甘氨酸制备

甘氨酸制备（精选7篇）

甘氨酸制备 篇1

甘氨酸制备实验作为学生实验的一个好选择,它有以下几方面的优势:

1.甘氨酸是人体必需的氨基酸,在各种氨基酸输液配方中,基本上都使用甘氨酸,另外作为一种重要的精细化工中间体,广泛应用于医药、农药、食品、电镀、饲料添加剂和有机合成等领域,学生对此实验有浓厚的兴趣;

2.是一综合实验(制备→纯化→检验→产率计算),有一完整的实验过程;

3.装置简单,便于操作,所用的仪器和药品均为常见的且环境污染压力不大;

4.累计实验时间约4学时,满足学生实验所需时间。

鉴于此,我教研室在2007年决定将此实验列为学生实验以替换毒性、气味较大的实验。但看似简单的一个实验,却在实施过程中遇到了种种困难,达不到理想效果。为此我们进行了摸索、改进,现已作为一个成功的实验列入医学、康复、口腔、麻醉、影像、美容、预防、妇幼、临床病理、生物医学工程、药理、生物技术等专业的学生实验,取得了很好的效果。

1 问题的提出

教材已有的实验设计有以下不足:(1)在蒸除过量NH3时,将连接锥形瓶与漏斗的橡皮管直接插入盛有稀盐酸容器这不便操作;(2)NH4Cl晶体容易在橡皮管中析出,使实验难以继续;(3)将粗溶液煮沸2~3min后,便趁热过滤开始了重结晶过程,但此时溶液尚未饱和,无晶体析出。

2 改进后的实验步骤

(1)称取碳酸铵17g于锥形瓶中,加蒸馏水15ml,50~60℃水浴加热约15min。冷却至室温,加浓氨水20ml,加氯乙酸5g橡皮塞塞紧,室温静置1周。

(2)锥形瓶与吸收管连接并置于水浴中(80~100℃),吸收管的另一端与漏斗连接并将漏斗插入稀盐酸吸收液中,水浴加热约30min蒸除氨气。将锥形瓶中溶液转移至烧杯,加沸石和活性炭(约0.1g),在通风橱中浓缩至20~25ml,趁热过滤,滤液冷至室温后加甲醇30ml,稍加搅拌,静置,待晶体完全析出,减压抽滤,并用少量甲醇洗涤结晶1~2次,得甘氨酸晶体。将甘氨酸置于干燥恒温箱中,105℃下干燥30min,取出冷却至室温,称重计算产率。

(3)用自制所得甘氨酸配成的1%水溶液进行下列实验:

(1)取甘氨酸水溶液2ml于试管中,加茚三酮溶液5滴,在沸水中加热,观察颜色变化。

(2)取甘氨酸水溶液2ml和10%亚硝酸钠溶液置2ml于试管中,另取蒸馏水2ml和10%亚硝酸钠溶液2ml置于另一试管中,每只试管各加冰醋酸5滴,振摇,观察现象,比较结果,说明原因。

3 实验过程中要注意的两点

1.防止NH4Cl晶体析出于橡皮管中,使实验难以继续。这要求连接锥形瓶与漏斗的橡皮管不可太长,约10cm即可且将盛有稀盐酸容器置于水浴锅上,在保有60℃的前提下让NH3气顺利通过橡皮管。

2.将粗产品溶液浓缩至2 0~2 5 m l,以确保形成饱和溶液。

参考文献

[1]韦正友.医学有机化学实验教程[M].安徽:安徽科技出版社,2005

丝氨酸制备新法获专利 篇2

中科院成都生物所研发的一种丝氨酸制备方法日前获得国家发明专利授权。

丝氨酸具有许多重要的生理功能和作用, 在医药、食品、化妆品中广泛应用。成都生物所科研人员采用价廉易得的半胱氨酸或胱氨酸为原料, 通过简单反应得到N-保护的半胱氨酸酯, 随后将N-保护的半胱氨酸酯卤化形成N-保护的卤代丙氨酸酯, 最后通过对N-保护的卤代丙氨酸酯进行碱水解制备丝氨酸。该技术的优点是原料来源丰富易得, 反应操作简单, 收率高, 后处理简便, 成本低, 适于工业化生产。

DL-胱氨酸的制备与探讨 篇3

1 实验材料与仪器设备

1.1 材料

盐酸、硫酸、氨水均为工业级;303糖用活性炭:江西新岗山活性炭厂;L-(Cys)2:天钟氨基酸有限公司。

1.2 仪器设备

1000~2000 mL三颈瓶:北京九龙玻璃厂;DW-1型电热碗:山东荷泽市生化仪器厂;主要分析仪器为WZZ - 1型自动旋光仪:上海物理光学仪器厂。

2 实验方法

2.1 制备工艺路线(见图1)

2.2 试验方法

2.2.1 L-(Cys)2的消旋反应

将一定量的L-(Cys)2加入至带有冷凝管的三颈瓶中,然后加入8.0~12.0 mol·L-1的硫酸溶解,升温至130~185℃进行回流。记录加热的初始时间,待体系澄清后,取10 mL样品,用无离子水稀释到100 mL,测定此时的旋光值。此后每隔一段时间间隔,采用同样方法取样,测定旋光值,直至其为0,记录消旋终点时间。

2.2.2 DL-(Cys)2的粗制

当回流液冷却至室温后,慢慢将其倒入冷水中稀释,在40℃以下,用氨水中和至pH1.0~1.5时加入少许活性炭脱色至黄色,过滤除去活性碳,然后滤液继续用氨水中和至pH3.0~5.0、过滤、水洗3次,得灰白色DL-(Cys)2粗品。

2.2.3 DL-(Cys)2的精制

将DL-(Cys)2粗品溶于2 mol·L-1盐酸中,控制pH0.5~1.0,恒温60~65℃,加入303糖用活性炭脱色,一定量的BaCl2用于去除SO42-。当脱色液的透过率(T)≥98%时过滤,滤液于60~65℃用氨水中和至pH2.5~5.0,过滤、水洗至无Cl-和SO42-,于80℃干燥得白色DL-(Cys)2结晶。

3 结果与讨论

3.1 制备DL-(Cys)2方法的选择

制备消旋氨基酸的技术有许多种,而对于消旋L-(Cys)2这种难溶于水和弱有机酸的物质来说确实很难。例如:其一、L-(Cys)2在碱性条件下回流,巯基键发生断裂,且回流时间越长,断裂越多。易生成水溶性多硫化钠。加酸后生成难溶的胶态硫,产物很难结晶出来[6]。其二、在纯乙酸溶剂中,以乙酸酐酰化消旋L-(Cys)2[7]或在羧酸溶剂中,在醛的催化下通过形成Schiff 碱而使L-(Cys)2消旋的工艺困难且成本较高[8] 。我们也曾采用过在高温的情况下使L-(Cys)2失水而生成焦(Cys)2转型,再通过浓盐酸水解来使L-(Cys)2消旋化,但消旋反应速率太低且浓盐酸在高温的情况下易挥发而造成污染。最终我们选择了用浓H2SO4来制备DL-(Cys)2。按实验方法2.2.1,对L-(Cys)2进行消旋对比试验,L-(Cys)2和H2SO4采用三种不同的摩尔比,结果见表1。

3.2 L-(Cys)2消旋条件的确立

由表1的试验结果表明:当H2SO4与L-(Cys)2摩尔比太小时,L-(Cys)2的溶解时间长,消旋回流温度过低从而延长了消旋反应时间;摩尔比过大,单位体积内的摩尔浓度高,反应速度加快,回流温度随之升高,消旋反应速率随反应温度的升高而升高,但同时温度太高容易造成部分(Cys)2的分解。因此,随着H2SO4与L-(Cys)2摩尔比的增加,消旋反应终点的时间缩短,收率则逐步降低。

通过以上综合分析和成本的考虑,我们最终采用了表1中的第2#的试验参数,用同一批次的L-(Cys)2来做消旋实验获得了较好的消旋效果,结果见表2。

*摩尔比

由表2的试验结果看出:采用10 mol·L-1浓H2SO4在高温条件下的消旋方法,对于L-(Cys)2来说是行之有效的,平均收率达到62.02%、消旋率100%,DL-(Cys)2的主要质量指标均达到日本理化株式会社的产品质量标准,结果见表3。

4 结论

用同一批次的L-(Cys)2作原料,采用浓H2SO4在高温条件下的消旋方法,可获得消旋率100%的DL-(Cys)2,平均收率达到62.02%,其主要质量指标均达到日本理化株式会社的产品质量标准。最适的消旋反应条件为:消旋温度130~150℃,H2SO4:L-(Cys)2摩尔比=8:1。

摘要：采用L-胱氨酸为原料,以浓硫酸为消旋剂,在消旋温度为130150℃、L-胱氨酸和硫酸的摩尔比为1:8的条件下,经过消旋转型、水解、中和、结晶等步骤,可获得平均收率达到62.02%、消旋率100%的DL-胱氨酸,其主要质量指标均达到日本理化株式会社的产品质量标准。

关键词：L-胱氨酸,DL-胱氨酸,消旋,收率

参考文献

[1]黄锁义,田华,王加彦.含氨基酸的手性化合物外消旋体的制取方法[J].精细化工中间体,2004,34(6):21~23.

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[3]Ebbers E J,Ariaans G J,Houbiers J P,Bruggink A,Zwanenburg B.Controlled racemization of optical activecompounds:prospects for asymmetric transformation[J].Tetrahedron,1997,53(28):9417~9476.

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[5]HBruckner,J Justus,J Kirschbaum.Saccharide inducedracemization of amino acids in the course of the Maillardreaction[J].Amino Aicds,2001,21:429~433.

[6]周锡樑,梅亚红,兰荣华等.D-半胱氨酸盐酸盐制备研究[J].氨基酸和生物资源,2007,28(1):39~41.

[7]何佺,蒋岚,张亚静等.氨基酸的消旋研究[J].氨基酸和生物资源,2005,27(3):55~57.

甘氨酸制备 篇4

随着D-天冬氨酸应用研究的深入, 市场对D-天冬氨酸的需求也越来越大。目前D-天冬氨酸的生产制备方法以生物法为主, 研究较多的是利用L-天冬氨酸-β-脱羧酶的选择性脱羧作用对DL-天冬氨酸进行拆分[4,5,6,7]。

我们以廉价的L-天冬氨酸及易于合成和回收的L-2, 4-二苯甲酰酒石酸 (L-DBTA) 为原料, 经酯化, 消旋, 拆分和水解等反应制得了D-天冬氨酸, 并对反应条件进行了优化研究, 得到了较好的实验结果。这一工艺路线, 单步反应简单, 反应条件温和, 各步收率均在75%以上, 所得到的D-天冬氨酸的旋光纯度可达到99%。

1 实验部分

1.1 仪器与药品

1.1.1 仪器

X4型显微熔点测定仪, WZZ-1S数字式自动旋光仪, Perkin-Elmer型红外光谱仪。

1.1.2 药品

无水甲醇, 冰醋酸, 水杨醛, 三乙胺等均为分析纯;38%浓盐酸为化学纯, L-天冬氨酸-β-甲酯和L-2, 4-二苯甲酰酒石酸 (L-DBTA) 由实验室自制。

1.2 DL-天冬氨酸-β-甲酯制备

取28 g (0.19 mol) L-天冬氨酸-β-甲酯置于三口瓶中, 加入180 mL冰醋酸, 加热使固体溶解。按照n (L-天冬氨酸-β-甲酯) ∶n (水杨醛) =1∶0.01的比例向上述体系中滴加水杨醛, 于90℃搅拌2 h, 反应结束后将溶剂蒸发浓缩, 用丙酮洗涤得到26 g白色粉末状DL-天冬氨酸-β-甲酯, 收率92.8%。m.p. 182~185℃, [α]undefined= 0.0 (C=1.0, H2O) 。

1.3 D-天冬氨酸-β-甲酯·L-DBTA盐的制备

取25 g (0.17 mol) DL-天冬氨酸-β-甲酯于三口瓶中, 加入100 mL水, 升温至固体溶解。称取31.9 g (0.085mol) L-DBTA溶于甲醇后, 于30 min内滴入反应瓶中, 反应1 h后冷却至室温, 有大量白色晶体析出, 过滤得到38.2 g D-天冬氨酸-β-甲酯·L-DBTA盐, 收率86%。m.p.166~168℃。[α]D25= -82.54° (C=1.0, 甲醇) 。

1.4 D-天冬氨酸制备

取37 g (0.0732 mol) D-天冬氨酸-β-甲酯·L-DBTA盐置于烧杯中, 加入0.6 moL·L-1盐酸240 mL, 室温反应2 h, 过滤, 回收L-DBTA 31.1g, 回收收率97.6%。滤液补加15 mL 浓盐酸, 回流2 h后, 浓缩至20 mL, 用氨水调pH至2.7左右, 室温下搅拌4 h, 过滤, 干燥得D-天冬氨酸8.7 g, 水解收率87.7%, 拆分反应总收率78.2%。m.p. 267~268℃;[α]undefined=-26.25° (C=1.0, 6mol·L-1 HCl) ;IR (KBr, cm-1) : 3450 (vOH) , 3300-2500 (vNH3+, O-H, C-H) , 1691.5, 1645.2 (vC=O) , 1600.8, 1514.4 (vCOO-) , 1319.2 (vC-N) , 1249.8 (vC-C) 。

2 结果与讨论

2.1 DL-天冬氨酸-β-甲酯制备

L-天冬氨酸-β-甲酯的消旋反应中, 我们以水杨醛为催化剂, 研究了溶剂、反应温度和消旋化时间对消旋化反应收率的影响, 结果如表1所示。

*注:以L-天冬氨酸-β-甲酯[α]D25=+23.5° (C=2.0, 6M HCl) 为参考计算消旋化程度。

由表1可以看出:以乙酸为溶剂时消旋化程度和产物收率均较高, 结果最理想;在甲酸中消旋化程度最低;而在丙酸中消旋化程度虽然较甲酸中高, 但是收率却明显降低。在80~100℃的范围内, 随着反应温度的升高, 产物收率逐渐降低, 在90~100℃内变化, 产率降低尤为明显。

2.2 D-天冬氨酸-β-甲酯·L-DBTA盐的制备

在拆分反应过程中, D-天冬氨酸-β-甲酯·L-DBTA盐的溶解度较小, 首先从体系中结晶析出, 水解以后可得到D-天冬氨酸-β-甲酯, 反应母液可回收得到L-天冬氨酸-β-甲酯。实验考察了反应温度对结果的影响, 发现温度60~70℃时产物的旋光纯度及产率最高。

2.3 D-天冬氨酸制备

水解反应时间和酸的浓度对D-天冬氨酸的光学纯度和产率也有较大影响。当反应时间太长或酸浓度过高时, D-天冬氨酸有部分消旋使产物的光学纯度降低;反应时间短或酸浓度低, 水解不完全产率降低。因此, 产物的后处理调节阶段, 应控制适宜的酸浓度和反应时间。

3 结论

综上所述, 通过将L-天冬氨酸酯化, 消旋化, 然后以L-DBTA拆分并进而制备D-天冬氨酸是一条可行的路线。所用拆分剂的合成工艺简单, 合成原料易得, 拆分后回收率很高, 成本较低, 流程短, 实验条件易于控制, 产品光学纯度高, 是一条具有开发潜力的合成路线。

参考文献

[1]T.Yanagida, Y.Kojima, K.Yamasaki et al., Studieson structures of degradation products of aspoxicillin.Ⅱ.Polymerization products of aspoxicillin in aqueous solution[J].Yakugaku Zasshi, 1990, 110 (6) :400~406.

[2]T.Yanagida, Y.Kojima, K.Yamasaki et al., Studieson structures of degradation products of aspoxicillin.Ⅰ.Hydrolysis products of aspoxicillin in aqueous solution[J].Yakugaku Zasshi, 1990, 110 (6) :394~399.

[3]A.Paquet, K.Kayman, Some N-acyl-D-amino acidderivatives having antibotulinal properties[J].Can J Mi-crobiol, 1987, 33:577~582.

[4]D.P.庞塔莱翁, I.G.福瑟琳哈姆, 制备D-天冬氨酸的方法和组合物[P].CN:1242054A, 1997-10-28.

[5]E.M.Wilson, H.L.Komberg, Porperties of crystalli-zation L-aspartatem-decarboxylyase from achro-mobacter sp[J].Biochem J, 1963, 88:578~587.

[6]A.Novogrodsky, A.Meister, Control of L-aspartate-decarboxylyase activity by trasamination[J].J BiolChem, , 1964, 239:879~888.

甘氨酸制备 篇5

近年来,D-氨基酰化酶(D-Aminoacylase, 也叫 N-Acyl-D-amino acid amidohydrolase )的研究逐渐增多。D-氨基酸酰化酶可以直接水解乙酰-D-氨基酸而得到D-氨基酸,未水解的乙酰-L-氨基酸进行消旋处理成乙酰-D,L-氨基酸继续拆分。工艺路线如图所示。

这种方法工艺简单、收率较高、产品光学纯度高,具有很好的发展前景。本文进行了以D,L-苯丙氨酸为原料经D-氨基酰化酶制备D-苯丙氨酸的研究。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

D型氨基酰化酶(D-Aminoacylase, EC 3.5.1.81)购自日本天野酶制品株式会社,以乙酰-D,L-苯丙氨酸为底物时的酶活为1.0×107 U·g-1。D,L-苯丙氨酸购自安徽恒锐新科技有限公司,D061强酸性阳离子交换树脂购自天津市和成科技有限公司,其它试剂均为市售分析纯试剂。

WZZ-2B自动指示旋光仪、722N分光光度计、DWS-51钠度计、PHS-3B酸度计、WRS-2A熔点仪均为上海精密科学仪器有限公司产品。

1.2 乙酰-D,L-苯丙氨酸的制备

将40 g NaOH和165 g D,L-苯丙氨酸溶于400 mL去离子水中,在5℃下,边搅拌边滴加醋酸酐和4 mol·L-1 NaOH溶液使溶液的pH值保持在9.0～10.0之间,用茚三酮试剂检测无残留氨基酸后,用盐酸调pH值为2.0～2.5,低温静置得到乙酰-D,L-苯丙氨酸结晶。

1.3 乙酰-D,L-苯丙氨酸的酶法拆分

将D-氨基酰化酶溶解于0.2 mol·L-1醋酸钠溶液中,配制成1×107U·L-1 的酶液。准确配制0.5 mol·L-1乙酰-D,L-苯丙氨酸溶液(用氢氧化钠调pH8.0),预热到40℃后加入一定量的酶液,定时取样,样品迅速煮沸灭酶活,用纸层析法检测D-苯丙氨酸的含量。

1.4 D-苯丙氨酸的分离

拆分结束后,在拆分液中加入少量活性炭脱色,再用去离子水稀释1倍,加热到70℃后过H+型D061树脂柱(柱子的内径为2.5 cm,有效高度为30 cm,内装离子交换树脂150 mL,带恒温夹套,夹套温度为70℃,流速300 ml·h-1)。用0.2 mol·L-1氨水进行解析,收集含有D-苯丙氨酸的组分,真空浓缩至小体积,用醋酸调pH为5.0,低温静置析出D-苯丙氨酸结晶。

1.5 乙酰-L-苯丙氨酸的消旋

乙酰-L-苯丙氨酸和醋酸组成的混合溶液减压浓缩至小体积,用氢氧化钠调pH,继续减压浓缩直至温度达到150℃,加入一定量的醋酸酐,保温反应一段时间后,加入冷水进行冷却、稀释,用盐酸调pH2.0～2.5,低温静置得到乙酰-D,L-苯丙氨酸结晶。

2 结果和讨论

2.1 乙酰-D,L-苯丙氨酸的制备

乙酰-D,L-苯丙氨酸采用在碱性条件下进行酰化,实验发现所需的醋酸酐的量与氢氧化钠加入方式有很大的关系。实验采用两种方案,第一种方案为将一定量氢氧化钠和D,L-苯丙氨酸全部溶解于水中后再滴加醋酸酐;第二种方案为将D,L苯丙氨酸溶解后,同时滴加醋酸酐和4 mol·L-1的NaOH溶液,始终保持溶液pH9～10。实验发现第一种方案的原料的最优比例为:D,L苯丙氨酸︰氢氧化钠∶醋酸酐=1︰2.5︰1.3,第二种方案的最优比例为:1︰2.2︰1.1。第二种方案明显优于第一种方案。

2.2 拆分实验

给酶量对拆分过程有着重要的影响,给酶量大则反应所需的时间短,给酶量小则所需的时间长。实验考察了不同的给酶量对酶拆分过程的影响。从图1中可以看出,在不同的给酶量条件下,拆分率在反应的初始阶段均迅速增加,但随着时间的延长,拆分率增加的越来越慢。这是因为酶在溶液中容易失活,在反应的初始阶段,酶活较高,随着反应的进行酶活逐渐下降,同时由于底物浓度降低和产物浓度增高产生的抑制作用,24 h 后酶反应基本停止。从图1中可以看出,在给酶量为1×104U·L-1和2×104U·L-1时,最终的拆分率分别为55%和85%左右。当给酶量为3×104U·L-1和4×104U·L-1时,拆分率均可达95%以上,但二者所需要的时间不同。给酶量为3×104U·L-1时,达到95%的时间为24 h左右,而给酶量为4×104U·L-1时,达到95%所需的时间只有5 h左右。从经济上考虑,3×104U·L-1为合适的给酶量。

2.3 D-苯丙氨酸的分离

采用D061树脂进行了D-苯丙氨酸的分离研究,流出液的组成和pH如图2所示。酶拆分液中可与阳离子交换树脂进行离子交换的物质有D-苯丙氨酸和Na+,二者在D061树脂上发生竞争吸附,Na+不断置换已经交换在树脂上的D-苯丙氨酸,这样就在离子交换树脂柱中形成上层为Na+下层为D-苯丙氨酸的两个层带,流出液中先出现D-苯丙氨酸后出现Na+。用茚三酮显色和钠度计监控始点和终点,收集含有D-苯丙氨酸的组分(图中500 mL～1000 mL),这一组分重新上柱,用0.2 mol·L-1氨水进行解吸,解吸液真空浓缩,低温结晶。经过多次循环操作,计算出D-苯丙氨酸的收率为95.4%。D-苯丙氨酸重结晶并干燥后纯度为99.8%,熔点为283℃,旋光度为D20=+35.0(C=1,水)。

2.4 乙酰-L-苯丙氨酸的消旋

本文参考文献[8],采用乙酰-L-苯丙氨酸熔融状态下进行消旋,最佳实验参数为:温度为150℃,pH值为6.0,醋酸酐质量分数为5%,反应时间为30 min,反应结束后加入5倍体积冷水进行冷却、稀释,用盐酸调pH为2.0～2.5,冷却得到大量的乙酰-D,L-苯丙氨酸。采用此方法可以得到旋光度为0的乙酰-D,L-苯丙氨酸,收率为92.8%。

3 结论

在指定的条件下,3×104U·L-1的给酶量可以对0.5mol·L-1的乙酰-D,L-苯丙氨酸进行较彻底的拆分。酶拆分液通过阳离子交换树脂柱进行D-苯丙氨酸的分离,D-苯丙氨酸的收率为95.4%。过柱液真空浓缩至熔融,加入一定量的醋酸酐即可得到旋光度为0的乙酰-D,L-苯丙氨酸。采用D-氨基酰化酶拆分制备D-苯丙氨酸,工艺简单,收率较高,具有很好的工业应用价值。

参考文献

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甘氨酸制备 篇6

1 材料与方法

1.1 药品与仪器

DL-异亮氨酸,氨基酰化酶,盐酸,氢氧化钠,氨水,无水乙醇,乙酸酐,三乙胺等均为分析纯。

WRS-D1B数字熔点仪,WZZ-1S数字式自动旋光仪。

1.2 乙酰-DL-异亮氨酸的制备

1000 mL的三口瓶中加入58.3 g (0.44 moL)DL-异亮氨酸和100 mL的去离子水,搅拌下,加入6 mol·L-1的NaOH溶液90 mL(0.54 moL),使之全溶,用冰水浴冷却到0~10℃,滴加70 mL乙酸酐,约30~40 min滴加完毕,继续搅拌一段时间,经TLC反应完毕后,用6 mol·L-1的 HCl调节溶液的pH=2时,有结晶析出,过滤,干燥得67.8 g白色结晶,收率89.0%,m.p:150.3~150.9℃。

1.3 酶拆分乙酰-DL-异亮氨酸

500 mL三口瓶中加入65.0 g (0.375 moL)乙酰-DL-异亮氨酸,675 mL 去离子水,磁力搅拌,用55 mL 10 mol·L-1 的氨水调节pH=7.5~8.0,溶液温度控制在37℃,加入5 g氨基 酰化酶,在此条件下,搅拌反应3 d,将溶液加热到70~80℃,反应1 h后,加入15 g活性炭,继续搅拌30 min后,过滤,将滤液浓缩至150 mL,然后加150 mL无水乙醇,放冰箱冷却过夜,第二天,抽滤,干燥得到16.3 g L-异亮氨酸,收率66.3%[α]=+39.08 ( C=2, 6 mol·L-1 HCl )。将过滤所得的母液用6 mol·L-1的HCl调pH=1~2有大量结晶析出,放冰箱冷1~2 h后,过滤,干燥得到27.9 g乙酰-D-异亮氨酸,收率85.8%。[α]=-21.73 (C=2,CH3CH2OH),Mp 157.1~157.9℃

1.4 D-异亮氨酸的制备

500 mL 二口瓶中加入30.0 g(0.173moL) 乙酰-D-异亮氨酸,270 mL 6 mol·L-1的HCl溶液,加热升温至80℃,搅拌反应3 h,TCL反应完毕后,降温,浓缩,蒸干后,加180 mL无水乙醇,用三乙胺调pH=6.0,冷却后抽滤,用少量无水乙醇洗涤,干燥得到22.1 g D-异亮氨酸,收率97.4%。[α]=-36.68 (C=1,6 mol·L-1 HCl )

2 结果与讨论

2.1 氨基酰化酶拆分时间的确定

采用滴定分析方法[10]测定酶解反应的时间。

2.1.1 试剂配制方法如下:

硫酸铜标准溶液(0.02mol·L-1)称取硫酸铜(CuSO4·5H2O)4.994 g溶于1000.0 mL的蒸馏水中;硼砂缓冲液(0.05 mol·L-1)称取 19.02 g的硼砂(Na2B4O7·10 H2O)溶于1000.0 mL的蒸馏水中; 0.2%紫脲酸铵(Murexide)指示剂称取0.0218 g的紫脲酸铵溶于100 mL的蒸馏水中。

2.1.2 测定方法:

取1 mL的反应液稀释到30 mL,加入5 mL硼酸缓冲液及6滴紫酸脲胺指示剂,用硫酸铜标准溶液滴定至溶液由浅褐色变为黄绿色为终点,消耗硫酸铜标准溶液6.35 mL,表明反应接近100%。通过此方法确定酶解的反应时间为3 d,转化率为100%。

2.2 酶解温度优化

当时间一定,转化率、收率、旋光度随酶解反应的温度变化如表1所示。另外,转化率是通过滴定分析方法计算的,是指N-乙酰-L-异亮氨酸转化为L-异亮氨酸的比例;收率是指D-异亮氨酸相对于N-乙酰-DL-异亮氨酸理论产物计算的;旋光度是D-乙酰异亮氨酸用旋光仪进行测定的。通过数据对比选择酶解温度为37℃。

3 结论

综上所述,通过对DL-异亮氨酸进行乙酰化、酶解、水解反应得到D-异亮氨酸。并对酶解时间和温度进行优化。用氨基酰化酶作为拆分剂拆分并进而制备D-异亮氨酸是一条可行的途径。制备工艺简单,条件温和、成本较低,产品收率高,光学活性单一,转化能力强,污染小等许多优点,是一条具有潜在工业应用价值的合成路线,因此研究酶拆分法制备D-异亮氨酸的工艺技术有较好的应用价值。

参考文献

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[2]Kim,In Jong;Liu,Tongzhu;Kim,Heejin;Wang,Yanchun;Qiu,Yao-Ling;Phan,Ly Tam;Or,YatSun.Preparation of 6,11-bridged biaryl macrolide pro-drugs as antibacterial agents.[P].2009.U.S.20090270457A1.

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甘氨酸制备 篇7

为此,本课题采用价廉易得的尿素和马来酸酐等为主要原料,辅之以恰当的工艺条件合成出了高性价比聚天冬氨酸,由此新工艺合成的PASP,不仅工艺简单、成本低,而且阻垢缓蚀性能均达到或超过传统路线合成的PASP,与传统聚天冬氨酸合成方法相比,具有明显的性价比优势,从而为全面取代含磷的阻垢缓蚀剂提供了有益的尝试,也为这一绿色的阻垢缓蚀剂真正进入市场铺平了道路。

1 实验部分

1.1 主要试剂和仪器

马来酸酐(分析纯,天津市博迪化工有限公

司);尿素(分析纯,天津塘沽区德华化学试剂厂);丙酮(分析纯,北京益利精细化学品有限公司);N,N-二甲基甲酰胺 (分析纯,天津市广成化学试剂有限公司);无水氯化钙(分析纯,武汉中南化工试剂有限公司);六次甲基四胺(化学纯,中国上海试剂一厂);钙羧酸(指示剂,国药集团化学试剂有限公司)。

电热恒温干燥箱(202-Ⅰ型,上海锦昱科学仪器有限公司);酸度计(pHS-818,美国奥立龙公司);电子天平(SARTORIUS,德国赛多利斯公司);数显恒温水浴锅(HH-4型,金坛市富华仪器有限公司)。

1.2 反应原理

反应方程式为:

1.3 聚天冬氨酸的合成

在一个装有温度计和搅拌器的烧瓶中按比例加入马来酸酐、蒸馏水,常压加热[4]使马来酸酐完全溶解,把温度控制在反应温度,搅拌加入一定量尿素,反应一定时间,当溶液变为乳白色时冷却,低压干燥,得到马来酸铵盐。

称取一定量干燥后的马来酸铵盐于三口烧瓶中,加入一定量催化剂,在一定温度下发生缩聚反应,脱去H2O。反应一定时间后,得到固体产品,冷却反应体系,用蒸馏水洗去催化剂及副产物[5],干燥即可得到淡黄色粉末状的聚琥珀酰亚胺。

称取一定量聚琥珀酰亚胺于烧杯中,用氢氧化钠溶液溶解聚琥珀酰亚胺[6],加入氢氧化钠调节pH值,在一定温度下进行水解,反应一段时间后即可得到一定质量浓度的聚天冬氨酸钠盐溶液。

1.4 阻垢实验

在烧杯中各加入HCO3-溶液搅匀,将烧杯置于45±1℃恒温水浴锅中,在实验过程中需要不断补充蒸发损失的水分,使整个溶液维持恒定的体积。经过20h后,将烧杯从水浴锅中取出,冷却至室温,过滤,测定Ca2+浓度。阻垢率(X)按下式[7]计算:

undefined( 1)

式中:A——加阻垢剂试验后Ca2+浓度,mg/kg;

B——不加阻垢剂试验后Ca2+浓度,mg/kg;

C——试验前加入Ca2+浓度,mg/kg 。

1.5 缓蚀实验

采用20#碳钢,通过重量法测腐蚀率。以年腐蚀度表示碳钢的腐蚀率(η)按下式[8]计算:

undefined( 2)

式中:W1——试验前试片重量,mg;

W0——试验后试片重量,mg;

S——试片总表面积,cm2;

T——试片放置时间,h;

87.6——换算系数;

7.85——碳钢的密度,g·cm-3。

2 结果与分析

2.1 合成条件优化试验

选择如下因素做优化试验:

A马来酸酐与尿素的摩尔比(n/n):1∶1;1∶1.5;

B缩聚温度(℃): 170;175;

C缩聚时间(min): 180;240;

D马来酸铵盐与催化剂质量比(m/m): 1∶0.75;1.1;

E水解反应中氢氧化钠的浓度(mol/L):1;2;

F水解时间(min):40;60;

G水解温度(℃):60;70

注:Kn是某因素的第n水平所在实验对应的某一指标所有值之和;R(极差)=Kmax-Kmin

从表1可以看出,对PASP的合成中影响因素排序为:D>C>B>G>F>E>A,即各因素对产品性能影响顺序为:马来酸铵盐与催化剂质量比>缩聚时间>缩聚温度>水解温度>水解时间>氢氧化钠的浓度>马来酸酐与尿素的摩尔比,最佳试验条件为:A1B2C2D2E2F1G1,在此条件下合成的PASP与一般方法合成的PASP比较,具有低成本,高性能等特点[9,10,11,12]。

2.2 阻垢缓蚀性能测试

2.2.1 Ca2+浓度对阻垢率的影响

采用不同的Ca2+浓度测试聚天冬氨酸产物对Ca2+的承受量。每1个浓度的试样准备2份,1份加阻垢剂,另1份则不加阻垢剂,做空白对比。搅拌试样后,加入60mg·mL-1的碳酸氢钠20mL,放入45±1℃恒温水浴锅中,保持溶液体积为1L。20h后冷却过滤,测量溶液中残留的Ca2+浓度,计算阻垢率,结果如图1。

从图1可以看出,随着钙离子浓度的升高其阻垢性能逐渐下降,当钙离子浓度达到800mg·L-1时其阻垢效率才开始缓慢变化。随着钙离子浓度的增加,溶液中残留的钙也缓慢增加,在500mg·L-1时钙残留量增加的速度几乎持平,但此时阻垢率却没有明显的下降。这说明钙离子浓度的波动对PASP的性能几乎没有太大影响。

2.2.2 HCO3-浓度对阻垢率的影响

采用250mg·L-1的Ca2+浓度测试聚天冬氨酸产物对HCO3- (以CaCO3计)的承受量。每种浓度的试样准备2份Ca2+溶液。分别先加入Ca2+溶液,然后1个加阻垢剂,另1个不加阻垢剂,形成空白对比。加入不同量的HCO3-,并调节体积使Ca2+的浓度为250mg·L-1 (以CaCO3计),最后调节pH=7.5。搅拌后放入45±1℃恒温水浴锅中,保持溶液体积为1L。20h后冷却过滤,测量溶液中残留的Ca2+浓度,计算阻垢率,结果如图2。

从图2可以看出,随着HCO3-浓度的增加,阻垢率和溶液中残留的钙则降低,从碳酸氢根与钙离子浓度对阻垢率的影响来看, 钙离子浓度对阻垢率的影响要大于碳酸氢根的影响。这也说明PASP的主要阻垢原理在于螯合作用[13],因此对钙离子浓度会更加敏感。

2.2.3 pH对阻垢率的影响

采用250mg·L-1的Ca2+浓度测试聚天冬氨酸产物阻垢效率。分别在几个烧杯中先加250mg·L-1Ca2+溶液((以CaCO3计),然后加阻垢剂,另用几个烧杯不加阻垢剂形成pH空白对比。加入60mg/mL的碳酸氢钠10mL,用盐酸或氢氧化钠溶液调节pH在不同的值。搅拌后放入45±1℃恒温水浴锅中,保持溶液体积为1L。20h后冷却过滤,测量溶液中残留的Ca2+浓度,计算阻垢率,结果如图3。

从图3可以看出,随着pH的增加阻垢率下减,当pH超过7之后,阻垢率随pH的增加而急剧下降。主要原因是随着pH的增加,HCO3-浓度下降而CO32-浓度增加,使钙离子与碳酸根离子的浓度积变大,碳酸钙从溶液中沉积下来,导致阻垢率的下降。pH值对阻垢率的影响很大,因此处理高pH水时应调节pH值到一定的程度,既不使处理水偏酸而腐蚀设备,又可以降低阻垢剂的用量[14]。

2.2.4 阻垢性能的正交实验

用正交表进行阻垢性能试验的结果见表2。

A为阻垢剂PASP的质量分数(mg/kg): 3、4、5;B为阻垢温度(℃): 45、60、80;C为时间(h): 6、8、20。

从表2可以看出,影响阻垢率的因素及程度大小依次为B>A>C,即温度>阻垢剂浓度>阻垢时间,其原因可能是温度不仅影响了容度积、而且使部分PASP有一定的水解[15]。因此在选择阻垢剂浓度的时候一定要首先考虑到处理水的温度,根据水温以及钙的浓度来确定加入的阻垢剂的量。

2.2.5 不同浓度的PASP对腐蚀率的影响

加入粘均分子量为13049 的不同浓度PASP阻垢剂和浓度一定的增效剂F调配成试验用水。将挂片置于45℃±1℃阻垢剂的试验水中,72h后将挂片取出按文献[6]进行处理并称重,计算腐蚀率。

从图4可以看出,当PASP质量分数达到6mg/kg时其腐蚀率基本达到平衡,此时的年腐蚀率约在0.073mm·a-1 ,可见单独使用PASP可以有一定的缓蚀效果,但要达到良好的缓蚀率,将PASP与无机缓蚀剂复配使用才是最好的选择[17,18]。

3 结论

通过上述研究得出以下结论:

(1)以尿素和马来酸酐为原料合成环保型无磷阻垢剂聚天冬氨酸,与目前聚天冬氨酸的合成工艺相比,具有合成成本低,反应条件简单等特点。用此方法合成的聚天冬氨酸仅4mg/kg的阻垢剂浓度,在45℃下运行20h后,阻垢率仍可达到90%以上,等于或略优于传统的磷系阻垢剂或传统方法合成的聚天冬氨酸的阻垢性能,而阻垢剂成本大大降低。

(2)使用该方法合成的聚天冬氨酸时,最佳pH为7～8,这样既可以防止设备的腐蚀又可以提高药剂的效率。

(3)在大循环水阻垢处理中,温度和阻垢剂的浓度对阻垢率影响较大,在投加阻垢剂时应优先考虑温度对其产生的影响。

(4)当PASP浓度达到6mg/kg时,对循环水系统有一定的缓蚀效果,但要达到较好的缓蚀效果,必须将PASP与无机缓蚀剂进行复配使用,此乃提高缓释效果的最佳途径。

摘要：采用新的合成路线和方法,以尿素和马来酸酐为主要原料,制备了无磷缓蚀阻垢剂聚天冬氨酸(PASP)。在45℃、Ca2+浓度为200 mg.L-1条件下,只需加本工艺合成的PASP 4 mg/kg,阻垢效果就可达到93%并持效20 h以上。