体重的人:SD大鼠=1:6;则SD大鼠给蜂胶和阳性药的剂量均为0.025 g/kg(SD体重)。给药剂量如表1所示。
注:下文图表中表述给药组均以编号表示。
2.3检测指标
1试验期间每天观察并记录动物的进食、体重,排泄和精神活动等生理指标;2监测空腹血糖;3治疗1个月结果后进行口服葡萄糖耐量试验,取时间点为0 h, 0.5 h,1 h,2 h,绘制葡萄糖耐量曲线 ,计算血糖曲线下面积降低率,如式1,式2;血糖曲线下面积=(0 h血糖+ 0.5 h血糖)×0.5/2+(2 h血糖+0.5 h血糖)×1.5/2(式1);血糖曲线下面积降低率%=(实验前血糖曲线下面积-实验后血糖曲线下面积)/实验前血糖曲线下面积×100%(式2);4检测血清中总胆固醇、甘油三酯。
2.4试验数据分析
根据《保健食品检验与评价技术规范实施手册》最新修订后的相关规定,空腹血糖和餐后糖耐量两项指标中一项指标阳性,且对正常动物空腹血糖无影响,即可判定该受试样品辅助降血糖功能动物实验结果阳性。
2.5统计方法
数据以均数±标准差(±s)表示,组间比较采用t检验。
3结果
3.1各组治疗前后体重的变化
模型动物均出现“三多一少的症状”。 该试验对此4个表症进行了观察和记录,详细分析了给药后模型的排尿量和体重的变化。 治疗前后体重的变化如图1、图2所示,数据均为治疗4周所得,所有体重为每组的平均值。
由图1和图2得出: 不同给药组在治疗前后对型糖尿病大鼠模型体重的控制效果排序为:阳性药+国产蜂胶组>空白组>国产蜂胶组>阳性药+巴西蜂胶组> 巴西蜂胶组>阳性药组>阴性组, 即若以体重作为治疗糖尿病效果的参考指标,国产蜂胶的治疗效果最佳,对体重的控制效果最好。
3.2各组治疗前后排尿量的变化
通过称量每天垫料的质量来监测不同给药组的排尿量。
由图3可以看出,巴西蜂胶给药组对排尿的作用最好。 其次为国产蜂胶组和阳性药组。
3.3各组治疗前后空腹血糖的变化
由表2可看出治疗过程中巴西蜂胶、国产蜂胶、阳性药+巴西蜂胶,阳性药+国产蜂胶对二型糖尿病大鼠的空腹血糖均有显著的调节作用, 差异有统计学意义 (P<0.01),蜂胶辅助阳性药对功效的影响不明显 , 阳性药在控制空腹血糖后期效果不佳。
注:与治疗前相比,*P<0.05,**P<0.01。
3.4各组治疗前后糖耐量的变化
进行口服葡萄糖耐量试验,取时间点为0 h,0.5 h, 1 h,2 h,绘制葡萄糖耐量曲线 ,计算血糖曲线下面积降低率,见图4和表3。
由图4和表3可以看出如下规律:不同治疗组给药后血糖控制差别不大。 其中,阳性给药组控制效果最佳, 差异有统计学意义(P<0.01),巴西蜂胶组,阳性药组+国产蜂胶组控制效果次之,差异有统计学意义(P<0.01);国产蜂胶组,阳性药+巴西蜂胶组效果稍差,差异有统计学意义(P<0.01),且血糖有上升趋势;阴性药组效果最差。
注:与阴性对照组相比,*P<0.05,**P<0.01。
3.5实验结果时各组总胆固醇含量的比较
该试验在治疗结束后,眼球取血分离血清,检测血清中总胆固醇含量,见图5。
图5数据表明:与阴性对照组相比,治疗组降总胆固醇的效果如下:国产蜂胶组>阳性药+国产蜂胶组>阳性药+巴西蜂胶组>阳性药组>巴西蜂胶组。
3.6实验结束时各组甘油三酯含量的比较
图6数据显示:与阴性对照组相比,治疗组降甘油三酯的效果如下:国产蜂胶组>阳性药+巴西蜂胶组>巴西蜂胶组>阳性药+国产蜂胶组>阳性药组。
3.7实验结论
该试验初步得出如下结论。
1在控制糖尿病大鼠生理体征方面,国产蜂胶对型糖尿病大鼠的体重控制效果最佳;巴西蜂胶对2型糖尿病大鼠的排尿量控制效果最佳。
2在控制血糖的效果上, 巴西蜂胶和国产蜂胶辅助降空腹和餐后血糖结果均成阳性,故巴西蜂胶和国产蜂胶能有效控制和调节2型糖尿病大鼠的血糖,具有辅助降血糖的功能;且巴西蜂胶和国产蜂胶降血糖功效差异不大。
3在控制血糖的效果上, 国产蜂胶降总胆固醇和甘油三酯的效果最佳,优于巴西蜂胶。
4蜂胶替代阳性药控制血糖的效果均较好, 可以用蜂胶替代部分化学药物,减少药物带给人的伤害。
4讨论
蜂胶降血糖的机理主要有以下几种说法:1对胰岛细胞的修复作用:蜂胶中含有胰蛋白酶等多种活性酶类和黄酮类、萜烯类等多种活性物质,能活化细胞,促进胰岛细胞和组织再生[4];2清自由基机理 : 大量研究表明,在糖尿病人的体内,血糖的升高和自由基升高有关联。 蜂胶中因富含黄酮类、 萜烯类等强抗强化能力的物质,能有效的清除自由基,进一步增加了细胞活性[5];3抑制 α-葡萄糖苷酶的活性:α-葡萄糖苷酶存在小肠上皮内,是经消化的双糖和低聚糖分解成单个葡萄糖的限速酶。蜂胶中4-’甲杨梅素-鼠李糖苷、杨梅素等黄酮醇类物质能有效抑制该酶的活性[6],进而延缓双糖和低聚糖的吸收,降低餐后血糖。
国产蜂胶总黄酮约8%,酚酸类含量较高;巴西蜂胶总黄酮约4%,萜烯类含量较高,且以其中的3,5-二异戊烯-4-甲氧基桂皮(Artepillin C)为代表[7,8]。 各种蜂胶的功效基本一致,都以抑菌、抗氧化、消炎为基础功效,其他功能如降脂、缓解糖尿病并发症、免疫调节、延缓衰老等作用都是基础功效协同作用的结果。 由于国产蜂胶中总黄酮的含量比巴西蜂胶高,则降血脂功效方面功效更佳。 巴西蜂胶没有区别于国产蜂胶的特有功效只是它的功效因子含量和比例略优于国产蜂胶而导致它的衍生功效更为突出。
2-苯乙醇 篇10
1 仪器与材料
日本岛津LC-10ATVP溶液输送泵;SPD-10AVP紫外检测器;7725i手动进样器;浙江大学N-2000色谱数据工作站;瑞士梅特勒AG245电子分析天平 (十万分之一) ;KQ3200型超声波清洗器 (昆山市超声仪器有限公司) 。
益血合剂 (无糖型) (批号:120301, 120302, 120303, 120401, 120402, 120403, 120404, 120501, 120502, 120503) 由吉林集安益盛药业股份有限责任公司提供。2, 3, 5, 4′-四羟基二苯乙烯-2-O-β-D-葡萄糖苷对照品 (批号110844—201109, 供含量测定用, 含量94.7%) , 购于中国药品生物制品检定所。甲醇, 乙腈均为色谱纯, 美国Fisher公司出品, 水为蒸馏水, 其余试剂均为分析纯。
2 方法与结果
2.1 色谱条件:
Apollo C185μm (250 mm×4.6 mm) 色谱柱, 流动相:乙腈-水 (25∶75) ;流速:1.0 m L/min;检测波长:320 nm;柱温:30℃。理论板数按2, 3, 5, 4′-四羟基二苯乙烯-2-O-β-D-葡萄糖苷峰计算应不低于2000。
2.2 对照品溶液的制备:
取2, 3, 5, 4′-四羟基二苯乙烯-2-O-β-D-葡萄糖苷对照品适量, 精密称定, 加甲醇制成每1 m L含2, 3, 5, 4′-四羟基二苯乙烯-2-O-β-D-葡萄糖苷对照品0.22 mg的溶液, 0.45μm滤膜滤过, 即得。
2.3 供试品溶液的制备:
精密量取本品10 m L, 置具塞锥形瓶中, 精密加入甲醇40 m L, 称定重量, 超声处理15 min, 放冷, 再称定重量, 用甲醇补足减失的重量, 摇匀, 静置, 上清液滤过, 取续滤液, 即得。
2.4线性关系考察:
分别精密吸取2, 3, 5, 4′-四羟基二苯乙烯-2-O-β-D-葡萄糖苷对照品溶液4、7、10、13、19μL注入液相色谱仪, 测定, 以对照品峰面积为纵坐标, 进样量为横坐标, 绘制标准曲线。结果表明, 2, 3, 5, 4′-四羟基二苯乙烯-2-O-β-D-葡萄糖苷在0.833~3.958μg范围内, 峰面积与二苯乙烯苷量呈良好的线性关系, 回归方程为Y=71183.251+1778924.485X, 相关系数r=0.9994。
2.5 精密度试验:
精密吸取供试品溶液10μL, 连续重复进样6次, 依法检测, 结果2, 3, 5, 4′-四羟基二苯乙烯-2-O-β-D-葡萄糖苷峰面积的RSD值为1.59%, 表明仪器系统精密度良好。
2.6 稳定性试验:
精密吸取同一供试品溶液10μL, 分别于放置0, 1, 2, 4, 6, 8 h时进样, 依法检测, 结果2, 3, 5, 4′-四羟基二苯乙烯-2-O-β-D-葡萄糖苷峰面积的RSD值为1.70%, 表明供试品溶液在8 h内能保持良好的稳定性。
2.7 重现性试验:
注:RRSSDD==11..4499%%
取同一批次 (120301) 的益血合剂 (无糖型) 样品, 按含量测定项下方法制备6份供试品溶液, 分别测定, 计算含量, 结果2, 3, 5, 4′-四羟基二苯乙烯-2-O-β-D-葡萄糖苷平均含量为1.081 mg/m L, RSD值为1.23%。
2.8 加样回收率试验:
取同一批次 (120301) 的益血合剂 (无糖型) 样品 (批号:120301;二苯乙烯苷含量为1.081 mg/m L) , 精密量取5.0 m L, 共计6份, 再精密加入二苯乙烯苷对照品4.70 mg, 按含量测定项下方法制备6份供试品溶液, 依法检测, 测定其中2, 3, 5, 4′-四羟基二苯乙烯-2-O-β-D-葡萄糖苷的含量, 计算回收率, 结果2, 3, 5, 4′-四羟基二苯乙烯-2-O-β-D-葡萄糖苷平均回收率为97.18%, RSD值为1.49%, 结果见表1。
2.9 阴性试验:
取除去“制何首乌”的处方, 按完全相同的制备方法制备成阴性样品溶液, 按含量测定项下方法测定。结果色谱图中, 在2, 3, 5, 4′-四羟基二苯乙烯-2-O-β-D-葡萄糖苷对照品保留时间处无任何色谱峰, 表明阴性对照无干扰, 结果见图1~3。
2.1 0 样品含量测定及含量限度的确定:
按含量测定项下方法, 测定了10批“益血合剂 (无糖型) ”中2, 3, 5, 4′-四羟基二苯乙烯-2-O-β-D-葡萄糖苷的含量, 结果见表2。
根据上述测定结果, 10批益血合剂 (无糖型) 中二苯乙烯苷的平均含量为0.958 mg/m L, 且均高于0.72 mg/m L。为有效保证制剂质量, 同时考虑原料药材产地、加工及生产等因素的影响, 限定本品含制何首乌以2, 3, 5, 4′-四羟基二苯乙烯-2-O-β-D-葡萄糖苷 (C20H22O9) 计, 每1 m L不得少于0.72 mg。
3 讨论
实验中采用分光光度法[1], 以5 0%稀乙醇溶液为参比, 在190~400 nm波长范围内绘制吸收曲线, 结果2, 3, 5, 4′-四羟基二苯乙烯-2-O-β-D葡萄糖苷在320 nm处有最大吸收, 故确定本实验的检测波长为320 nm。
2, 3, 5, 4′-四羟基二苯乙烯-2-O-β-D葡萄糖苷对照品及供试品溶液必须严格避光低温放置, 以稀乙醇定容后, 需在12 h内进行测定, 否则对照品及供试品溶液中的2, 3, 5, 4′-四羟基二苯乙烯-2-O-β-D葡萄糖苷均降解[2,3]。
综上所述, 本实验建立了益血合剂 (无糖型) 中2, 3, 5, 4′-四羟基二苯乙烯-2-O-β-D-葡萄糖苷含量测定的方法, 和原“益血糖浆”的质量标准相比, 新标准更严格, 更规范, 增强了成品制剂的可控性, 也进一步保证了临床用药的安全和有效。
摘要：目的 建立益血合剂 (无糖型) 中2, 3, 5, 4′-四羟基二苯乙烯-2-O-β-D-葡萄糖苷含量测定的方法。方法 采用Apollo C18色谱柱 (250 mm×4.6 mm, 5μm) , 以乙腈-水 (25∶75) 为流动相, 流速1.0 m L/min, 检测波长320 nm, 柱温为30℃。结果 2, 3, 5, 4′-四羟基二苯乙烯-2-O-β-D-葡萄糖苷在15 min内达基线分离, 线性关系良好 (r≥0.9994) , 加样回收率为97.18%。结论 该方法简便, 快速, 可作为益血合剂 (无糖型) 的质量控制指标。
关键词：益血合剂 (无糖型) ,2, 3, 5, 4′-四羟基二苯乙烯-2-O-β-D-葡萄糖苷,高效液相色谱法,含量测定
参考文献
[1]国家药典委员会.中华人民共和国药典:2010年版一部[S].北京:中国医药科技出版社, 2010.
[2]陈发奎.常用中草药有效成分含量测定[M].北京:人民卫生出版社, 1997.
二代燃料乙醇的燎原之火 篇11
去年5月27日，丹麦诺维信公司(Novozymes)、中粮集团以及中国石化集团就纤维素乙醇的产业化事宜在北京签署了备忘录，宣布将共同致力于第二代燃料乙醇——纤维素乙醇的合作开发。根据协议，一个由中粮与中石化负责建设，诺维信公司提供酶制剂的和优化工艺的万吨规模纤维素乙醇示范工厂将在年内开工建设。这标志着我国生物质乙醇生产技术将从第一代迈入第二代，即从以消耗粮食到消耗农林废弃物生产乙醇的转变。
诺维信中国研发中心亚洲生物能源高级经理吴桂芳博士表示，“如果从生物质乙醇的生产价值链来讲，诺维信在示范工厂中的角色，一是提供酶制剂，二是提供优化工艺。但如果要将整个价值链贯穿下来，还需要中粮、中石化的支持方面。中粮目前是中国最大的燃料乙醇生产商，在以粮食为主的一代燃料生产技术中，中粮在国内是第一位，此外他们也做过一些非粮原料乙醇项目，有着丰富的燃料乙醇生产经验。”
纤维素乙醇的技术门槛
中国每年在农业生产中的废弃物达7亿吨。据2009年麦肯锡所作的一份报告，如果通过农业废弃物制备纤维素乙醇，到2020年能够为中国替代3100万吨汽油，使中国对进口原油的依赖下降10％，同时能减少9000万吨二氧化碳排放。因此，利用丰富的秸秆资源发展纤维素燃料乙醇，成为业内人士推崇的第二代燃料乙醇生产技术。
但是，纤维素乙醇的技术门槛比粮食乙醇高得多。粮食中的主要经济成分是淀粉，它作为一种能量储存方式，特点是能量密度较大、较容易在温和条件下分解；而秸秆的主要成分为纤维素、半纤维素和木质素。其中纤维素是由葡萄糖分子链接而成的长链，半纤维素由不同类型的五碳糖和六碳糖构成，木质素则由含芳香族高分子化台物构成。原料不同，直接影响到生产的难度和成本。
“纤维素在植物活体中属于结构性的物质，它由葡萄糖分子链接而成，糖与糖之间的化学键比较稳定，因此不像麦粒、玉米粒那样的储能物质容易被降解。在植物茎秆中，纤维素与半纤维素、木质素共存，三者之间还存在胶质，这种长期进化出的结构有益于保护植物的整体性，也注定了降解工作的难度。”吴桂芳从生物化学角度对发展第二代燃料乙醇的所需攻克的技术挑战进行了通俗的解释。
目前用于纤维素水解的方法主要有化学法和酶解法。前者往往需要高温高压和极端酸碱度，这就意味着高能耗、高污染和高毒性，因而并不经济。酶解法可以在比较温和的条件下反应，但缺点是生产成本一直居高不下。为了寻找环保经济的纤维素降解方法，2006年起，美国能源部资助美国国家再生能源实验室(NREL)开展相关研究。而诺维信自2000年开始研发用于生产纤维素乙醇的酶制剂和优化工艺，拥有业界领先的发酵法生产纤维素乙醇酶的核心技术。三年内，再生能源实验室分先后两次共拨款2930万美元项目开发援助金，支持诺维信纤维素酶产品的开发。
2009年，诺维信推出纤维素酶赛力一代。2010年，赛力二代纤维素乙醇复合酶问世，与一代相比，添加量可降低一半以上，并可在更高总固形物含量下实现良好的转化率，有助于生产商减少固定资产投入。诺维信表示，使用赛力二代的生产线中，乙醇生产过程中酶的成本已经降至0.5美元／加仑。诺维信全球执行副总裁托马斯·那奇认为，从工艺集成、优化以及各种技术的角度来说，纤维素乙醇的生产成本还有下降的空间。纤维素酶的技术突破为生物质乙醇产业带来了新的生机。
寻找腐生真菌
自然界中生活着各种各样的真菌，它们需要分泌相应的酶来代谢周围的各种碳源、氮源及其他营养物质以维持生存。生活在死亡植物木质部分的真菌，就会分泌纤维素酶，将纤维素降解为单糖，利用这些糖分生长繁殖。
从腐烂的植物上寻找腐生真菌，是诺维信研发工作中的重头戏。在吴桂芳看来，“能否找到合适的菌株就看你是否足够幸运。有时候可能找到了五株，其中有一株就很好。但有时候找到1000株，也不一定能找出一个合适的菌株来。”过去几年，诺维信中国研发总监吴文平博士带领科学家，试图从腐烂的玉米根茎当中寻找腐生真菌，但收集过程并不轻松。找到了能够产生适当的酶的菌株后，研究人员还需要对筛选出的酶进行优化，改变它的结构，增强底物适应性，以提高其反应效率。待其各项性能指标都达到要求后，再用基因工程将改造后的酶的基因转到生产菌株中，以实现大量生产。纤维素降解所涉及到的一系列酶，都是这样筛选出来的。
诺维信在有全球建有8座研发机构，拥有900多名研发人员，约150人从事酶制剂的研发，他们中只有少数人在丹麦，其余分布在美国和中国。吴桂芳概括了中国研发中心在赛力二代中所做的工作：“我们做的工作反映在两方面，一方面利用中国的生物多样性寻找新酶，将其用于全球产品的开发。另外，从中国本土的市场需求出发，我们要研究中国的生物质材料需要什么样的酶种，因为酶制剂开发需要有底物适应性，在中国收集到的这些玉米秸秆可能跟其他国家的秸秆组分不同，相应地，降解它们所需要的酶也不同。”从菌种到酶制剂
在吴桂芳看来，赛力二代的推出主要得益于两方面的工作：“一是提高已知酶的产率，降低它的生产成本。二是寻找更有效的新酶，替代原有的酶制剂，从而降低酶的用量需求。这是我们从基础研发到应用研发的两个工作重点。”
她为本刊记者详细讲述了赛力二代的研发过程：“在选择性培养基中，我们需要的那些菌株会生长的更好，或发生特别的反应，从而容易被发现。研究人员将这些菌株分离出来并进行纯化，然后根据其在显微镜下的形态特征来鉴定菌株种类。”这就完成了第一步——备选菌株的获得。
备选菌株生产酶的能力存在差异，研究人员需从中寻找潜力较高的那些。具体方法是：将需要降解的底物(比如纤维素)添加到琼脂平板培养基中，这时的培养基会变得浑浊。然后研究人员在培养基上挖一个孔，将同样大小、含有备选菌株的培养基移到孔中。培养一段时间后，菌株分泌的酶就会降解附近培养基中的底物，使得周围的培养基逐渐变得透明。在相同的培养时间下，透明圈的半径越大，就说明菌株所产生的酶效力越高，或者分泌酶的量越多。以此，研究人员就可以把有高产潜力的菌株挑选出来，这完成了第二步。
接下来，研究人员会对那些有潜力的菌株进行分子层面上的研究。同一株真菌所产生的纤维素降解酶可能有很多种，每种酶都可以完成纤维素的降解，但活力和具体反应过程不同。通过蛋白质纯化手段，研究人员将不同种类的酶一个一个地分离出来，并测量每种酶的功能和活性，然后锁定性能最好的那个酶，分析其氨基酸序列和基因序列，从而把这个酶对应的基因找出来。这就完成了第三步，找到最合适的酶。
酶的活性与环境条件密切相关。“打个比方，研究人员拿到酶之后，发现它的活力在pH7条件下最高，可是生产环境中
的pH值为6，那就需要用蛋白质工程对酶进行改造”，吴桂芳解释道，通过改变蛋白质的三维结构和化学特性，研究人员可以改变酶的特性，比如把最适反应pH值从7减到6，或是最适宜反应温度从50°变成70°。如果温度特性，酸碱度特性都达到要求了，但是酶的用量很大，这说明它对底物的效率不高，研究人员就需要分析蛋白质的序列，看看哪些位点是和分解底物最相关的，然后进行针对性的修改。这样一来，原来需要5个酶分子才能进行的反应，现在可能只需要2个了，这就是酶的蛋白质改造过程。
改造之后的酶距离工业化生产只有一步之遥了——研究人员用基因工程手段将酶的基因转入到表达(蛋白质)能力出色的生物工程菌株中去，让这些菌株来负责产酶。赛力二代是“复台酶”，这意味着它由多种酶构成。“在降解纤维素的过程中，不同酶之间的比例需要精细的调配。有的酶负责把纤维素由长链切为短链，有的酶负责从纤维素分子的一端切下来一个纤维二糖分子，然而纤维二糖分子还不能直接用来发酵，这就需要另一种酶将纤维二糖切成两个葡萄糖，因此降解纤维素至少需要三个酶，我们需要弄清不同酶的最佳配比是多少。”
据吴桂芳介绍，目前酶制剂能够利用的底物主要是纤维素和半纤维素。至于木质素，目前还无法转化为乙醇生产所需物质，发酵后以残渣的形式留在发醪液里面。但是木质素的热值很高，可用于前边工作中需要加热的地方，通过燃烧将热值释放出来，支持乙醇的生产。
理论上来讲，作为催化剂，酶在化学反应前后的质量不发生改变，但是诺维信并没有将其回收利用。“有人做研究如何将酶固定在固体表面，然后将其从反应液中分离出来，放到下一批生产中去用。在我们看来，与其通过这种途径来降低酶的成本，还不如将精力用于寻找更有效的新酶。因为将酶回收之后还面临一个问题，这些用过的酶活性如何?保留了百分之多少?这些很难确定。此外，由于酶是蛋白质，可以作为酵母的营养源，如果将它和水解之后生成的糖一起输送到发酵塔里去，可促进酵母的生长，提高发酵效率。”
躁动的萌芽期
2009年12月中旬，美国最大的玉米乙醇生产商、同时也是诺维信重要合作伙伴的POET公司宣布，已经在其试验装置中将纤维素乙醇的生产成本从原来的4.13美元／加仑降低到2.35美元／加仑(约台5300元人民币／吨)，并计划于2011年底前将产能扩大到37万吨，其中25％为纤维素乙醇，生产原料系玉米芯和玉米秸秆的混合物。吴桂芳并未透露生产每吨纤维索乙醇所需的赛力二代消耗量，因为“这在一定程度上受到具体生产过程中设施与技术的优化程度”的影响。到2010年为止，以POET公司的生产工艺、原料(玉米芯和和酶制剂)为基础，如果整个生产过程都采用最先进的技术，纤维素乙醇的成本可以控制在4500～5000元／吨。”
纤维素乙醇的另一个瓶颈是预处理技术——如何将反应底物尽可能地切割粉碎，将纤维素和半纤维素的复杂结构打开，使底物充分与酶制剂充分接触反应。中粮科学研究院研发中心总经理助理林海龙博士对本刊记者表示，通过几年的技术改进，纤维素的预处理成本降低至四年前的1／3。以目前的技术，每6吨秸秆可产出1吨乙醇，其中纤维素到糖的转化率可达80％，半纤维素到糖转化率可达70％，糖到乙醇的转化率可以达到90％以上。林海龙坦言，以中国的纤维素乙醇方面的技术，很难将生产成本控制在POET的标准，“在中国做纤维素乙醇，还有很长的路要走。我觉得还需要政府推进，第一个装置或前几个装置都是需要政府补贴来运营的。”
对于示范工厂中每吨纤维素乙醇可能达到的成本，中粮和诺维信方面都讳莫如深。而据业内人士透露，我国纤维素乙醇的生产成本约在8000元／吨以上。即使忽略热值差异(乙醇热值约为26780kJ／kg，汽油热值约为46000kJ／kg)，其相对于石油燃料也无明显价格优势。此外，预处理技术迄今仍是世界范围内的难题，各国取得的突破都比较有限，由示范装置得出的成本数据多数过于理想化，在大规模生产中较难复制。
2-苯乙醇 篇12
1 材料与方法
1.1 受试药物
何首乌TSG,纯度>98%,南京泽朗医药科技有限公司。
1.2 阳性对照药物
罗格列酮原料药,纯度99.67%,北京高博医药化学技术开发有限公司。
1.3 动物及饲养[7]
清洁级SD大鼠,雄性,6~8周龄,浙江省实验动物中心(动物合格证编号:0018533)。鼠全价颗粒饲料及辐照灭菌高脂饲料(高脂饲料配方:20%猪油+2%胆固醇+0.5%胆酸钠+5%蛋黄粉+基础饲料72.5%),南京江宁青龙山动物养殖厂。
1.4 主要仪器
BS210S电子天平(德国赛多利斯公司);TDL80-2B台式离心机(上海安亭科学仪器厂);Bio-rad680酶标仪(美国BIO-RAD公司);MILI-Q超纯水系统(美国Millipore公司);HH-4水浴锅(国华电器有限公司);IK15离心机(美国SIGMA公司)。
1.5 主要试剂
链脲霉素(STZ),上海生工生物工程有限公司;葡萄糖(GLU)、总胆固醇(TC)、三酰甘油(TG)、游离脂肪酸(FFA)、丙二醛(MDA)、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)检测试剂盒,南京建成生物工程有限公司;胰岛素检测试剂盒[酶联免疫吸附测定(ELISA)法],上海依科赛生物制品有限公司;BCA蛋白浓度测定试剂盒,碧云天生物技术研究所。
1.6 试验方法
1.6.1 模型建立方法[8]
高脂饲料喂养6周后,60只大鼠禁食过夜,腹腔注射STZ(30 mg/kg)建立2型糖尿病模型。STZ注射72 h后,测定模型大鼠的空腹血糖,以随机血糖≥12 mmol/L为标准,选择造模成功大鼠,根据血糖水平随机分组,分别给予相应药物治疗。另取10只作为正常对照组(Control组)始终喂以普通饲料。
1.6.2 分组及给药方案
本研究将试验动物分为5组,每组10只,分别为:Control组;模型组(DM组);罗格列酮(RGLT)组:5 mg/kg;TSG高剂量组(TSG-H组):100 mg/kg;TSG低剂量组(TSG-L组):50 mg/kg。RGLT组、TSG-H组、TSG-L组为治疗组,分别灌胃给药4周,每天1次,Control组和DM组均给予同体积的蒸馏水。
1.6.3 检测指标[9,10]
每天给药前观察动物一般状况。试验期间每周测定1次体重,并根据体重调整给药量。分别于给药前及给药2、4周,动物禁食过夜,眼底静脉丛采血,分离血清,采用试剂盒测定血糖水平。给药第4周动物禁食12 h后,进行腹腔注射葡萄糖(2.5 g/kg)耐量试验,采用葡萄糖试剂盒测定各组动物注射葡萄糖前及注射后0.5、1、2 h血糖值。于给药第4周,取血清采用ELISA试剂盒测定血清胰岛素(Ins)水平,并按下列公式分别计算胰岛素敏感指数(ISI)和胰岛素抵抗指数(IR):ISI=1/(空腹血糖值×空腹胰岛素值);IR=空腹血糖值×空腹胰岛素值/22.5。4周给药完毕,解剖取部分新鲜骨骼肌组织,-80℃冰箱保存,用于后续分子生物学试验。另取常规制备组织匀浆,按试剂盒说明书分别测定骨骼肌组织中TC、TG、FFA、MDA、CAT和SOD水平。
1.7 统计学方法
采用统计软件SPSS 15.0对数据进行分析,正态分布计量资料以均数±标准差(±s)表示,重复测量的计量资料采用方差分析,组间两两比较采用LSD-t检验,以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 对一般状态及体重的影响
在6周高脂饲料造模期间,各组大鼠毛色、排便、排尿、自发活动等一般状况未见明显变化。STZ造模大鼠出现不同程度的多饮、多尿和体重下降,各给药组对模型动物的一般状态和体重未见明显影响。试验期间各组均无动物死亡。
2.2 对血糖水平的影响
与Control组比较,DM组4周给药期间血糖水平显著升高(P<0.01)。与DM组比较,TSG-H组、TSG-L组给药4周血糖水平明显降低(P<0.05),RGLT组给药2周和4周血糖水平均明显降低(P<0.05、P<0.01)。见表1。
注:与Control组同时间点比较,**P<0.01;与DM组同时间点比较,#P<0.05,##P<0.01;“-”表示无数据;TSG:二苯乙烯苷;STZ:链脲霉素;DM:模型;RGLT:罗格列酮;TSG-H:TSG高剂量;TSG-L:TSG低剂量
2.3 对葡萄糖耐量的影响
与Control组比较,DM组大鼠腹腔注射葡萄糖后2 h内血糖水平显著升高(P<0.01)。与DM组比较,TSG-H组、TSG-L组大鼠腹腔注射葡萄糖后2 h内血糖水平明显降低(P<0.05或P<0.01),提示治疗组大鼠葡萄糖的摄取利用能力有所改善。见图1。
与Control组同时间点比较,**P<0.01;与DM组同时间点比较,#P<0.05,##P<0.01;TSG:二苯乙烯苷;STZ:链脲霉素;DM:模型;RGLT:罗格列酮;TSG-H:TSG高剂量;TSG-L:TSG低剂量
2.4 对胰岛素敏感性和抵抗的影响
与Control组比较,DM组ISI显著降低,IR显著升高(P<0.01),表明模型动物出现明显的胰岛素抵抗状态。与DM组比较,TSG-H、TSG-L组均可以显著升高ISI(P<0.01),同时显著降低IR(P<0.01)。见表2。
注:与Control组比较,**P<0.01;与DM组比较,#P<0.05,##P<0.01;“-”表示无数据;TSG:二苯乙烯苷;STZ:链脲霉素;DM:模型;RGLT:罗格列酮;TSG-H:TSG高剂量;TSG-L:TSG低剂量;Ins:胰岛素;ISI:胰岛素敏感指数;IR:胰岛素抵抗指数
2.5 对骨骼肌组织中脂质水平的影响
10周试验完毕,骨骼肌脂质水平检测结果显示,与Control组比较,DM组大鼠骨骼肌中TC水平部分升高(P>0.05),而TG和FFA水平均显著升高(P<0.01),表明模型大鼠骨骼肌组织中出现明显的脂质蓄积。与DM组比较,TSG-H组骨骼肌中TG和FFA水平均明显降低(P<0.05),TSG-L组FFA水平也明显降低(P<0.05)。与DM组比较,各受试药物组TC水平有部分降低,但差异均无统计学意义(P>0.05)。见图2。
与Control组比较,**P<0.01;与DM组比较,#P<0.05;TSG:二苯乙烯苷;STZ:链脲霉素;TC:总胆固醇;TG:三酰甘油;FFA:游离脂肪酸;DM:模型;RGLT:罗格列酮;TSG-H:TSG高剂量;TSG-L:TSG低剂量
2.6 对骨骼肌组织中氧化应激的影响
与Control组比较,DM组大鼠骨骼肌组织中MDA水平显著升高(P<0.01),而SOD和CAT水平显著下降(P<0.01),表明模型大鼠骨骼肌组织中出现明显的氧化应激性改变,且抗氧化能力下降。与DM组比较,TSG-H组骨骼肌组织中MDA水平显著降低(P<0.01),而SOD和CAT水平明显升高(P<0.01、P<0.05),TSG-L组对MDA和SOD水平也有明显的改善作用(P<0.05)。RGLT组骨骼肌组织中MDA、SOD和CAT水平均未见明显改变。见图3。
3 讨论
胰岛素抵抗是2型糖尿病的重要特征和病理机制。骨骼肌组织是胰岛素调节外周组织葡萄糖摄取的主要部位,骨骼肌的胰岛素抵抗在2型糖尿病的发病中起到始动和主要作用[11,12]。近年来,随着对糖尿病及其并发症研究的不断深入,骨骼肌脂质沉积以及氧化应激在IR发生机制中的作用逐渐引起人们的重视[13,14]。
本研究中模型大鼠骨骼肌组织中可见TG和FFA水平显著升高,这与临床2型糖尿病患者的组织病变特征相似[15,16]。此外,模型大鼠血糖显著升高,胰岛素敏感指数显著降低,提示该模型存在明显的骨骼肌胰岛素抵抗。TSG对于2型糖尿病大鼠模型骨骼肌组织的脂质蓄积也有明显的抑制作用,可能与本品降低血糖、改善IR有关。
与Control组比较,**P<0.01;与DM组比较,#P<0.05,##P<0.01;TSG:二苯乙烯苷;STZ:链脲霉素;MDA:丙二醛;SOD:超氧化物歧化酶;CAT:过氧化氢酶;DM:模型;RGLT:罗格列酮;TSG-H:TSG高剂量;TSG-L:TSG低剂量
对于高脂饲料联合STZ大鼠模型,本研究发现骨骼肌组织在脂质蓄积的同时,还伴有MDA增多,抗氧化酶(SOD、CAT)活力下降,表现为明显的氧化应激状态,这也可能是诱发模型出现IR的因素之一。已有多项体外、体内试验提示,TSG可以清除多种自由基,显著改善超氧自由基氧化损伤[17,18]。本研究结果显示,TSG对于糖脂代谢紊乱所致的大鼠骨骼肌氧化应激状态具有明显的改善作用,提示其抗氧化作用也是改善IR以及糖脂代谢紊乱的机制之一。