（应用化学专业论文）甘氨酸微量元素化合物的室温固相合成及检测.pdf

摘要 摘要 氨基酸微量元素是一类具有独特环状结构的螯合物，集氨基酸与微量元素于 一体，是一种接近动物体内天然形态的微量元素添加剂。甘氨酸是分子量最小的 氨基酸，其与微量元素反应生成的螯合物也是分子量最小的氨基酸微量元素螯合 物，能更好的被肌体吸收、利用。本文采用室温固相法并利用乙酸铜、氯化铜和 甘氨酸合成了甘氨酸铜，氯化亚铁和甘氨酸合成了甘氨酸亚铁，氯化锌和甘氨酸 合成了甘氨酸锌，还建立了一种新的测定氨基酸微量元素螯合率的检测方法。 分别研究了采用乙酸铜和氯化铜制备甘氨酸铜的工艺，通过对室温固相法制 备甘氨酸铜( 乙酸铜为原料) 工艺条件的研究，确定了较佳的工艺条件为：研磨 时间为8 0 m i n ，引发剂用量为9 ，n ( 醋酸铜) ：n ( 甘氨酸) 为1 ：2 ，n a 2 c 0 3 用量为1 0 ，所得产物螯合率为9 8 2 7 。通过红外光谱分析、热重一差热对产物 进行表征，证明了产物的组成为c u ( g l y ) 2 h 2 0 。在单因素实验的基础上进行了 正交试验，确定了室温固相法制备甘氨酸铜( 氯化铜为原料) 较佳工艺条件为： r l ( 氯化铜) ：n ( 甘氨酸) - - 1 ：3 5 ，n a 0 h 加入量为2 0 m l ，研磨时间为8 0 m i n 。 通过u v 光谱分析、红外光谱分析、热重差热对产物进行了表征，证明了产物 的组成为c u ( g l y ) 3 n 2 0 。测定了甘氨酸铜在不同p h 值溶液中的电导率，推测出 甘氨酸铜在胃肠内的稳定性较好。 研究了制各甘氨酸亚铁的工艺，在单因素实验的基础上进行了正交试验，确 定了室温固相法制备甘氨酸亚铁的较佳工艺条件为：1 3 ( 氯化亚铁) ：1 3 ( 甘氨酸) = 1 ：2 ，n a o h 浓度为3 5 ，研磨时间为7 0 r a i n 。通过u v 光谱分析、红外光谱 分析、热重差热对产物进行表征，证明了产物的组成为f e ( g l y ) 2 h 2 0 。测定 了甘氨酸亚铁在不同p h 值溶液中的电导率，推测出甘氨酸亚铁在胃肠内的稳定 性较好。 研究了制备甘氨酸锌的工艺，在单因素实验的基础上迸行了正交试验，确定 了室温固相法制备甘氨酸锌的较佳工艺条件为：n ( 氯化锌) ：n ( 甘氨酸) = 1 ：2 5 ，n a o h 加入量为0 4 m l ，研磨时间为8 0 m i n 。通过u v 光谱分析、红外光 谱分析、热重差热、x r d 粉末衍射对产物进行了表征，证明了产物的组成为 z n g l y ) 2 h 2 0 。测定了甘氨酸锌在不同p h 值溶液中的电导率，推测出甘氨酸 锌在胃肠内的稳定性较好。 广东工业大学t 学硕l j 学位论文 建立了一种新的测定氨基酸微量元素螫合率的检测方法，提出了采用紫外一 可见分光光度法建立标准曲线来测定甘氨酸铜的螯合率，对甘氨酸亚铁和甘氨酸 锌则采用等吸收双波长消去法测定螯合率。 关键词：室温固相化学法；甘氨酸铜；甘氨酸亚铁；甘氨酸锌；螯合率检测 摘要 a b s tr a c t m i c r o e l e m e n ta m i n oa c i da r ec h e l a t e so fu n i q u ea n n u l a rs t r u c t u r e ，i nw h i c h m i c r o e l e m e n ta n da m i n oa c i da r ec o m b i n e d ，t h e ya r en a t u r ef o r mm i c r o e l e m e n t n u t r i t i o na d d i t i v e sf o rt h ea n i m a l s g l y c i n ei st h ea m i n oa c i d co ft h es m a l l e s t m o l e c u l a r ，s ot h ec h e l a t i o no fg l y c i n ew i t hm i c r o e l e m e n ti st h em i c r o e l e m e n ta m i n o a c i do ft h es m a l l e s tm o l e c u l a r ，i ti sm o r es u i t a b l ef o ra b s o r p t i o n i nt h i sa r t i c l e ，c o p p e r g l y c i n ew a ss y n t h e s i e db yu s i n gc o p p e ra c e t a t e ，c o p p e rc h l o r i d ea n dg l y c i n ei nr o o m t e m p e r a t u r es o l i d - s t a t e ，f e r r o u sg l y c i n e w a ss y n t h e s i e db yf e r r o u sc h l o r i d ea n d g l y c i n e ，z i n cg l y c i n ew a ss y n t h e s i e db y z i n cc h l o r i d ea n dg l y e i n e ，a n dan e wm e t h o do f d e t e r m i n a t i o no fc h e l a t i o np e r c e n t a g eo fm i c r o e l e m e n ta m i n oa c i dc h e l a t e sw a s e s t a b l i s h e d t h ep r e p a r a t i o nt e c h n o l o g yo fc o p p e rg l y c i n es y n t h e s i e ds e p a r a t e l yb yu s i n g c o p p e ra c e t a t ea n dc o p p e rc h l o r i d ew a ss t u d i e d t h r o u g hs t u d y i n gt h et e c h n o l o g i c a l c o n d i t i o n so fp r e p a r a t i n gc o p p e rg l y c i n e ( c o p p e ra c e t a t ea sm a t e r i a l ) ，t h eo p t i m a l t e c h n o l o g yc o n d i t i o nw a sc o n f i r m e da sf o l l o w s ：g r i n d i n gt i m e8 0 m i n ，a m o u n to f w a t e r9 ，m o l a rr a t i oo f l i g a n dt om e t a l2 ：1 ，a m o u n to fn a 2 c 0 310 t h ec h e l a t er a t i o o ft h ep r o d u c ti s9 8 2 7 i nt h i sc o n d i t i o n s t h ep r o d u c ti sc h a r a c t e r i z e d b y i r ，t g - d t a t h ec h a r a c t e r i z a t i o ns h o w e dt h a tt h ec o n s t i t u e n to ft h ep r o d u c tw a s c u ( g l y ) 2 h 2 0 t h eo r t h o g o n a le x p e r i m e n tw a sr e s e a r c h e do nt h eb a s i co fs i n g l ef a c t o r e x p e r i m e n t ，t h eo p t i m a lt e c h n o l o g yc o n d i t i o no fp r e p a r a t i n gc o p p e rg l y c i n e ( c o p p e r c h l o r i d ea sm a t e r i a l ) w a sc o n f i r m e da sf o l l o w s ：m o l a rr a t i oo ft h el i g a n dt om e t a l 3 5 ：1 ，a m o u n to fn a o h2 m l ，g r i n d i n gt i m e8 0 m i n t h ep r o d u c tw a sc h a r a c t e r i z e db y i r ，t g d t a t h ec h a r a c t e r i z a t i o ns h o w e dt h a tt h ec o n s t i t u e n to ft h ep r o d u c tw a s c u ( g l y ) 3 。h 2 0 t h ee l e c t r i cc o n d u c t i v i t i e so fc u ( g l y ) 3 。h 2 0i nd i f f e r e n tp hs o l u t i o n w a sd e t e c t e d ，t h e ns u r m i s e dt h a tt h es t a b i l i t yo fc o p p e rg l y c i n ei ng a s t r o i n t e s t i n a lt r a c t w a sv e r yg o o d t h ep r e p a r a t i o nt e c h n o l o g yo ff e r r o u sg l y c i n ew a ss t u d i e d t h eo r t h o g o n a l e x p e r i m e n tw a sr e s e a r c h e do nt h eb a s i co fs i n g l ef a c t o re x p e r i m e n t ，t h eo p t i m a l t e c h n o l o g yc o n d i t i o nw a sc o n f i r m e da sf o l l o w s ：m o l a rr a t i oo ft h el i g a n dt om e t a l i i i 广东t 业大学t 学硕 ：学位论文 2 ：1 ，t h ec o n c e n t r a t i o no fn a o h3 5 ，g r i n d i n gt i m e7 0 m i n t h ep r o d u c tw a s c h a r a c t e r i z e db yi r ，t g - d t a t h ec h a r a c t e r i z a t i o ns h o w e dt h a tt h ec o n s t i t u e n to ft h e p r o d u c tw a sf e ( g l y ) 2 h 2 0 t h ee l e c t r i cc o n d u c t i v i t i e so ff e ( g l y ) 2 h 2 0i nd i f f e r e n tp r i s o l u t i o nw a sd e t e c t e d ，t h e ns u r m i s e dt h a tt h e s t a b i l i t yo f f e r r o u s g l y c i n ei n g a s t r o i n t e s t i n a lt r a c tw a sv e r yg o o d t h ep r e p a r a t i o nt e c h n o l o g yo fz i n cg l y c i n ew a ss t u d i e d t h eo r t h o g o n a l e x p e r i m e n tw a sr e s e a r c h e do nt h eb a s i co fs i n g l ef a c t o re x p e r i m e n t ，t h eo p t i m a l t e c h n o l o g yc o n d i t i o nw a sc o n f i r m e d 雒f o l l o w s ：m o l a rr a t i oo ft h el i g a n dt om e t a l 2 5 ：1 ，a m o u n to fn a o h0 4 m l ，g r i n d i n gt i m e8 0 m i n t h ep r o d u c tw a sc h a r a c t e r i z e d b yi r ，t g d t a ，x r d t h ec h a r a c t e r i z a t i o ns h o w e dt h a tt h ec o n s t i t u e n to ft h ep r o d u c t w a sz n ( g l y ) 2 h 2 0 t h ee l e c t r i ce o n d u c t i v i t i e so fz n ( g l y h h 2 0i nd i f f e r e n tp h s o l u t i o nw a sd e t e c t e d ，t h e ns u r m i s e dt h a tt h e s t a b i l i t yo fc o p p e rg l y c i n ei n g a s t r o i n t e s t i n a lt r a c tw a sv e r yg o o d an e wm e t h o do fd e t e r m i n a t i o no fc h c l a t i o np e r c e n t a g eo fm i c r o e l e m e n ta m i n o a c i dc h e l a t e sw a se s t a b l i s h e d u s i n gt h eu vt od e t e c tt h ec h e l a t i o np e r c e n t a g eo f c o p p eg l y c i n e ，u s i n gd u a lw a v e l e n g t hs p e c t r o p h o t o m e t r yt o d e t e c tt h ec h e l a t i o n p e r c e n t a g eo ff e r r o u sg l y c i n ea n dz i n cg l y c i n ew e r ep r o p o s e d k e y w o r d s ：c h e m i c a lm e t h o do fr o o mt e m p e r a t u r es o l i d s t a t e ；c o p p e rg l y c i n e ；f e r r o u s g l y c i n e ；z i n cg l y c i n e ；d e t e r m i n a t i o no fc h e l a t i o np e r c e n t a g e i v 广东t 业人学t 学硕t ：学位论文 独创性声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以 标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，不包 含本人或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明，并表示了谢意。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的，论 文成果归广东工业大学所有。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。 论文作者签字：贺羽即衣 指导老师签字! 张 2 d o c l 年4 月习日 7 8 第一章绪论 第一章绪论 1 1 氨基酸微量元素螫合物的概述 1 1 1 氨基酸微量元素螯合物的概念 美国饲料监测局( c o ，1 9 9 6 ) 确定了氨基酸微量元素螯合物的概念：由某 种可溶性金属元素离子，同氨基酸按一定的摩尔比以共价键结合而成，水解氨基 酸的平均分子量为1 5 0 左右，生成的螯合物的分子量不得超过8 0 0 。微量元素是 人和动物体所必需的营养元素之一，直接参与了机体几乎所有的生理和生化功 能，对生命活动起着极其重要的作用。1 7 世纪初，化学界发现并成功制备出了 微量元素的螯合物，且螯合物的研究和应用在很多行业都得到了很大的发展。2 0 世纪7 0 年代，氨基酸微量元素螯合物的研究推动了螯合物在人类营养和动物营 养中的应用n 矗，。 氨基酸微量元素螯合物是金属元素以配位键及离子键和氨基酸结合形成的 具有环状结构的螯合物，它把两者有机地结合在一起，促进了它们的协同作用。 作为新一代的营养强化剂，它有着独特的螯环结构，其稳定常数一般在1 0 4 1 0 5 之间，位于五元环或六元环螯合物中心的金属元素可以通过小肠绒毛刷状缘，以 氨基酸或肽的整体形式直接从肠粘膜吸收，既能有利于微量元素以螯合物形式完 整地被转运吸收，又能在需要时有效地把金属离子释放出来。与传统的无机盐( 如 硫酸盐、氯化盐) 和简单的金属有机酸盐( 如葡萄酸金属盐、柠檬酸金属盐) 相比， 氨基酸微量元素螯合物具有良好的化学、生化稳定性，在体内p h 条件下溶解性 好，容易被吸收，应用全，生物利用率高，配伍性好，具有抗干扰、缓解矿物质 之间的拮抗竞争作用，可起到补充微量元素和氨基酸的双重作用n ，。 1 1 2 氨基酸微量元素螯合物的化学结构和性质 螯合物是指一个或多个基团与一个金属离子的配位反应所形成的环状结构。 氨基酸微量元素螯合物与无机盐在化学结构上有严格的区别，无机盐仅仅是阳离 子与阴离子之间以离子键键合，而螯合物是以二价阳离子与给电子体的氨基酸形 成配位键，同时又与给电子体羰羟基中的氧构成离子键形成五元环或六元环，一 般0 l 氨基酸的螯合物为五元环，p 氨基酸能形成六元环。 微量元素与氨基酸之间形成的两种键使该化合物构成五元环或六元环，是化 广东t 业人学t 学硕1 ：学位论文 学稳定性和生化稳定性很好的螯合结构。螯合物中的二价阳离子如铁、铜、锰、 锌、钴等均属过渡元素且已确认是动物必需的微量元素，由于过渡金属元素电 子结构的物化性质常会与富含电子对的氧、氮或硫原子配对形成同时具有离子键 和配位键的螯合物，而在必需氨基酸的中性氨基酸分子中，又有氧、氮、硫原子 为构成螯合物提供电子。微量元素与氨基酸结合的螯合物这种结构使分子电荷趋 于中性，在体内p h 环境下微量元素的溶解度提高，吸收率增加，生物利用率提 高，并阻止螯合物中的微量元素与其它物质形成不溶或难溶的金属化合物，从而 易于被排出体外。 1 1 3 氨基酸微量元素螯合物的应用 一般的无机金属盐和有机酸金属盐被人体摄入后，易在酸性胃液介质中电离 成为金属阳离子，然后进入小肠被人体吸收利用。但是小肠壁对带有正电荷的金 属离子有一定的排斥作用，导致部分金属离子不仅不易被吸收，还会刺激胃肠， 引起腹泻。而且不同金属元素之间存在拮抗作用，会限制金属元素利用率和沉积 效率，导致生物有效性变差。氨基酸微量元素螯合物中的金属离子以螯合态存在， 在消化道中大大降低了元素间( 如c a 、c u 、f e 、z n 、m n 等二价离子) 的拮抗作用， 同时也防止在消化道内与胃酸作用形成不溶化合物，减少了与植酸、草酸等结合 生成沉淀的机会，有利于金属元素的吸收，并且对消化道无不良刺激和影响嘲。 它的化学稳定性高，可以减少对食物中维生素的破坏，降低氧化降解反应，减少 敏感元素损失和酸败发生，如蛋氨酸锌与各种营养物质、抗生素的相容性极佳， 具有协同作用，并能提高维生素的存留率，同时可加强动物体内酶的活性，提高 蛋白质、脂肪和维生素的利用率n ，。它还具有一定的杀菌能力，能提高免疫应答 反应，降低乳汁中体细胞数和提高繁殖力的功效，对某些肠炎、皮炎、痢疾和贫 血有治疗作用。因此氨基酸微量元素螯合物在营养学应用中主要有：防治疾病； 抗应敏；提高营养物质的利用率；改善动物的繁殖性能。 1 2 氨基酸微量元素螫合物的制备方法研究进展 微量元素氨基酸螯合物在6 0 年代就开始研究。b a r b a r a t 5 ，以甘氨酸和锌、镉 的氧化物为原料合成了甘氨酸锌、镉螯合物，并用x 射线衍射法测定了甘氨酸 锌、镉螯合物的晶体结构，之后其他氨基酸金属螫合物的晶体结构都是在这两个 螯合物结构的基础上确定。7 0 年代后期，美国a l b i o n 实验室以动植物蛋白和铁 2 第一章绪论 元素为原料合成了蛋白铁的复合物，由此该实验室开始了氨基酸金属螯合物的一 系列研究和开发，并制备了一系列的氨基酸螯合物成品。 氨基酸微量元素螯合物可由一种氨基酸与某个金属元素制备单一螯合物，也 可由一种可溶性盐与氨基酸可水解蛋白质螯合而成，称为金属蛋白或复合氨基酸 螯合物。复合氨基酸螯合物针对性不强，含有禽畜不缺乏、不需添加的组分等。 单一氨基酸微量元素螯合物虽然成本较高，但其针对性强，可避免重复添加，且 添加量少，有利于氨基酸的平衡哺，。单一氨基酸微量元素螯合物的制备方法较多， 传统方法为液相法，该法比较成熟，近几年出现了微波固相合成法，室温固相法 是新兴的合成方法。 1 2 1 液相法制备氨基酸微量元素螯合物 液相法制备氨基酸微量元素螯合物的制备工艺路线大致如下：氨基酸一溶解 一加金属盐一调节p h 值，加热螯合物一加有机溶剂沉淀一分离一干燥一产品。 各文献报道的具体加入顺序有一点不同。 1 2 1 1 氨基酸亚铁的合成 在接触空气的水溶液中f e ”和f e 2 + 的存在状态由氧化还原电位和p h 值共同 决定。在酸性很强的溶液中，f e 2 + 不易氧化，而当p h 6 时，天然水中的f e 2 + 迅速氧化成f e ”而沉淀。 赵惠敏等例将氨基乙酸溶解在蒸馏水中，在搅拌下缓慢加入一定量的 f e s 0 4 7 h 2 0 固体粉末，溶解后用0 1 m o l l n a o h 溶液调节p h 值为7 左右，在 水浴上加热并浓缩，静置，分离出沉淀，干燥粉碎，最后制得褐色粉末样品。林 萍等阳，将甘氨酸溶解后水浴加热至5 0 c 恒温，待甘氨酸完全溶解后加入复合抗氧 化剂，同时充氮气使溶液处于无氧状态，加入一定量的氯化亚铁，用4 0 氢氧化 钠溶液调p h 值至5 5 ，反应后乙醇洗涤沉淀数次后干燥得产品。采用有机溶剂 沉淀法时氯化亚铁能完全溶于乙醇中，并且该实验研究表明三氯化铁也能溶于乙 醇。这样，就可以用乙醇处理反应液，游离的f e 2 + 或f e 3 + 溶解在乙醇中，而螯合 铁在乙醇中沉淀析出。因此用氯化亚铁做铁源，可以实现有机铁和无机铁的分离， 提高产品的纯度。林萍阳一又尝试了氢氧化钙沉淀法，用硫酸亚铁为铁源，以氢氧 广东工业大学- t 学硕 j 学位论文 化钙中和来制备甘氨酸螯合铁。加入氢氧化钙调节反应p h 值时，溶液中钙离子 与硫酸根结合生成硫酸钙沉淀，可以脱除部分的硫酸根，这是去除产品中硫酸根 的好办法。 1 2 1 2 氨基酸锌的合成 钟国清“们将甘氨酸( g l y ) 溶于水中，加入碱式碳酸锌，9 5 。c 下加热搅拌反应 8 h ，趁热过滤，滤液于水浴上缓慢加热浓缩至晶膜出现，冷却，析出大量白色晶体，抽 滤，用乙醇洗涤，晶体于p 2 0 5 干燥器中干燥一周，得甘氨酸锌。用元素分析、红外 光谱、热重差热分析、x 射线粉末衍射对螯合物进行了表征，其组成为z n ( n h 2 c h 2 c o o ) 2 】h 2 0 ( z n ( g l y ) 2 h 2 0 ) 。于桂生1 采用了两种方法制备了蛋氨酸锌， 一种方法是按锌与蛋氨酸物质的量比为1 ：2 称取七水合硫酸锌和蛋氨酸置于三 颈瓶中用蒸馏水溶解，加入氢氧化钠溶液调节体系的p h 值在6 7 之间，三颈瓶 的一口装一盛有氢氧化钠溶液的滴液漏斗，另一口装上球型冷凝管，加热回流。 在反应过程中以适当的速度滴加氢氧化钠溶液以保持体系的p h 值在6 7 之间， 回流1 h 后，螯合反应完成。停止加热、冷却，使结晶析出。抽滤，母液转入烧 杯中。蒸发掉部分溶剂，冷却，滤集析出的晶体；另一种方法是在烧杯中加入水， 加热至沸腾，缓缓加入蛋氨酸，并加入盐酸溶液，加热至蛋氨酸全部溶解，溶液 呈透明淡黄色。在不断搅拌下，并加热维持温度在7 0 8 0 之间，将z n ( o h ) 2 缓 慢加到蛋氨酸溶液中，继续搅拌反应4 0 m i n 。冷却，过滤，用水洗涤至滤液中无 s 0 4 2 - 时，再用无水乙醇洗涤一次，将产品移至表面皿上，于1 1 4 。c 烘干，得白色产物 蛋氨酸锌。 1 2 1 3 其它氨基酸微量元素螯合物的合成 d a v e rm 等m ，在热的氨基酸水溶液( 6 0 7 0 ) 中加入5 一水杨醛硫酸钠或3 甲 氧基5 水杨醛硫酸钠，搅拌3 0 m i n 后逐滴加入z n ( a e ) 2 ，同时用0 s m o l d m 3 的 n a o h 溶液调节p h 值为7 ，在6 0 - - 7 0 。c 搅拌一小时后，在室温下冷凝一夜。将白 色沉淀物过滤后用乙醇或乙二醚洗涤，自然干燥得到氨基酸席夫碱。o v e r s i a n e 等m 嗨3 m m o l 的胍基醋酸( g a a ) 和3 m m o l 的甘氨酸或丝氨酸( s e r ) 溶解在去 离子水中，在6 0 。c 下搅拌直到完全溶解，再加入3 m m o l 的硝酸铜。在6 0 下搅 拌8 小时后在4 冷却2 4 h ，过滤后用k o h 调节滤液的p h 值为4 3 ，缓慢蒸发得 到蓝色晶体，用乙醇洗涤后在5 0 下干燥2 h ，晟后得c u g l y - m g a a 和 4 第一章绪论 c u s e r - m g a a 。d a n ag i n g a s u 等1 将摩尔比为2 ：1 的c u ( n 0 3 ) 2 3 h 2 0 和 f e ( n 0 3 1 3 9 h 2 0 溶解在水中，然后加入甘氨酸( 2f e ( n 0 3 ) 3 ：1c u ( n 0 3 ) 2 ：mg l y c i n e m = 8 或4 5 ) 。当m = 8 时得 f e ( i i i ) 2 c u ( i i ) g l y ) 4 ( o h ) 3 ( n 0 3 ) h 2 0 ，当m = 4 5 时得 【f e ( i i i ) 2 c u ( i i ) ( g l y ) 6 ( h g l y ) 2 】f n 0 3 ) 2 。a g r i s m d i 等“采用一步法制备了 c h 3 s c h 2 c h 2 c h ( o h ) c o o 2 m n h 2 0 ( m = c a 2 + ，m 9 2 + , m l l 2 + , c 0 2 + , c u 2 + ，z n 2 + ) 。 g i o v a n n ip r e d i e r i 等n 6 喘0 备了 c h 3 s c h 2 c h 2 c h ( o h ) c o o ) 2 f e 2 h 2 0 。a s t a n i l a 等 m 】将2 m m o l 的蛋氨酸( l 1 ) 或丙氨酸( l 2 ) 溶解后加入到蒸馏水中，蛋氨酸需缓 慢加热使其溶解，加入n a o h 调节p h 值为8 1 0 ，另将l m m o l c u ( n 0 3 ) 2 3 h 2 0 溶解后加入搅拌几分钟后过滤沉淀，水洗后自然干燥 c u l l 】h 2 0 c u - l 2 】h 2 0 。 p a r r a n z 等n e l 按配位比1 ：1 和1 ：4 ( 金属配体) 合成了 z n ( l ) 2 ( h 2 0 ) 4 6 h 2 0 和 c d ( u - l ) c i ( h 2 0 ) 2 h e o ) n ( h l 为n - 2 ( 4 - a m i n o 一1 ，6 一d i h y d r o - 1 一m e t h y l 一5 - n i t r o s o 一 6 - o x o p y r i m i d i n y l ) g l y c i n e ) ，l ：l 比例形成的配合物间的作用力比较弱，实验表明1 ： 4 配比比较合适。 1 2 1 4 液相法制备氨基酸微量元素螫合物的工艺条件 金属离子与氨基酸配体的摩尔比即投料比，是影响螯合反应的重要的因素。 理论上讲，投料比太小则螯合程度不高，不能形成稳定的螯合物；投料比太大则 螯合物稳定性过高，微量元素难以被生物体吸收利用，同时也会造成氨基酸的浪 费，经济上不划算。故要求螯合反应既能达到一定程度的最小投料比以保证产品 质量，又要能充分利用氨基酸。根据文献可知一般最佳投料比为1 ：2n 4 ，。 螯合反应受酸度条件的影响较大，在p h 值较低的酸性条件下，由于酸效应 的影响，氨基酸难以解离，不能同金属离子配位形成稳定的氨基酸微量元素螯合 物；而在p h 值较高的碱性条件下，金属离子则会发生水解，以氢氧化物的形式 沉淀析出。根据文献一般控制p h 值在6 7 盯。 氨基酸与金属离子的螯合反应为吸热反应，反应温度越高对反应越有利，但 若反应温度太高，反应时间过短将导致反应不彻底，且温度太高容易破坏氨基酸 及其螯合物；若反应温度太低，则螯合反应速度较慢，收率较低。根据文献一般 控制在7 0 一8 0 n 。1 。 1 2 2 微波固相法制备氨基酸微量元素螫合物 利用微波技术加热化学物质进行反应，其速度较传统加热技术快数倍乃至数 广东t 业大学t 学硕l ：学位论文 千倍。正是基于这种原因，微波加速有机化学反应引起了广泛的注意妇“。微波 固相法制备氨基酸螯合物的制备工艺路线大致是将反应物充分混合后放入试管， 用微量进样器加入引发剂( 一般为水、乙醇等) ，然后利用微波进行合成，反应 后进行洗涤干燥。 1 2 2 1 各种氨基酸微量元素螯合物的合成 钟国清，以甘氨酸和氧化钙为原料，用微波固相化学法合成了甘氨酸钙螯合 物，并用元素分析、i r 、t g d t a 、x 一射线粉末衍射对螯合物进行了表征，确认 其组成为 c a ( g l y ) 2 】h 2 0 。李亮等j 以硫酸亚铁、蛋氨酸( m e t ) 为原料对食品营 养强化剂蛋氨酸亚铁螯合物的微波固相合成进行了研究。确定最佳反应条件为： 投料比1 ：2 ，微波辐射时间1 8 0 s ，引发剂水添加量1 4 ，反应物粒度1 4 0 目， 吸附剂添加量1 4 ，用乙醇提取纯化螯合物。经化学元素分析、红外光谱分析表 征产物，确定蛋氨酸亚铁螯合物的组成为f e m c t 2 h 2 0 。安徽农业大学饲料科学技 术研究所啪，用乙酸锌和蛋氨酸合成了白色的蛋氨酸锌。胡亮等阱，以氯化锌和蛋氨 酸为原料，利用微波固相的方式合成了蛋氨酸锌螯合物，确定了最佳反应条件为： 投料比1 ：2 ，微波加热时间2 4 0 s ，引发剂水添加量1 2 ，反应物粒度1 4 0 目，碳 酸钠添加量2 0 。经红外光谱分析和元素分析，确定蛋氨酸锌的组成为z n ( m e t ) ：。 1 2 2 2 微波固相法合成氨基酸微量元素的工艺条件 投料比对螯合率的影响同液相法的相似。在一定的微波输出功率下，微波辐 射时间是影响反应螯合率的重要因素。辐射时间太短则螯合不完全，辐射时间太 长，螯合率也会下降，可能是由于微波处理时间过长造成反应体系温度过高，积 累的热量无法快速释放，导致产物分解的缘故。一般物质对微波吸收能力主要是 由介电常数和介质损耗角正切来决定的悃，。为了更好地吸收微波，引发反应，需要 加入微量引发剂来加速反应，且适量的引发剂可以避免产物的焦糊、分解，有利于 反应的进行。从理论上讲，反应物的颗粒越小，越能增加不同物质间的接触频率， 提高反应的螯合率。但是，太小的颗粒度会增加原料的加工时间和成本。固相反 应物的表面接触程度、反应产物表面晶核形成速度、反应产物表面晶核更新速度 是决定固相反应速度的三大因素啪，。在反应物中加入的碱是作为脱酸剂，能迅速 中和反应过程中产生的副产物酸，调节反应体系的酸碱度，促进反应向正方向进 行。加碱量不是越多越好，而是因根据实验的具体情况而确定“”1 。 6 第一章绪论 1 2 3 室温固相合成氨基酸微量元素螫合物 室温固固反应的发生起始于两个反应物分子的充分接触，接着发生键的断 裂和重组等化学作用，生成新的产物分子。产物分子分散在原反应物中，当积累 到一定大小后，出现产物的晶核，随着晶核的长大，达到一定大小后出现产物的 独立晶体，即固相反应经历扩散、反应、成核、生长四个阶段，。 d a n ag i n g a s u 等m 1 将摩尔比为2f e ( n 0 3 ) 3 ：lc u ( y 0 3 ) 2 ：4 5g l y c i n e 的原料混 合在研钵中，研磨直到均匀、粘稠的溶液形成，然后放在p 4 0 l o 中干燥，4 8 h 后 得到 f e ( i i i ) 2 c u ( i i ) ( 酉y ) 6 ( h g l y ) 2 ( n 0 3 ) 2 和 f e ( i i i ) 2 c u ( i i ) ( g l y ) 4 5 】( n 0 3 ) 8 4 h 2 0 。 e a r r a n z 等“。1 按摩尔比1 ：1 合成了z n ( l ) 2 ( h 2 0 ) 4 6 h 2 0 和 c d ( i l l ) c i ( h 2 0 ) 2 】 h 2 0 ) n 。王莉等以醋酸铜和甘氨酸为原料，利用一步室温固相化学反应合成 了分布均匀、粒径2 0 3 0 n m 的金属配合物t r a n s 一 c u ( g l y ) 2 ( h 2 0 ) 】球形的纳米粒 子，在该反应基础上，通过在体系中添加适当表面活性剂做软模板，成功制备了 直径1 0 0 1 5 0 n m ，长度达几个微米的t r a n s - c u ( g l y ) 2 纳米棒。朱妙琴将摩尔比为 2 ：1 的甘氨酸和醋酸铜晶体在室温下混和置于研钵中研磨6 0 m i n 后得到了甘氨 酸铜。”。 1 3 室温固相反应的概述 1 3 1 室温固相反应的概念 固体化学是研究固体物质包括材料的制备、组成、结构和性质的科学啪，。它 的形成和发展与人们对于新型材料的需求密切相关。固体化学的的研究领域主要 有固体间的化学反应，晶体的合成和生长，固体的组成和结构，固体中的缺陷及 其对物质的物理及化学性能的影响等。 传统的固相化学反应通常都是在很高的温度下进行的，一般高于8 0 0 。这 样只能得到热力学上稳定的产物。很多在较低温度稳定的亚稳态化合物因此丢 失。1 9 9 3 年t e m a l l o u k 教授在s c i e n c e 上评述了降低反应温度的意义。文中指 出传统的高温固相反应合成的只是热力学稳定的产物，而那些介稳态中间化合物 或动力学控制的化合物往往只能在低热温度下存在，他们在高温时分解或重组成 热力学稳定产物m ，。为了得到介稳态固相反应产物，扩大材料的选择范围，有必 要降低固一固反应温度。固相化学家们采用了一些方法改善固相反应中的扩散， 7 广东t 业大学t 学硕l ：学位论文 降低反应温度，这些方法包括助熔剂法t 一、水热法”删、溶剂热法陪删以及软化学 方法陋州等等。助熔剂法的温度范围是2 0 0 8 0 0 ，而水热法、热溶剂法的反应温 度一般在2 0 0 c 左右。为了扩大材料的选择范围，有必要进一步降低固相反应温 度。 1 9 6 3 年t s c h e r n i a j e w 发现了k e p t l 6 与k c n 在室温下固固反应获得了稳定 产物k 2 p t ( c n ) 6 】。1 9 6 5 年w e n d l a n d 用反射红外光谱研究了 【c r ( e n ) 3 x 3 ( x = c 1 - , b r ，r ，s c a r ) 与多种铵盐、钾盐、钠盐卤化物的固相化学反应。 1 9 7 7 年o l d 等人报导t c r ( n h 3 ) 6 】( n 0 3 ) 3 与多种氨基酸在1 3 5 。c 下的固相反应， 制取了与溶液反应相同的化合物。其后印度化学家p s b a s s i 、k m g h o u s e 、 r k r a o 、b l b u b e y 、m a b e g 等人也在这方面做了许多工作。从此低热固相反 应的历史拉开了序幕脚，。 低热固相反应通常指室温固相反应，即在室温或近室温( 1 0 0 ) 的条件 下，固相化合物之间所进行的化学反应，。它是上世纪8 0 年代末发展起来的一 种新的合成方法。我国的一些学者做了较为开创性的工作。1 9 8 8 年忻新泉等开 始报导“固态配位化学反应研究 系列，探讨了室温或近室温条件下的固固态 化学反应。1 9 9 0 年开始合成新的原子簇化合物，并测定了数以百计的晶体结构。 如今，室温固态化学反应在材料合成领域己经得到许多成功应用，正逐步发展成 为合成领域的一个分枝。 1 3 2 室温固相反应的特点 室温固相化学反应与传统高温固相、溶液中的化学反应一样，必须遵从热力 学和动力学的限制和要求。也就是说，低热固相反应能够进行的热力学条件是其 反应自由能变小于零。此外，从动力学的角度看，低热固相化学反应发生的必要 条件是反应物分子的相互碰撞。 1 3 2 1 室温固相反应与高温固相反应的差别 室温固相反应具有不使用溶剂、高选择性、高产率、工艺过程简单等优点， 它还大大扩展了固相合成的应用范围，传统固相化学反应合成所得的是热力学稳 定的产物，而那些介稳中间物或动力学控制的化合物往往只能在较低温度下存 在，它们在高温时分解或重组成热力学稳定产物。室温固相反应降低了反应温度， 不仅可获得更新的化合物，还因其温和的反应条件所以可使用简单的设备对固相 8 第一章绪论 反应机理进行更深入的探讨。此外，进行高温固相反应通常所得的是热力学稳定 的产物，反应速度也较快，因此反应步骤不大可能成为控速步骤，而室温固相反 应往往得到的是动力学稳定的产物，所以反应步骤也有可能成为控速步骤。高温 固相化学研究的对象一般是氧化物、硅酸盐等。原料和产物往往具有三维网络结 构，原子和原子之间主要以离子键或共价键相联，键能大，结构稳定性高。在较 低温度时，化学键不易断裂，且分子间扩散极慢，因此这类固相反应常常在1 0 0 0 左右的高温进行。配位化合物通常为点结构，金属离子与配体之间主要以配位 键结合，键能较小，较易断裂，因此发生固相反应的温度通常较低。同时，由于 配合物的点结构，配合物之间以范德华引力结合，间隙较大，因而分子间的扩散 也相对容易。此外，大多数有机化合物和配位化合物在高温时不能稳定存在，因 此高温固相反应不能用于配合物的合成，而室温或低热温度的固相反应就有可能 用之于配位化合物的制备，且低热温度固相反应法合成的产物更接近于溶液相产 物。 1 3 2 2 室温固相反应与液相反应的差别 ( 1 ) 化学平衡的影响 室温固相反应与液相反应相比，室温固相反应体系在不生成固熔体的情形下 不受化学平衡的制约，因此反应的产率往往都很高。 ( 2 ) 热力学状态函数的差别 k 3 f e ( c n ) 6 与在溶液中不反应，但固相中反应可以生成k 4 f e ( c n ) 6 和 1 2 障，原因是各物质尤其是1 2 处于固态和溶液中的热力学函数不同，加上1 2 ( s ) 的易升华挥发性，从而导致反应方向上的截然不同。 ( 3 ) 反应物或产物溶解度的影响 室温固相反应由于其自身特点能够得到一些液相反应不能得到的产物。 n i c l 2 与f n h 3 ) n c l 3 在溶液中由于有沉淀生成，而使得反应得以顺利进行，得到难 溶的长链一取代产物 ( c h 3 ) 4 n n i c l 3 。而固相反应则可以通过控制反应物的摩尔 比使之生成一取代的 ( c h 3 ) 4 n n i c l 3 或二取代的 ( c h 3 ) 4 n 3 n i c l 4 m 1 。如因c u 2 s 在 c h 2 c 1 2 中不溶解，c u 2 s 与( n h 4 ) 2 m o s 4 ，n b u 4 n b r 在c h 2 c 1 2 中反应产物是 ( n b u 4 n ) 2 m o s 4 ，而得不到固相合成中的( n b u 4 n ) 4 m 0 8 c 1 1 1 2 8 3 2 啼”。在簇合物合成 中也存在这种差异。因此，利用固、液相反应的差别，有可能合成出液相不易得 9 广东_ t 业人学t 学硕t ：学位论文 到的产物。 ( 4 ) 控制反应因素不同 溶液反应受热力学控制，而低热固相反应往往受动力学和拓扑化学原理控 制，因此，固相反应很容易得到动力学控制的中间态化合物佑帕，利用固相反应的 拓扑化学控制原理，通过与光学活性的主体化合物形成包结物控制反应物分