苯丙氨酸生物合成

苯丙氨酸生物合成（精选7篇）

苯丙氨酸生物合成 第1篇

L-天门冬氨酸在生物体内由谷氨酸氨基转移至草酰乙酸而得,分解则通过脱氨基化生成草酰乙酸或经天门冬氨酸解氨酶的作用脱氨生成反丁烯二酸进入TCA循环。

目前L-天门冬氨酸的制备方法主要有酶法和化学合成法两种,酶法是用天门冬氨酸酶催化氨与富马酸发生加成反应而得(见下式)。国外文献报道的化学合成制备方法主要有两种,一是由马来酸酐和氨水等为原料,分别以二氧六环、二甲苯为溶剂进行一系列反应,最后催化加氢合成天门冬氨酸;第二种方法是以丙二酸二乙酯、醋酸、亚硝酸钠为原料进行一系列合成反应。化学合成法工艺流程长,大规模工业化生产有一定困难。因此,酶促合成具有清洁环保的优点。

本文概述酶促反应合成天门冬氨酸的催化酶领域的研究。

1 天门冬氨酸酶的结构与性质

1.1 天门冬氨酸酶的结构

大肠杆菌中的天门冬氨酸酶的分子量为200kDa,由4个50 kDa的相同亚基组成,呈典型的P212121对称。每个亚基含468个氨基酸残基,有3个结构域,N末端巨大的结构域(残基1-139)含5个螺旋;中央螺旋结构域(残基140-393)主要由6个长螺旋组成,它是天门冬氨酸酶-富马酸酶家族中最保守的结构域;C末端小的结构域(394-468)由许多短的螺旋组成。该酶的C末端序列为[5]:

-466Ala-Tyr-Lys-Ala-Lys-Arg-Tyr-Thr-Asp-Glu-Ser-Glu-478Gln-COOH。

1.2 天门冬氨酸酶的最适温度与最适pH

天门冬氨酸酶(Aspartase),存在于大肠杆菌(Escherichia coli)、荧光假单孢菌(Pseudomonas fluorescens)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、粘质沙雷氏菌(Serratia marcescens)、流感嗜血杆菌(Haemophilus influenzae)、幽门螺杆菌(Helicobacter pylori)、谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)、植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)、伤寒沙门菌(Salmonella typhi)、马尔他布氏杆菌(Brucella melitensis)、鼠疫杆菌(Yersinia pestis)、空肠弯曲菌(Campylobacter jejuni)及一些动植物组织中,在细菌氮代谢中起重要作用,催化富马酸与氨生成天门冬氨酸,该反应可逆。其中,大肠杆菌中的天门冬氨酸酶最适pH为8.5,最适温度为37℃,pI为4.8。

1.3 天门冬氨酸酶的底物专一性

天门冬氨酸酶对底物特异性强,对L-天门冬氨酸的结构类似物D-天门冬氨酸、巴豆酸、氨基乙酸、丙氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、甲基琥珀酸盐、酪氨酸、延胡索酸酯、延胡索酸二乙基酯、谷氨酸盐、马来酸等没有活性。

1.4 金属离子对酶活的影响

酶促反应中锰、镁、钙、锌、钴等二价金属离子存在可提高天门冬氨酸酶的活性,最佳二价离子浓度为l×l0-2mol·L-1。

Robert H D和Albert G M [6]研究了添加金属离子对天门冬氨酸酶活力的影响。以试管为反应器,反应体系为:23U的酶(17U·mg-1)1 mmoL, pH7.2磷酸缓冲液,150 μmoL的天门冬氨酸,0.6 μmoL金属离子,终浓度1.5×10-4 mol·L-1,总体积4 mL,反应温度为37℃。结果发现加入硫酸锰的样品产氨最快,为10.6 μmol·h-1,比空白对照高出约10倍,加入氯化钴和硫酸镁也有不同程度的提高。另外加入硫酸亚铁和氯化铜则氨产量分别降低为原来的1/2及1/5。

SenwoZ N等[7]对土壤中所含的天门冬氨酸酶的活性进行了研究。比较24种元素的盐对3种野外潮湿土壤及其对应的3种风干土壤中天门冬氨酸酶活力的影响。在1g土壤中加入5 μmoL元素后,都对酶活产生了抑制作用。其中,Ag和Hg是最有效的天门冬氨酸酶活抑制剂, 在土壤中添加5 μmol·g-1能抑制85%以上的天门冬氨酸酶活。元素在风干的土壤中比在野外潮湿的土壤中抑制性更强。在野外潮湿的土壤中加入Ni抑制作用最小(12%),在风干的土壤中加入Ag抑制作用最大(98%) 。

1.5 固定化对天门冬氨酸酶的影响

发酵液中的酶固定化后,其米氏常数增大,最大反应速率降低。以固定化酶装柱连续生产L-天门冬氨酸表明,在相同转化率下,底物(富马酸铵)浓度越高,通柱速度越慢,底物浓度较高时,固定化酶较稳定。固定化酶体积相同时,酶柱越长,底物转化率越高。

1973年,Chibata I等[8]将大肠杆菌中提取的纯天门冬氨酸酶,包埋在交联聚丙烯酰胺中制成固定化酶,富马酸和氨水由固定化天门冬氨酸酶催化合成L-天门冬氨酸。1974年,Chibata I等[9]进一步将高天门冬氨酸酶活力的大肠杆菌直接用聚丙烯酰胺包埋,制成固定化细胞。提高了酶的稳定性,避免了酶提取的复杂过程,开创了细胞固定化应用于工业生产的先例。1979年,Chibata I等[10]对固定化细胞的方法进行了改进,用天然产物κ-角叉菜胶代替聚丙烯酰胺包埋大肠杆菌细胞,提高了连续生产L-天门冬氨酸的能力。

Sato T[11]用交叉菜胶固定含天门冬氨酸酶的大肠杆菌细胞,并用戊二醛、戊二醛及环己二胺处理固定化细胞,以可溶性天门冬氨酸酶为对照,研究了这三种固定化细胞中酶的性质。三种固定化细胞的酶促反应的最适pH为9,而可溶性天门冬氨酸酶的最适反应pH为9.5。固定化酶的最适温度比可溶性天门冬氨酸酶高5～10℃。固定化细胞的表观Km值大约为可溶性天门冬氨酸酶的Km值的5倍。细胞经固定化后,热稳定性得到提高。固定化细胞柱在pH8.5时比在天门冬氨酸酶反应最适pH下操作稳定性高。

2 产酶菌种的筛选和培养条件的优化

2.1 产高活力天门冬氨酸酶菌种的筛选

Yukawa, H[12]等发现在从短杆菌(Brevibacterium)中筛选到具有天门冬氨酸酶活性的突变株。这个突变株对α-氨基丁酸有抗性。酶的最适pH和最适温度分别为9.3和54℃。在加入Ca2+后酶活性显著提高。富马酸作为底物保护天门冬氨酸酶防止热失活。用1L 10% 的富马酸溶液(用氨水调pH至9.3 ),加入30 g 湿细胞和 7.5 mmol·L-1 CaCl2, 45 ℃恒温转化20 h来生产天门冬氨酸,同时生产天门冬氨酸的细胞可以再生,这对工业生产天门冬氨酸有益。

Suzuki Y等[13]从土壤中分离出一株具有高天门冬氨酸酶活性的嗜热菌。此菌株生长在45℃～68℃,属于嗜热脂肪芽孢杆菌。细胞悬液在65℃、pH9.5时能将富马酸和氨离子转化为L-天门冬氨酸,Km达到0.2 moL。细胞中的天门冬氨酸酶在低于50℃,pH为6.7～8.3并有富马酸铵存在的条件下相对稳定。底物具有保护酶防止热钝化的作用。在pH为8.5,富马酸浓度为0.88 mol·L-1,氨离子浓度为3.1 mol·L-1的转化液中,加入干燥细胞使细胞浓度达到53 g·L-1,于53℃保温6 h,结果有85%的富马酸铵转化为L-天门冬氨酸。所得产物经过红外光谱、吸光度、熔点及元素分析的检测,确定为天门冬氨酸。

Kawata Y等[14]从筛选到产热稳定性的天门冬氨酸酶的嗜热菌Bacillus sp.,并对该菌产的天门冬氨酸酶活性和稳定性进行研究。此菌通过添加质量分数11%硫酸铵、100 mmol·L-1天门冬氨酸并经75℃热处理5 min而筛选获得。通过凝胶过滤测得该酶的分子量为200 kDa,由4个相同的单体构成,通过SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳测得单体分子量为51 kDa。与大肠杆菌中天门冬氨酸酶不同的是,在碱性pH下加入镁离子其活力并不提高。在最适pH下,Km和Vmax在30℃时分别为28.5 mmol和700 U·mg-1,55℃时分别为32.0 mmol和2200U·mg-1。在30℃时酶活力分别比大肠杆菌和荧光假单孢菌中的酶高4倍和3倍。55℃保温60 min后酶活残留80%,该酶还可以抵御化学变性剂,在加入1.0 mol·L-1的盐酸胍后酶的失活率仅20%。

2.2 产天门冬氨酸酶培养条件的优化

Garza Y G等[15]研究了产天门冬氨酸酶的Bacillus cereus的培养条件。培养该菌的最佳培养基成分为蛋白胨和酵母膏。在发酵6 h时天门冬氨酸酶的活力最大,为480 U(U为每小时转化每毫克底物需要酶的微摩尔数。在发酵8 h时天门冬氨酸酶的产量最大,为1.2 g·L-1,此时酶活仅为6 h时的50%。

Garza Y G等[16]研究了产天门冬氨酸酶的蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)的培养条件。用完整的B. cereus细胞催化富马酸生物转化为L-天门冬氨酸。优化后的培养基天门冬氨酸酶的活性比优化前提高3倍。B. cereus细胞在滞后期时天门冬氨酸酶活性最佳。

Bagdasaryan Z N等[17]研究了产天门冬氨酸酶的欧文氏菌(Erwinia sp.)。为使天门冬氨酸酶的活性达到最大,采用了不同浓度的碳源、不同的pH,最后将这些最优的因素组合起来,结果单位面积菌株数量提高了3.2倍,酶活提高了3.8倍。实验数据与预计的有80%一致。与添加格模式相比,用非线性多项式模式分析各因素间的关系,单位面积菌株数量及酶活分别提高1.1倍。

3 反应动力学研究

Yoon M Y[18]研究了蜂房哈夫尼菌(Hafnia alvei)中天门冬氨酸酶在不同温度下的反应动力学。研究发现:天门冬氨酸酶的pK1在温度减少时按比例下降,在37℃、25℃、16℃和7℃时pK1分别为6.2 ± 0.1、6.3 ± 0.1、6.7 ± 0.3 和 6.9 ± 0.3。天门冬氨酸酶的pK2在温度下降时不按比例改变,在37℃、25℃、16℃和7℃分别为8.1 ± 0.2、8.4 ± 0.1、8.2 ± 0.1 和 8.0 ± 0.2。pK值与温度的倒数成正比,电离焓△Hion由pK1和pK2计算出来,为6.0 ± 0.3 Kcal·mol-1和0.0 ± 0.3 Kcal·mol-1。

Goldberg R N等[19]用热传导微热量测定和高压液相色谱研究富马酸铵到L-天门冬氨酸的热力学转化。反应在磷酸缓冲液中进行,pH范围7.25～7.43, 温度范围13～43°C, 离子强度范围0.066～0.366 mol·kg-1。在25℃,离子强度为0的条件下获得以下结果:K= (1.48 ± 0.10) × 10-3,ΔG°= 16.15 ± 0.16 kJ·mol-1, ΔH°= 24.5 ± 1.0 kJ·mol-1, ΔCp°= -147 ± 100 J·mol-1·K-1。

Gajewski E等[20]研究天门冬氨酸酶的热动力学。在25℃,离子强度为0的条件下得到如下结论:K= (1.48 ± 0.10) × 10-3,ΔG°= 16.15 ± 0.16 kJ·mol-1,ΔH°= 24.5 ± 1.0 kJ·mol-1,ΔCp°=-147 ± 100 J·mol-1·K-1。

4 酶的分子生物学研究

Asano Y等[21]通过定向进化的方法来研究天门冬氨酸酶。通过易错PCR技术对编码天门冬氨酸酶的基因进行随机突变。过量表达约3000个转化株突变体aspA,筛选对L-天门冬氨酸-α-半醛有活性的突变菌株,其中一个转化株(MA2100)能将富马酸单酰胺和氨转化为L-天门冬氨酸-α-半醛。核苷酸序列片断克隆到pMA2100上显示两突变位点分别为C462T和A981T。C462T的突变是沉默突变,A981T突变将327赖氨酸残基转化为天冬酰胺残基。用野生型和带组氨酸标记的K327N变异酶来研究以L-天门冬氨酸和L-天门冬氨酸-α-半醛为底物时pH对变异酶的影响。野生型酶和变异菌酶在L-天门冬氨酸为底物时的最大活性都是pH8.5。L-天门冬氨酸-α-半醛酶pH6.0时活性最大,pH8.5时则没有活性。野生型酶对L-天门冬氨酸-α-半醛没活性。酶不仅催化L-天门冬氨酸-α-半醛的脱氨反应,而且pH7.0时还催化富马酸单酰胺的加氨反应。当D-天门冬氨酸作为底物加入反应混合物中,无论变异酶还是野生型酶对D-构型氨基酸都表现出脱氨作用,说明突变对严格的L-旋光性没有影响。以L-天门冬氨酸为底物时酶的Km值为28.3 mmoL,远高于(14倍)野生型酶。以L-天门冬氨酸为底物时酶的Vmax为0.26 U·mg-1,远低于(1/560)野生型酶。以L-天门冬氨酸-α-半醛为底物时酶的Km为1450 mmoL,50倍于以L-天门冬氨酸为底物时的。以L-天门冬氨酸-α-半醛为底物时酶的Vmax为0.47U·mg-1,1.8倍于以L-天门冬氨酸为底物时的Vmax。

大肠杆菌中天门冬氨酸酶能被一些诸如胰岛素和枯草杆菌蛋白酶的酶水解C末端肽链的氨基酸而激活。Maithri M K[22]等系统研究了影响酶催化活性的区域中的氨基酸残基。他们将终止密码子引入这段区域来切断编码酶的基因,发现对酶有影响的区域在氨基酸残基467～474的位置。这段区域中的7个氨基酸残基由3个带正电的氨基酸,一个极性氨基酸和两个芳香族氨基酸组成。酶对其底物天门冬氨酸的亲和性随着功能氨基酸被切除而减弱。切断碳末端氨基酸后突变株的酶活得到提高,酶的Kcat比原酶提高了2.5倍,而酶的动力学参数并未发生明显变化。

Saribas A S等[5]用定点突变的方法研究了影响大肠杆菌天门冬氨酸酶活性的一些潜在重要性的功能氨基酸。通过化学修饰和pH依赖选出重要的氨基酸。将这些特殊的氨基酸目标与同类的其他大肠杆菌天门冬氨酸酶序列及更广的延胡索酸酶-天门冬氨酸酶家族的氨基酸序列作比较。用丝氨酸或丙氨酸代替大多数高度保守的半胱氨酸,或用亮氨酸代替大多数高度保守的丙氨酸,对天门冬氨酸酶的酶活及变异的天门冬氨酸酶半胱氨酸和组氨酸特异修饰产物没有重要影响。将两个保守的赖氨酸变为精氨酸能使酶活显著增强。改变赖氨酸(54)则导致酶活的完全丧失。酶活的丧失与改变精氨酸(54)的性质有关。赖氨酸(326)与底物有关,将其修饰能使天门冬氨酸Km提高5倍,Kcat/Km及酶对二价离子的需求剧烈减少。

Asai Y等[23]研究克隆了短杆菌中天门冬氨酸酶aspA基因克隆并测序。开放阅读框由1578bP组成,由此推断多肽的长度为526个氨基酸。比对大肠杆菌、微小芽孢杆菌、荧光假单胞菌和黄色短杆菌的aspA氨基酸序列,分别有63、47和57%的相似性。鉴定出包含发卡结构信息的序列在其终止密码子的下游,这个结构表明与Rho-independent大肠杆菌转录终止子相似具有高度的结构相似性。黄色短杆菌天门冬氨酸酶的C末端大约比大肠杆菌、微小芽孢杆菌和荧光假单胞菌天门冬氨酸酶的基因产物长50个氨基酸残基。aspA产物通过SDS-PAGE检测分子量为57kDa。

5 展望

苯丙氨酸生物合成 第2篇

关键词：手性,双功能硫脲,氢键,L-苯丙氨酸

在众多类型的不对称合成反应当中,最受关注且最具挑战性的无疑是不对称催化合成。目前,不对称催化合成反应已成为有机合成领域中实现不对称增值以及以化学手段获得所需立体化学构型化合物最有效的方法之一[1,2,3,4],因此开发具有高效率、高选择性的手性催化剂成为实现不对称合成的关键。与其他催化剂相比,有机小分子催化的不对称合成反应原料便宜易得,操作简便,对环境污染较小,反应条件温和,广泛且便于循环利用,有利于实现规模化合成等。在不对称合成反应各种不同的配体与底物的相互作用中,氢键作为常用的酸催化剂在对Lewis碱底物的活化中具有非常重要的作用。

近年来,通过氢键活化来促进不对称有机催化的反应吸引了广泛的研究兴趣,而结构中含有(硫)脲的手性有机催化剂可通过其独特的双N-H基团与多种反应底物分子形成双氢键从而实现良好的催化活性以及手性控制[5,6,7,8,9]。近年来经研究发现,手性硫脲衍生物是许多亲核试剂与亚胺、醛以及缺电子烯烃进行加成反应的非常有效的有机催化剂之一[10],目前已成功应用于不对称Michael加成反应、Strecker反应、Mannich反应、Henry反应、Baylis-Hilman反应等一系列重要的有机合成反应当中。但硫脲的酸性与金属Lewis酸相比相对较弱,因而其催化活性相对较低。为了克服该缺陷,设计并合成双功能硫脲催化剂成为研究的重点。

1 催化剂的设计与合成

磺酰胺类化合物由于磺酰基的吸电子效应,使得与其相连的N-H具有较强的酸性,因此可作为氢键供体。而磺酰基中的氧原子含有孤对电子,为较好的氢键受体,因而磺酰胺结构单元经常被用应用在催化剂结构当中;另一方面,硫脲作为氢键供体可同时提供多个氢键结合点,从而更具选择性地与反应底物相结合。由此,将这两种结构单元结合在催化剂分子当中,将有助于对于反应底物进行选择性识别并与之相结合,以期望在不对称催化反应中显示出优异的催化性能。基于此研究思路,我们以廉价易得的苯丙氨酸为起始原料,设计并合成了一种新型双功能手性硫脲催化剂。

合成路线如图1所示。

该合成路线首先将L-苯丙氨酸中的氨基用Boc基团进行保护,然后与2,4,6三甲基苯磺酰胺在EDCI、DMAP的作用下进行直接缩合得N-Boc-L-苯丙氨酰基-2,4,6-三甲基苯磺酰胺3,使用约1.5 当量的浓盐酸(37%)进行Boc保护基脱除,得到氨基化合物4。最后,将所制备的一级胺化合物4与异硫氰酸苯酯发生亲核加成反应合成硫脲化合物5。

2 实验部分

2.1 Boc保护L-苯丙氨酸的制备

在250 mL三颈瓶中,加入5.0 g L-苯丙氨酸和90 mL饱和碳酸氢钠溶液,室温搅拌使其溶解后将其置于冰水浴中冷却。将13.5 g Boc酸酐溶解在35 mL四氢呋喃溶液中,使用恒压滴液漏斗逐滴加入至上述混合液中,室温下反应24 h。反应完毕后,减压旋出剩余的四氢呋喃溶液,用3 N的HCl溶液调节pH至2～3,用乙酸乙酯萃取3次,合并有机相,并将其水洗3次后MgSO4干燥。过滤,抽干,得白色固体8.9 g,产率84%。

2.2 三甲基苯磺酰胺的制备

(2)

在250 mL的圆底烧瓶中,加入10.0 g 2,4,6-三甲基苯磺酰氯和100 mL二氯甲烷溶液,待溶解后缓慢加入25 mL 25%的氨水溶液,于室温下剧烈搅拌反应4 h。待反应完全后,析出大量白色固体,加乙酸乙酯萃取3次,合并有机相,并将其水洗3次后MgSO4干燥。过滤,抽干,得白色固体7.8 g,产率86%。

2.3 磺酰胺3的制备

在100 mL圆底烧瓶称取3.5 g Boc-苯丙氨酸,溶于50 mL二氯甲烷中,分别加入2.1 g 2,4,6-三甲基磺酰胺, 2.4 g EDCI, 0.6 g DMAP, 室温反应72 h。反应完毕后,往反应液中加入50 mL 乙酸乙酯和10 mL 1 N的盐酸溶液调节pH至酸性。有机相用半饱和食盐水洗涤,无水硫酸钠干燥过滤,抽干,得白色固体3.5 g,粗产率为76%。产品不需进一步纯化,直接用于下一步反应。

2.4 Boc保护基的脱除

在100 mL圆底烧瓶中加入3.5 g 磺酰胺3,35 mL乙酸乙酯和10 mL甲醇溶液,搅拌使其溶解,置于冰水浴中冷却后,缓慢加入8 mL HCl(37%)溶液,室温下反应12 h。TLC跟踪反应,待反应完全后,将反应液置于冰水浴中冷却,随后逐滴加入氨水溶液调节pH至10左右。过滤除去生成的白色沉淀,滤液用无水硫酸钠干燥,减压旋蒸得粗产品。粗产品用二氯甲烷:甲醇=1:9柱层析,得白色固体1.7 g,产率为46%,熔点:220～222 ℃。

1H NMR(400 MHz, CDCl3) δ 7.08～7.15(m, 3H), 7.01(d, J=12 Hz, 2H), 6.91(s, 2H), 4.09(br s, 1H), 3.19～3.25(m, 1H), 2.99～3.05(m, 1H), 2.58(s, 6H), 2.29(s, 3H)。

2.5 硫脲5的制备

氮气保护下,在100 mL圆底烧瓶中加入1.0 g 4,25 mL四氢呋喃,搅拌溶解后加入1.8 g异硫氰酸苯酯,室温搅拌反应,TLC跟踪反应进程。24 h后,停止反应,减压除去溶剂得粗产品。粗产品用少量乙酸乙酯溶解,石油醚:乙酸乙酯=20:1,柱层析,得白色泡沫状固体 0.4 g,产率 28%,熔点:137～139 ℃。

1H NMR(400 MHz, CDCl3) δ 7.43～7.48(m, 6H),7.38～7.41(m, 1H),7.21(br s, 1H),7.07～7.09(m, 2H),6.81(s, 2H), 4.79(br s, 2H), 4.51～4.55(m, 1H), 3.37(d, J=16 Hz, 1H), 3.06～3.12(m, 1H), 2.65(s, 6H), 2.30(s, 3H)。

3 结果与讨论

本文以L-苯丙氨酸为反应起始物,设计合成了新型手性有机小分子双功能硫脲类催化剂:N-苯基-N’-L-苯丙氨酰基-2,4,6-三甲基苯磺酰胺硫脲,中间产物及目标产物结构通过核磁共振氢谱(1H NMR)进行了表征确认。有关该化合物在不对称催化反应中的应用正在进一步研究中。

3.1 脱Boc保护方法

N-Boc保护基的脱除方法有几种,常见的是三氟乙酸(TFA)法和盐酸法。一开始,我们使用三氟乙酸(TFA)法脱Boc保护。将TFA溶于二氯甲烷(DCM)中,配成25%的TFA溶液,在室温下反应30 min。点板跟踪反应,发现反应不完全,产物用 1H NMR进行结构表征,结构存在问题。改用用浓盐酸与乙酸乙酯以1:2的比例配成溶液,然后在室温下反应30 min。点板跟踪反应,发现反应基本完全,产物用 1H NMR,13C NMR进行结构表征,结构完全正确。分析原因,由于TFA分子中含有F原子,特别容易形成氢键,产物有可能通过氢键与TFA结合了。而HCl形成氢键的能力相对要弱一些,通过碱化就很容易除去。

3.2 温度对缩合反应产物产率的影响

对于手性有机分子来说,其制备过程中温度的选择是很重要的。温度过高,化合物有可能发生消旋;温度过低,反应时间长,且产率低。因而选择合适的温度来达到既合成出目标产物,又能提高产率的目的尤为重要。首先我们控制温度,让反应在0 ℃下进行,点板跟踪反应,发现有三种新物质生成,24 h 后,原料未反应完全,且产物不再增加。为了减少杂质的生成,调整温度,使反应在-10 ℃下进行,24 h后点板发现还有大量原料未反应完,将反应时间延长至72 h后点板,仍有大量原料未参与反应,且同样有三种新物质生成。最后将温度调整至室温反应,点板跟踪发现12 h时,原料完全消失,生成物与低温反应一样。当我们将温度升至35 ℃时,3 h后反应完全,但产物中有很多个杂质点,无法进行分离。

3.3 三乙胺对产物5手性影响

在4与异硫氰酸苯酯的加成反应中,若往反应液中添加催化剂当量的三乙胺(TEA),点板跟踪反应时发现反应速率明显加快。在对产物进行旋光度测定时发现未添加TEA的产物旋光度为-27.5,而添加TEA的产物旋光度为-1.05。数据表明TEA使产物的手性发生了变化即产物大部分发生消旋了。可能是因为TEA对一级胺有很强的活化作用,使其容易从正反面对双键进行亲核加成反应,速度过快,导致产物消旋。

参考文献

[1] Jian Wang, Hao Li. Organocatalytic Asymmetric Michael Addition of 2,4-Pentandione to Nitroolefins[J]. Org. Lett., 2005, 7(21):4713-4716.

[2]Dr.Ulrich Eder,Dr.Gerhard Sauer.New Type of Asymmetric Cycliza-tion to Optically Active Steroid CD Partial Structures[J].Angew.Chem.Int.Ed.Engl.,1971,10:496.

[3]Benjamin List,Richard A.Lerner.Proline-Catalyzed Direct Asym-metric Aldol Reactions[J].J.Am.Chem.Soc.,2000,122:2395-2396.

[4]Hongming Li,Baomin Wang,Li Deng.Enantioselective Nitroaldol Re-action of r-Ketoesters Catalyzed by Cinchona Alkaloids[J].J.Am.Chem.Soc.,2006,128:732-733.

[5]Yoshihiro Sohtome,Aya Tanatani.Development of bis-thiourea-typeorganocatalyst for asymmetric Baylis-Hillman reaction[J].Tetrahed-ron Lett.,2004,45:5589-5592.

[6] Suresh Allu, Nagaraju Molleti. Enantioselective organocatalytic aldol reaction of unactivated ketones with isatins[J]. Tetrahedron Lett., 2011, 52:4080-4083.

[7]Shengwei Wei,Denis A.Yalalov.New highly enantioselective thiourea-based bifunctional organocatalysts for nitro-Michael addition reac-tions[J].Catal Today,2007,121:151-157.

[8] Mark S.Taylor, Eric N. Jacobsen. Highly Enantioselective Catalytic Acyl-Pictet-Spengler Reactions[J]. J. Am. Chem. Soc., 2004, 126:10558-10559.

[9]Tomotake Okino,Satoru Nakamura.Enantioselective Aza-Henry Re-action Catalyzed by a Bifunctional Organocatalyst[J].Org.Lett.,2004,6(4):625-627.

聚天冬氨酸合成工艺研究 第3篇

1实验部分

1.1主要试剂和仪器

马来酸酐 (MA) , 碳酸铵, 磷酸, 乙酸酐, 甲苯, N, N-二甲基甲酰胺 (DMF) , 氢氧化钠, 硫氰酸钠, 无水乙醇, 甲醇, 氯化钙, 硼砂, EDTA, 钙指示剂等。以上试剂均为化学纯, 天津化学试剂公司。

170SX红外光谱仪, 美国尼高力公司;SFG-02型电热恒温鼓风干燥箱, 南京环宇科学仪器公司;电热恒温水浴锅, 河南巩义仪器公司;乌式粘度计, 武汉中科院仪器设备公司。

1.2实验步骤

1.2.1PASP的制备

称取适量MA, 倒入装有适量水的三口烧瓶中, 加热到90℃溶解。常温冷却, 滴加配制的碳酸铵水溶液。加热至90℃, 减压蒸馏15 min后, 加入催化剂, 升温至220℃, 反应2 h, 得到聚琥珀酰亚胺 (PSI) 。加入适量2 mol/L氢氧化钠溶液, 在80℃条件下水解1 h。停止加热, 冷却后加入等量95%乙醇, 过滤, 除去上层红棕色液体, 得到黑褐色油状物质, 置于85℃干燥箱中干燥, 得到产品PASP。采用溴化钾压片法对产品进行红外光谱表征。

1.2.2马来酸酐转化率的测定

称取约1 g PSI样品, 溶于40 mL DMF中, 过滤出未反应固体。滤液中加入足量无水乙醇充分混合, 静置沉淀后抽滤得固体PSI, 干燥称重为G。测算马来酸酐的转化率T=100G%。

1.2.3正交试验表的设计

以单体配比、催化剂用量、聚合温度和聚合反应时间为因子, 设计4因子3水平正交表, 以MA转化率为指标, 对合成工艺进行优化。 L9 (34) 正交设计试验表和结果见表2。

1.2.4相对分子质量测定[4]

准确称取1.0 g干燥的样品PASP, 用硫氰酸钠溶液溶解, 移入100 ml容量瓶中, 用硫氰酸钠溶液稀释至刻度, 摇匀备用。用G3玻璃烧结漏斗过滤试液后置于洁净干燥的乌式粘度计内, 在30℃的恒温水浴中, 分别测量该溶液和纯溶剂在粘度计两刻度之间的流动时间t和t0, 连续测定3次, 误差不超过0.2 s, 取其平均值。

undefined

其中[η]为溶液的特性黏数 (dL/g) , C为溶液质量浓度 (g/mL) , ηsp = (t- t0) / t0, ηr= t / t0

1.2.5阻垢实验

水中钙离子浓度分析以《工业循环冷却水水质分析方法》HG/T3609-2000为标准, 采用EDTA滴定法。将不同相对分子质量的PASP分别配制成质量浓度为2 mg/L, 6 mg/L, 10 mg/L, 14 mg/L, 18 mg/L, 22 mg/L的溶液, 进行CaCO3阻垢实验, 测定条件为pH9.0, 温度80℃。阻垢率Z的计算:

V0—未加药剂水样 (空白) 试验后消耗EDTA的量, mL;

V1一投放药剂水样消耗EDTA的量, mL;

V2一未加药剂水样 (总钙) 试验前消耗EDTA的量, mL。

2结果与讨论

2.1产品PASP的红外谱图

产品PASP的红外谱图见图1。

从图1看出, 3410 cm-1处为NH键的吸收峰, 1663 cm-1和1585 cm-1处为酰胺基的吸收峰, 1400 cm-1为CC键的吸收峰。基本与标准谱图相符, 可以推断产物为聚天冬氨酸化合物。

2.2催化剂的影响

PASP的制备分为两个步骤:第一步是通过缩聚反应聚合制备PSI, 是决定产品性能的关键。第二步是PSI水解成PASP。聚合反应历程属于N-酰化反应过程, 反应温度高达200℃。故选用磷酸, 乙酸酐和甲苯作催化剂, 对产品性能影响如表1所示。

实验结果显示:以乙酸酐为催化剂得到的产品相对分子质量较高, 产物溶液颜色深, 分离出来的产品呈棕褐色。甲苯没有起到催化剂作用, 反而降低产物的相对分子质量。磷酸催化使得产物相对分子质量相对提高, 产品溶液颜色改善, 催化效果较好。这可能是由于磷酸能够与反应中间物中的胺基形成盐, 使其减少氧化反应副作用;同时磷酸产生的H+与羧基作用形成碳正离子, 增强碳的亲电攻击能力, 加快反应速度。因而产品的颜色和相对分子质量分别得到改善和提高。

2.3正交实验结果与分析

以磷酸为催化剂进行的PASP制备正交试验结果显示, 聚合温度是影响转化率的主要因子, 其次分别为聚合时间, 催化剂用量和单体配比。PASP合成的最佳工艺条件是:聚合温度为200℃, 磷酸用量为2.5%, 单体配比为1 ∶1.2, 聚合反应2 h, 聚合物的转化率最高达94.9%。

2.4阻垢性能

不同相对分子质量级别的PASP溶液阻垢性能与浓度的关系如图2所示。

由图2看出, 曲线A、B、C、D分别代表不同相对分子质量PASP的阻垢率与质量浓度的关系。在质量浓度低于6 mg/L时, 阻垢率都不高;当质量浓度高于10 mg/L, 阻垢率明显提高。因此, PASP作为阻垢剂的阀值质量浓度10 mg/L。特性粘数在0.05～0.09之间的PASP, 当浓度高于阀值浓度后, 阻垢率均能达到85%以上, 具备优良的阻垢性能。

3结论

1) 磷酸作为催化剂能有效改善PASP溶液颜色和提高聚合物的相对分子质量。

2) PASP最佳合成工艺条件为:马来酸酐和碳酸铵单体质量比为1 ∶1.2, 磷酸用量为2.5%, 聚合温度为200℃, 聚合反应时间2 h时, 制备的PASP的特性粘数为0.083 dL/g。

3) PASP阻垢率随相对分子质量增加和浓度的升高而提高, 特性粘数高于0.05 dL/g的PASP的阀值浓度为10 mg/L, 其阻垢率均达到85%以上。

参考文献

[1]高利军, 王宗延, 卓润生.绿色水处理剂聚天冬氨酸的研究进展[J].工业水处理, 2002, 22 (12) :9-12.

[2]卢园, 王剑波, 曹怀宝等.微波辐射合成阻垢剂聚天门冬氨酸及阻垢性能研究[J].应用化工, 2007, 36 (9) :891-893.

[3]曾德芳, 李进勇, 袁哲.聚天冬氨酸的低成本制备及其阻垢性能研究[J].云南化工, 2008, 35 (3) :4-8.

自催化法合成聚天冬氨酸 第4篇

本工作以马来酸酐和乙酸铵为原料, 不使用传统的磷酸类催化剂, 在微波条件下合成了PASP, 通过正交实验对合成的工艺条件进行优化, 并对PASP进行了表征和性能测试。

1 实验部分

1.1试剂和仪器

马来酸酐、乙酸铵、无水乙醇、氢氧化钠、盐酸:分析纯。

微波发生器:南京工业大学理学院自行改造;Spectrum型红外光谱仪:美国PE公司;非稀释型乌式黏度计:直径0.5 mm, 沈阳精密仪器厂;AV300型核磁共振氢谱仪:瑞士布鲁克公司。

1.2合成方法

将一定量的固体马来酸酐和乙酸铵放入研钵中, 研磨数分钟后将混合物转移到500 mL的烧杯中。在额定频率为2 450 MHz及一定的输出功率条件下微波辐照数分钟, 得到中间产物聚琥珀酰亚胺 (PSI) , 然后用2 mol/L的氢氧化钠溶液调节溶液的pH, 使pH维持在9.5左右, 在50 ℃的水中水解1 h, 最后向溶液中加入等量的盐酸和适量乙醇, 析出红棕色液体, 将此液体在60～100 ℃下低压干燥, 称重, 研磨, 得黄棕色粉末状PASP。

1.3合成原理

本法以乙酸铵和马来酸酐两种固体为原料, 在无任何反应介质存在下, 采用微波加热, 在融化状态下合成PASP, 可解决因使用液氨易挥发而造成原料大量损失的问题。首先, 乙酸铵在微波加热条件下发生分解生成乙酸和氨气。

undefined

生成的氨气能很快被融化了的马来酸酐吸收, 反应后生成PSI, 而生成的乙酸则可作为该反应的催化剂, 替代了传统方法使用的磷酸类催化剂, 生成的PASP的性能更加优异。

1.4PASP的表征

1.4.1 PASP黏均相对分子质量的测定

准确称取0.5 g纯化后的PSI试样, 溶于100 mL二甲基甲酰胺中, 配成质量分数为0.5%的溶液, 在 (25±0.1) ℃下用乌式黏度计测定溶液的黏度。

N=3.52×η1.56

η = (t-t0) / (t0ρ)

Mη=1 151.1N+18

式中, N为PSI的聚合度;η为溶液比浓黏度, mL/g;ρ为质量浓度, g/mL;t为溶液流经毛细管的时间, s;t0为纯溶剂流经毛细管的时间, s;Mη为PASP的黏均相对分子质量。

1.4.2 PASP的红外表征

取1～2 mg PASP试样, 按质量比1∶ (100～200) 与干燥溴化钾粉末混合。在红外灯照射下, 在玛瑙研钵中研磨至完全均匀。将研磨好的粉末均匀放入压模器内, 抽真空后, 加压至50～100 MPa, 得到透明或半透明的薄片。将薄片置于试样架上进行红外表征。

1.4.3 PASP的核磁共振氢谱表征

5 mm 核磁试管, 约1 mL 重水, 5 mg PASP试样。核磁共振氢谱的操作参数:数点个数32 768, 核磁频率400.13 MHz, 正弦振动位移0, 洛伦兹致宽因子0.30 Hz, 高斯致宽因子0, 峰采集的灵敏度1.00。

1.5 PASP阻垢性能的测定

按GB/T 16632—1996《水处理阻垢性能的测定——碳酸钙沉积法》对PASP的阻垢性能进行测定。

2 结果与讨论

2.1合成条件的确定

初步的PASP合成实验结果表明, n (乙酸铵) :n (马来酸酐) 、微波输出功率、反应时间3个因素对PASP收率有明显的影响。因此, 采用三因素三水平的正交实验方法优化PASP的合成条件。正交实验的因素水平及实验结果分别见表1、表2。

从表2可看出, 各因素对PASP收率大小的影响顺序为:B>A>C。通过正交实验确定的最佳合成条件为:n (乙酸铵) ∶n (马来酸酐) =1.2, 微波功率1 200 W, 反应时间10 min。在最佳合成条件下, PASP收率为91.6%。

2.2PASP的表征结果

对在最佳条件下合成的PASP试样进行表征。红外表征结果显示, 在3 400～3 700 cm-1处出现了—NH—的吸收峰, 说明发生了聚合反应;在1 718 cm-1处出现了CO的吸收峰;在3 550 cm-1附近出现了O—H键的伸缩振动吸收峰;在920 cm-1附近有一个比较强的宽峰, 归属于羧酸的特征吸收峰。PASP的各种主要官能团表现明显。

核磁共振氢谱分析结果显示, 在化学位移2.8附近出现了亚甲基的质子共振峰;在化学位移4.5附近出现了次甲基的质子共振峰。其他的酸和酰胺基团由于与溶剂重水发生了交换, 表现不是很明显。

PASP的黏均相对分子质量约为1.5×104。

2.3 PASP的阻垢性能

当PASP加入量为3 mg/L时, Ca2+质量浓度对PASP阻垢率的影响见图1。

由图1可见, PASP的阻垢率随Ca2+质量浓度的增加而降低;当Ca2+质量浓度为250 mg/L时, PASP的阻垢率达到95%。由此可说明, PASP具有较好的阻垢性能。

3 结论

a) 以乙酸铵和马来酸酐两种固体为原料, 在无任何反应介质存在下, 采用微波加热, 在融化状态下合成了PASP, 解决了因使用液氨易挥发而造成原料大量损失的问题。

b) 在反应过程中乙酸铵分解产生的乙酸可作为合成PASP的催化剂, 替代了传统方法使用的磷酸类催化剂。

c) 通过正交实验确定了最佳合成条件:n (乙酸铵) ∶n (马来酸酐) =1.2, 微波功率为1 200 W, 反应时间为10 min。在此最佳合成条件下, PASP收率达到91.6%。

d) 当Ca2+质量浓度为250 mg/L时, PASP加入量为3 mg/L时PASP的阻垢率达到95%, 表明PASP具有较好的阻垢性能。

参考文献

[1] Josep R, Judit M, Marius V, et al.Crystal size distribu-tions of induced calcium carbonate crystals in ployasparticacid and mytilus edulis acidic organic protains aqueous so-lution.J Cryst Growth, 2004, 262:543~553

[2] Elhadj S, Salte E A, Wierzbicki A, et al.Dove peptidecontrols on calcite mineralization:Polyaspartate chainlength effects growth kinetics and acts as a stereochemicalswitchon morphology.Cryst Growth Des, 2006, 6 (1) :197~201

[3]周本省.工业水处理技术.北京:化学工业出版社, 1997.69~70

[4] Matthias K.Use of polyaspartic acid in detergents andcleaners.US Pat Appl, US5570553.1998

[5] Louis L, Wood L.Salt of polyaspartic acid by high temper-ature reaction.US Pat Appl, US6072025.2000

[6]杨红健, 王兰芝, 赵新强等.绿色水处理剂聚天冬氨酸的合成与性能.水处理技术, 2005, 31 (6) :51~53

高固含量苯丙微乳液的合成研究 第5篇

本文通过乳液聚合合成苯乙烯 ( St) - 甲基丙烯酸甲酯 ( MMA) - 丙烯酸丁酯( BA) - 丙烯酸( AA) 四元共聚物乳液,通过改变聚合工艺,引发剂用量,在不同温度下,得到高固体含量、低乳化剂用量、低粘度的乳液。

1实验

1.1实验仪器及药品

仪器: 乌氏粘度计; 电动搅拌器 ( JJ - 2 - 100W) ,江苏省金坛市医疗仪器厂; 水浴锅( HH - 4) ,江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司; p H计( p HS - 3E) ,上海仪电科学仪器股份有限公司。

药品: 苯乙烯( CP) ,中国医药集团上海化学试剂公司; 丙烯酸丁脂( CP) ,中国医药集团上海化学试剂公司; 丙烯酸 ( CP) ,天津市科密欧化学试剂开发中心; 甲基丙烯酸甲脂 ( AR) ,天津市科密欧化学试剂开发中心; 过硫酸铵( AR) ,天津市恒兴化学试剂制造有限公司; 十二烷基磺酸钠( CP) ,中国医药集团上海化学试剂公司; 氨水( AR) ,莱阳经济技术开发区精细化工厂; 碳酸氢钠( AR) ,天津市恒兴化学试剂制造有限公司; 氯化钙( AR) ,天津市恒兴化学试剂制造有限公司; 去离子水。

1.2苯丙微乳液的制备

1.2.1苯丙微乳液的制备配方

实验采用的配方为: 以苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯为硬单体,丙烯酸丁酯为软单体,软硬单体的质量比例为4∶6,丙烯酸为功能性交联单体,过硫酸铵为引发剂,十二烷基磺酸钠为乳化剂。

1.2.2苯丙微乳液聚合工艺选择

依据参考文献[3]对聚合工艺进行优化筛选。

1.3微乳液性能检测

( 1) p H值采用p HS - 3E型酸度计。

( 2) 粘度采用乌氏粘度计[4]。

采用乌氏粘度计测定乳液粘度[η],当液体在重力作用下流经毛细管时,其流动遵循泊肃叶 ( Poiseuille) 定律:

式中: η———液体粘度

ρ———液体密度

L———毛细管长度

r———毛细管的半径

t———V体积液体的流出时间

h———流过毛细管液体的平均液柱高度

V———流经毛细管的液体体积

m———毛细管末端校正的参数

( 3) 固含量按GB/T1725 - 2007测定[5]。

( 4) 稀释稳定性: 在20 m L去离子水中加入10 m L乳液, 轻轻搅拌均匀,密封放置48 h观察其现象 ( 是否分层或破乳) 。

( 5) 机械稳定性: 在烧杯中装入一定量的乳液,并将搅拌器调至1500 r/min下搅拌30 min,观察其实验现象 ( 是否分层或破乳) 。

( 6) Ca2 +稳定性: 在锥形瓶中,加入质量分数为0. 5% 的Ca Cl2溶液,再取大约15 m L的待测乳液,轻轻的搅拌均匀后静置,一段时间后观察其实验现象 ( 不出现凝胶且不分离为合格)[6]。

( 7) 储存稳定性: 将所得乳液放置20天,观察其稳定性。

2结果与讨论

2.1聚合工艺的选择

分别对间歇乳液聚合法、半连续乳液聚合法和单体预乳化法三种聚合工艺进行研究,对比实验中只改变聚合工艺,其他反应条件不变。每种聚合工艺重复做三次实验。实验结果见表1。

从表1可以看出,单体预乳化法得到的乳液稳定,凝胶最少,因此单体预乳化法对于苯丙微乳液的聚合是最好的聚合工艺,本实验把单体预乳化法作为聚合工艺。

2.2引发剂浓度对微乳液性能的影响

实验采用过硫酸铵作为引发剂,我们知道过硫酸盐受热易分解,通过实验得到关于乳液的粘度、固含量、机械稳定性和稀释稳定性的数据见表2。

由表2可知,随着引发剂浓度的增加,粘度逐渐增加,稳定性下降,固体含量 先增加后 减少。其原因是: 过硫酸铵 ( NH4)2S2O8加热分解,即( NH4)2S2O8→2NH4++ 2SO4,而且酸对过硫酸铵的分解有催化作用,因此过硫酸铵的分解速率会随p H值的下降而加快,当p H值较小时,分解速率更快,同时偏离一级反应。SO4· + H2O → HSO4+ HO ·,4HO · →2H2O + O2在单体存在下,SO4·和HO·自由基均可引发单体聚合反应[7]。而当引发剂浓度从0. 7% 增至1. 5% 时,固含量逐渐减小,这是由于引发自由基过多,聚合速度加快,成核粒子数增多,乳液粒径减小,出现了凝胶,凝胶的存在使得乳液的固含量减小。由实验得知,引发剂浓度为0. 7% 时固含量值最大, 稳定性好,粘度适中,但由于引发剂受热易分解应现配现用。

2.3温度对微乳液性能的影响

实验采用的引发剂是过硫酸铵,且过硫酸铵为热分解,所以当反应温度过高或过低时对苯丙乳液的粘度、固含量有很大影响。由表3可知,随着温度的升高,粘度、固含量先增高后下降,在反应温度过低或过高时稳定性都会下降。原因是过硫酸铵( NH4)2S2O8加热分解,即( NH4)2S2O8→2NH4++ 2SO4, 当反应温度低时会使反应进行不完全,分解速度会减慢,因此导致引发催化速率减慢; 而温度过高时,会导致过硫酸铵分解速率加快从而导致单体聚合不彻底。通过表格我们可以看出: 当反应温度为85 ℃ 时,所得产品固含量最高。

3结论

对影响苯丙微乳液聚合反应的主要因素引发剂的用量、反应温度等进行了实验研究,通过实验得知苯丙微乳液的聚合反应的最佳工艺条件为: 采用单体预乳化法,当软硬单体的最佳质量比为4∶6时,引发剂浓度为单体质量的0. 7% ,反应温度为85 ℃ 。所得到的产品具有粘度适中( 23 m Pa·s) 、固体含量高达48. 5% 、稀释稳定性、机械稳定性、Ca2 +稳定性、储存稳定性良好等优点。

摘要：采用单体预乳化聚合法,以苯乙烯(St)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸(AA)为单体,制备了苯丙微乳液,研究了合成温度、引发剂浓度等反应条件对苯丙乳液性能的影响。研究结果表明:当引发剂浓度为单体质量的0.7%,软硬单体的质量比为4∶6时,反应温度为85℃时,苯丙微乳液的综合性能良好。

苯丙乳液防锈剂的合成及性能研究 第6篇

1 实验部分

1.1 试剂及仪器

丙烯酸丁酯,苯乙烯,丙烯酸,甲基丙烯酸六氟丁酯,十二烷基硫酸钠,聚氧乙烯烷基醇醚(OS-15),过硫酸铵,N-羟甲基丙烯酰胺,均为分析纯。透射电镜,JEM-2000E型;红外光谱,VERTEX 70型;盐雾试验箱,HY-1013型;电化学工作站,LK2005型;扫描电子显微镜,KYKY-EM3900M型。

1.2 防锈剂乳液的合成及表征

1.2.1 防锈剂乳液的合成

OS-15,过硫酸铵,N-羟甲基丙烯酰胺,去离子水,慢速搅拌50min制备预乳化液。

在带有滴液漏斗、温度计、回流冷凝管、电动搅拌器的四口烧瓶中加入去离子水升温到80℃时,加入十二烷基硫酸钠、OS-15和过硫酸铵,搅拌,反应;出现蓝色后升温到85℃,开始滴加预乳化液,滴加时速度要先慢后快;保持温度为85-89℃以内,低速搅拌,1.5h内滴完,在90℃下保温反应1.5h,冷却至40℃,出料,调节pH值至6～7。

1.2.2 防锈剂乳液的表征

红外光谱测试:将乳液涂于干净的玻璃片上,干燥固化,溴化钾压片, 在VERTEX 70型红外光谱仪4000～400cm-1测量。透射电镜测试:乳液稀释后,磷钨酸溶液染色,在JEM-2000E型透射电子显微镜上观察乳液粒径。粒度测试:乳液稀释后, PSA NANO2590型纳米粒度仪及Zeta电位分析仪。

1.3 防锈剂乳液的应用实验

将冷轧板表面除锈、水洗、碱洗、水洗、除油、吹干,用软毛刷将乳液涂装于钢板表面,无气泡,斜立流平,使防锈膜均匀,厚度约为25μm,180℃烘干20min。

1.3.1 涂层的中性盐雾实验

将涂有防锈剂的钢板放入盐雾试验箱中按照GBT1771-2007进行中性盐雾实验。盐雾实验室温度(35±2)℃,连续喷雾,NaCl水溶液质量分数为5%,pH=6.5～7.2,以钢板表面开始出现腐蚀产物时间评价防锈剂的耐腐蚀性。

1.3.2 涂层的开路电位实验

采用LK2005电化学工作站进行电化学测试,采用标准三电极系统,参比电极为饱和甘汞电极,辅助电极为铂电极,样品工作面积为1cm2,腐蚀介质为3%的NaCl溶液。

1.3.3 涂层的扫描电镜观察

KYKY-EM3900M型扫描电子显微镜观察涂层的形貌。

2 结果与讨论

2.1 防锈剂乳液的红外光谱分析[4]

苯丙乳液的红外光谱如图1,由图可以看出苯乙烯中苯环的不饱和C-H的伸缩振动吸收峰为3026cm-1,甲基的吸收峰是2920cm-1 ,-C=O的伸缩振动吸收峰是1732cm-1, F-C的伸缩振动峰为1480 cm-1,苯乙烯中苯环的振动吸收峰是1452cm-1,C-O-C的伸缩振动吸收峰是1027cm-1, F-C的弯曲振动峰为845cm-1, C-H伸缩振动吸收峰为698cm-1。

2.2 防锈剂乳液的TEM分析

图2给出了透射电镜观察的防锈剂的粒子状态,可以看出,防锈剂乳液的粒子为规整的球形,粒径集中分布在100 nm左右,粒径分布范围比较均匀,分散性好[5]。粒径越小,越有利于防锈剂乳液渗透到基材微孔,与基材的附着力越强,防锈效果越好。

2.3 防锈剂乳液的粒径分析

防锈剂乳液的粒径如图3所示,由图可以看出,防锈剂粒径分布较窄,在43.8～190nm之间,平均粒径为103nm。这与透射电镜的结果基本一致,较小的粒径赋予防锈剂乳液较好的附着力[6]。

2.4 涂层的中性盐雾实验

涂层中性盐雾实验结果见表1,可以看出涂层的耐中性盐雾实验时间大约在37h[7]。

2.5 涂层的开路电位分析

涂层经200℃干燥的开路电位如图4所示,可以看出涂层开路电位较高,且随时间延长而增大,试样耐蚀性好。另外从实验中还发现,防锈剂在金属表面形成膜越厚,开路电位也越高,且随时间延长会有所增加,而形成的膜越薄,开路电位较低,且随时间延长而下降,因此防锈膜厚度越厚耐蚀性相对越好[8]。

2.6 涂层的扫描电镜分析

用苯丙乳液防锈剂处理后的钢板扫描电镜照片见图5,可见苯丙乳液防锈剂粒子在钢板表面具有较好的成膜性,成膜均匀、致密,这层保护膜有效隔绝了腐蚀介质对钢板的侵蚀,起到保护钢板生锈的作用[9]。但扫描电镜图中出现少数白点,主要是由于干燥温度较高,粒子发生粘连团聚引起的,团聚的粒子较少。宏观成膜效果看,成膜透明度好,光滑,硬度高。

3 结论

合成的苯丙乳液防锈剂粒子为规整球形结构,粒径均匀,粒度90 nm左右,粒度分布较窄。将防锈剂应用于防锈实验,与基材附着力强,耐中性盐雾可以达到37h,耐腐蚀性较好,成膜均匀,光滑致密,透明度好。

摘要：以丙烯酸丁酯、苯乙烯和甲基丙烯酸六氟丁酯为单体合成了环境友好型苯丙乳液防锈剂;以红外光谱、透射电镜、纳米粒度仪测试了防锈剂的结构、表面形貌和粒径。结果表明单体均参与反应,防锈剂粒子为规整的球形,粒度分布均匀,平均粒径100nm左右。将防锈剂应用涂覆冷轧板实验,以盐雾实验、开路电位、扫描电镜表征了防锈性能。结果表明苯丙乳液防锈剂可有效隔绝腐蚀介质的侵蚀,防锈效果较好,成膜均匀、致密,附着力强。

关键词：防锈剂,苯丙乳液,开路电位,成膜

参考文献

[1]杨超,王云普,高祥虎,等.环境友好型氟碳防锈乳液的制备研究[J].现代涂料与涂装,2008,11,(9):22-24.

[2]梁文波,郑军,张士军,等.用于水性工业涂料的苯丙型耐盐雾乳液的合成[J].涂料工业,2010,40(2):63-66.

[3]Shima Tolue,Mohammad Reza Moghbeli,Seyed Mehdi Ghafele-bashi.Preparation of ASA(acrylonitrile-styrene-acrylate)structural latexes via seeded emulsion polymerization[J].Euro-pean Polymer Journal,2009,(45):714-720.

[4]孙世东,李化,张继德.自交联含氟丙烯酸酯共聚物的乳液合成与表征[J].包装学报,2010,2(1):33-37.

[5]Chen Yanjun,Wang Yifeng,Chen Peizhi.Study on copolymer e-mulsion of hexafluorobutyl methacrylate-acrylate[J].Paint&Coatings Industry,2005,(9):25-31.

[6]李玉峰,赵向飞,高晓辉.叔碳改性氟碳丙烯酸酯乳液的制备及应用[J].涂料工业,2010,40(9):15-19.

[7]李丹,梁亮,蒋晨,等.环境友好型水性涂料复合膜防腐性能的研究[J].涂料工业,2010,40(8):48-51.

[8]Khan A K,Ray B C,Maiti J.Preparation of core-shell latexfrom co-polymer of styrene-butyl acrylate-methyl methacrylateand their paint properties[J].Pigment&Resin Technology,2009,38(3):159-164.

天冬氨酸寡肽的合成及表征 第7篇

反相高效液相色谱(RP-HPLC)[3]是当前使用范围最为广泛的液相色谱方法,与其它色谱方法相比具有分辨率和回收率高、 重复性好、 操作简便等优势。

本文根据文献[4,5]制备了天冬氨酸寡肽,并利用RP-HPLC对苏氨酸寡肽进行分离纯化。所得产物用ESI-MS/MS、IR和1H NMR进行了结构表征。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

仪器:质谱仪(Agilent公司);高效液相色谱仪(Agilent公司);傅立叶变换红外光谱仪(日本岛津公司)。

试剂:L-天冬氨酸(生化试剂);三氯氧磷(分析纯);四氢呋喃(分析纯);乙腈(色谱纯);三氯氧磷使用前经重新蒸馏。实验所用水均为重蒸水,其它试剂均为分析纯并经标准方法干燥。

1.2 实验方法

(1)L-天冬氨酸寡肽粗产品的合成:本文根据文献[4,5]制备天冬氨酸寡肽。

(2)利用RP-HPLC分离纯化天冬氨酸寡肽。

2 结果与讨论

根据文献制备了10.5 g的天冬氨酸二肽和13 g的天冬氨酸三肽。

2.1 RP-HPLC分离纯化条件的选择

用RP-HPLC分离纯化产物时,待分离物质的保留时间和分离度,受固定相、流动相的组成、离子对试剂、流动相的流速、进样量和柱温等因素的影响[6]。因此,合理的优化以上色谱条件,可以得到较优的保留时间和分离度。

2.1.1 检测波长的选择

肽键及肽分子中大多数发色团的吸收在200～300 nm。天冬氨酸寡肽中的肽键在214 nm处有吸收,故将检测波长设在214 nm。

2.1.2 流动相的选择

在反相色谱中,由于乙腈具有的噪声小、梯度洗脱时产生的鬼峰少、使用时柱压较低和洗脱能力强等特点,其在多肽和蛋白的分析中广泛应用。则选择乙腈和水作为流动相,并加入适当的离子对试剂,以优化分离条件[7]。

2.1.3 固定相的选择

在多肽的分离过程中,常用的反相柱有C18、C8和C3等色谱柱[8]。以乙腈和水作为流动相时,C8柱有较好的分离度,故选择C8柱。

2.1.4 柱温的选择

调节柱温能很好的优化分离度和保留时间,但是由于条件所限本文所采用的液相色谱仪不具有调节柱温的功能,则分离的温度由室温所定。

以选定的色谱条件,对产物进行分离纯化,如图1所示。

收集色谱图中各个色谱峰的流出液,并对各流出液进行质谱检测,以确认各色谱峰为何物。经质谱分析,发现分离得到了L-天冬氨酸二肽和L-天冬氨酸三肽,如图2、图3所示。

2.2 天冬氨酸寡肽的结构表征

采用傅立叶变换红外光谱仪和核磁共振仪对所得的产品做了结构分析。取少量天冬氨酸二肽和天冬氨酸三肽粉末经KBr压片后,利用傅立叶红外变换色谱仪进行测试。测试结果如下:

2.2.1 天冬氨酸寡肽的红外光谱图

IR(cm-1):3400(υO-H);2960(υas C-H);2880(υs C-H);1680(υC=O);1600(δN-H);1380(υC-N);1080(υs C-O)

IR(cm-1):3400(υO-H);2920(υas C-H);2880(υs C-H);1660(υC=O);1600(δN-H);1540(υas C-N);1400(υC-N);1100(υs C-O)

2.2.2 天冬氨酸寡肽的氢谱图

1H NMR(δ/ppm D2O):δ1.05(d,3H,CH3);δ1.18(d,H,CH3);δ3.83(d,1H,H2NCHCO);4.02(d,1H,HNCHCO);δ4.07(q,2H,CHOH)

1H NMR(δ/ppm D2O):δ1.01(d,3H,CH3);δ1.09(d,3H,CH3);δ1.16(d,3H,CH3);δ3.85(d,1H,H2NCHCO);δ4.01(d,1H,HNCHCO);δ4.05(d,1H,HNCHCOOH);δ4.08,4.10,4.36(9,3H,CHOH)

3 结 论

本文利用在三氯氧磷的辅助下,采用氨基酸自组装成肽的方法,合成了天冬氨酸寡肽(天冬氨酸二肽和天冬氨酸三肽)。并用高效液相色谱法对天冬氨酸寡肽进行了分离纯化,摸索出其合适的分离条件,分离并制备了一定量的天冬氨酸二肽和天冬三肽,检测其纯度分别达到91.4%,95.2%。利用ESI-MS,IR和1H NMR分别对制备的天冬氨酸二肽和天冬氨酸三肽进行了结构表征。

摘要：采用三氯氧磷辅助下,氨基酸自组装成肽的方法合成了天冬氨酸寡肽,并利用反相高效液相色谱法,采用优化了的色谱条件对产物进行了分离纯化,得到了纯度较高的寡肽产品天冬氨酸二肽和天冬氨酸三肽。天冬氨酸二肽和天冬氨酸三肽分别用质谱、红外和氢谱进行了结构表征。

关键词：天冬氨酸寡肽,合成,表征

参考文献

[1]Clareand DA,Swaisgood H.E.Bioactive milk peptides,a prospectus[J].JDairy Sci,2000,82(1):1187-1195.

[2]张术臻,王远义,唐金泉.大米多肽的生产及其在食品工业中的应用[J].粮食工程技术,2008,03:1673-7199.

[3]于世林.高效液相色谱方法及应用[M].北京:化学工业出版社,2000:251-252.

[4]卢奎,刘艳,周宁,等.五氯化磷辅助下氨基酸的自组装成肽反应研究[J].化学学报,2002,60(2):372-376.

[5]Zhao W J,Zhao D X,Lu K.Mechanism study on the oligomerization of amino acids into peptides by phosphorus trichloride[J].Phosphorus,Sulfur,and Silicon,2008,183:691-698.

[6]罗志文.质谱技术研究进展[J].国外医学生物医学工程分册,2005,28(3):134-137.

[7]Dan N,Ganesan R,Flood KG,et al.Determination of enantiomers in a synthetic argininal peptide using capillary zone electrophoresis and high-performance liquid chromatography[J].Journal of Chromatogra-phy A,2000,891(1):115-127.