CN102516142A

CN102516142A - 一种蛋氨酸铬螯合物的制备方法

Info

Publication number: CN102516142A
Application number: CN2011103406136A
Authority: CN
Inventors: 肖清贵; 唐海燕; 徐红彬; 张懿
Original assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 2011-11-01
Filing date: 2011-11-01
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2031-11-01
Also published as: CN102516142B

Abstract

本发明涉及一种蛋氨酸铬螯合物的制备方法。该方法以D，L-蛋氨酸、无机三价铬盐为主要原料，以醇溶液为反应介质，反应温度30-90℃，反应时间0.5-3小时，常压下制备蛋氨酸铬螯合物。本发明所提供的制备方法具有原料易得，生产成本低，反应条件温和，节能减耗等优点。该方法易于放大，调控方便，具有较好的工业化应用前景。

Description

一种蛋氨酸铬螯合物的制备方法

技术领域

本发明涉及一种螯合物的制备方法，尤其涉及一种蛋氨酸铬螯合物的制备方法。

背景技术

Cr(III)是哺乳动物体内维持正常糖代谢、脂类代谢的重要微量元素，是哺乳动物营养必需的微量元素之一。1959年Schwarz及Mertz提出了葡萄糖耐量因子(GTF)假说(Schwarz K，Mertz W.Chromium(III)and the glucose tolerancefactor[J].Archs Biochem.Biophys.1959，86：292.)，并指出三价铬是GTF的活性成分，没有Cr(III)，GTF就没有生物活性。此后，大量研究表明三价铬对鼠类，鸡、鸭等家禽，猪，牛，羊等家畜及人等哺乳动物的糖代谢和脂代谢有非常重要的作用。从20世纪90年代开始，三价铬成为微量元素研究领域的热点之一。

Cr(III)的主要生物学功能包括：作为胰岛素的增强剂参与糖代谢及脂类代谢，维持血液中胆固醇平衡；参与蛋白质和核酸的合成，促进氨基酸进入细胞，提高蛋白质合成能力，参与核酸的稳定和完善过程；三价铬对动物体内矿物代谢也有着非常重要的作用。

蛋氨酸又名甲硫氨酸，是构成人体的必需氨基酸之一，是一种抗氧剂，能有效地清除生物体内的自由基。它还是铬的天然配体，蛋氨酸分子中的硫原子(S)是金属离子配位的最常见最重要的配位基团。蛋氨酸与三价铬形成的配位化合物，在生理条件下，能够抑制铬的羟桥合作用，保证三价铬和蛋氨酸的生物学活性。蛋氨酸与三价铬都具有清除自由基和抑制自由基产生的作用，两者形成配位化合物后增强了两者的协同作用。

蛋氨酸铬作为一种有机铬产品，目前在市场上主要用于饲料、食品及医药行业中。用在饲料中作为其添加剂，可以有效地提高饲料报酬，提高畜禽生长性能、降低胴体脂肪和背膘厚度；可以减少动物的应激反应，促进生长，日粮中添加能显著提高产仔率，提高配种率，改善动物的繁殖体况，可作为国家明令禁止在饲料行业使用的瘦肉精的理想替代品。随着人们生活品质的提高，动物饲养的增加，饲料行业必然会有很大的发展前景。蛋氨酸铬在食品和医药行业，主要用于辅助治疗II型糖尿病，也用作减肥保健食品的辅助成分。

早期报道的蛋氨酸铬螯合物的制备方法如JP 6287173、PL 254171、CN1218054A中所提供的，大多要求在液氨体系中进行，这些方法利用金属钠或甲基锂作为置换物来合成或者需要高温高压的反应条件，工艺复杂没有工业化利用价值。

随后又开发了水体系中制备蛋氨酸铬螯合物的方法。水系中的制备方法可分为以下两种：

(1)非水合法

中国专利CN 1523008A、CN 1329024C、美国专利US 2007134300及滕冰等人(滕冰，韩友文.铬(III)螯合物的制备及相关性质鉴定[J].动物营养学报，2000，12(3)：19～23)将D，L-蛋氨酸及三价铬盐在水中搅拌混合充分后，在搅拌下用浓NaOH溶液调节溶液pH使生成的蛋氨酸铬沉淀并析出，静置冷却后过滤，滤饼用水及乙醇洗涤后充分干燥得到蛋氨酸铬产品。

美国专利US 20030228934将氯化铬溶于水后加热至沸，然后加入L-蛋氨酸，搅拌使固体溶解，继续搅拌加热30min后冷却至30℃，然后向其中滴加氢氧化钠溶液，溶液由暗绿色变为紫红色。减压将溶液蒸发至干，固体用甲醇萃取除去氯化钠，然后将甲醇萃取液蒸发至干，得到蛋氨酸铬产品。

上述方法操作较繁琐，而且通过滴加氢氧化钠溶液调节溶液pH值使产品沉淀的方法在工业上没有利用价值，无法实现连续生产。

(2)水合法

张华等人采用先加氯化铬水合24小时生成[Cr(H₂O)₆]³⁺，将D，L-蛋氨酸溶解于该溶液中，使反应物充分接触，然后用6mol/L NaOH溶液调节pH使生成的蛋氨酸铬沉淀，再经冷却、过滤、洗涤、干燥得到产品(张华，王静，王晴，向文胜。蛋氨酸螯合铬营养强化剂的合成工业[J]。食品与发酵工业，2005，31(4)：87～89)。此方法操作时间长，而且也是通过滴加氢氧化钠溶液调节pH使产品沉淀的方法在工业上没有利用价值，无法实现连续生产。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种反应条件温和，反应后，产品分离简便，节能降耗，从而实现可工业化生产并且成本低的蛋氨酸铬螯合物的制备方法。

本发明所提供的制备蛋氨酸铬螯合物的方法，包括如下步骤：

1)将D，L-蛋氨酸与碱或碱性盐加入醇溶液中搅拌溶解得到溶液1，将三价铬盐加入醇溶液中搅拌溶解得到溶液2；

2)将步骤1)中溶液1添加到溶液2中，然后常压下，加热使其反应；

3)步骤2)反应结束后冷却、过滤、洗涤、干燥得蛋氨酸铬螯合物产品。

制备方法中所用的D，L-蛋氨酸为市售的医药级、食品级或饲料级蛋氨酸，可以根据产品应用于医药、食品及饲料行业不同的用途进行选择。本发明反应条件在常压下进行，反应条件温和，同时反应是在醇溶液中进行，而不采用液氨及水作反应介质，避免了反应过程中的质子化作用，并且反应过程中用到的醇溶液经过滤后可循环用于合成过程，从而达到降低成本的需要。图1为蛋氨酸铬螯合物制备方法流程简图。

其中，步骤1)中所述的碱或碱性盐为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸钾，或其混合物。加入碱或碱性盐是为了使调节反应溶液的pH至合适的值，以使反应所得的蛋氨酸铬顺利的以沉淀的形式析出。通过控制加入的碱或碱性盐与三价铬盐的摩尔比，可以较容易的调控溶液的pH值，从而避免了用氢氧化钠水溶液调节pH的繁琐步骤，简化了操作，增加了制备方法的可工业化性。经过试验确定碱或碱性盐与三价铬盐摩尔比为0.5～4.5∶1，优选2～4.5∶1，进一步优选3～4.25∶1。

其中步骤1)中所述的三价铬盐为氯化铬、硝酸铬、磷酸铬、硫酸铬或碱式硫酸铬，或其混合物；作为优选，D，L-蛋氨酸与三价铬盐摩尔比为1～4.5∶1，优选2～4.5∶1，进一步优选3～4.25∶1。三价铬盐是为本制备方法提供铬离子的，本发明选择了溶解性较好的氯化铬、硝酸铬、磷酸铬、硫酸铬或碱式硫酸铬来提供铬离子。另外，通过调节D，L-蛋氨酸与三价铬盐摩尔比，可以很方便的获得蛋氨酸与铬比例为1∶1，2∶1，3∶1的蛋氨酸铬螯合物。

其中，步骤1)中所述的醇溶液为一元饱和脂肪醇，优选为低碳一元饱和脂肪醇，进一步优选为C₁～C₆的一元饱和脂肪醇，特别优选为甲醇或乙醇或其混合物；作为优选技术方案，醇溶液其体积分数为10％～100％，优选50％～100％，进一步优选为50％～75％。本发明用醇溶液作为反应的溶剂代替传统的液氨体系或水系，一方面原料易得，另一方面所用的醇溶液还可以回收利用，降低了生产成本。

其中，步骤2)中反应温度为30℃～90℃，优选反应温度为55～85℃。反应时间为0.5h～3h，优选反应时间为1～2h。温度对反应的影响比较大，所以温度的选择也是决定产物性能的一个重要指标。试验发现在较低温度下进行的反应，其反应所得的产物颜色不均匀，并且产物的沉淀也不充分，所以一般的反应温度为30℃～90℃，优选反应温度为55～85℃，并且在该反应温度下恒温至少半小时。

本发明所提供的制备方法反应温度低、操作时间短，在常压下反应1～2h，收率即可达到80％以上，同时避免了用氢氧化钠水溶液调节pH的繁琐步骤，简化了操作。

本发明所提供的制备方法与目前的制备工艺相比实现了常温常压高效的反应，流程简单、反应条件温和，工艺稳定，所用设备工业化可靠性强。本方法可在低转速搅拌下制备出颜色均匀、晶型及粒度良好的蛋氨酸铬螯合物，产品干燥过后无需粉碎，降低能耗，并且通过调节蛋氨酸与氯化铬的摩尔比，可以很方便地制备出蛋氨酸与铬比例为1∶1，2∶1，3∶1的蛋氨酸铬螯合物。在优选反应条件下，蛋氨酸铬螯合物单程收率可达80％以上，蛋氨酸铬螯合物产品中蛋氨酸含量可达74.02％以上，三价铬含量可达10.09％以上。

并且在保证高收率的前提下，反应介质可以回收循环再利用，由于溶剂沸点低，因此在溶剂的回收循环过程中能耗也低。另外，在水洗过程中带走的一部分蛋氨酸铬螯合物产品，还可以进行回收利用，进一步减少了产品的损失。

附图说明

图1蛋氨酸铬螯合物制备方法流程简图。

图2蛋氨酸及蛋氨酸铬螯合物紫外光谱图。

图3蛋氨酸铬螯合物红外光谱图。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例一

4.5284gD，L-蛋氨酸(0.03mol)、氢氧化钠1.2018g(0.03mol)以及无水乙醇，搅拌溶解得到溶液1。氯化铬2.6914g(0.01mol)及无水乙醇搅拌溶解得到溶液2，向其中加入溶液1。常压下，90℃，反应0.5小时。反应结束后，冷却、过滤、洗涤、干燥，得到紫红色结晶性粉末，蛋氨酸铬螯合物收率86.6％。

利用紫外及红外光谱对合成的产品进行了定性表征，见图2及图3。产品中三价铬含量采用ICP方法测定，蛋氨酸含量利用柱前衍生高效液相色谱法进行测定。三价铬含量为10.09％，蛋氨酸含量为89.27％

实施例二

3.0143g D，L-蛋氨酸(0.02mol)、氢氧化钾1.122g(0.02mol)以及10％乙醇溶液搅拌溶解得到溶液1。氯化铬2.6921g(0.01mol)及10％乙醇溶液搅拌溶解得到溶液2，向其中加入溶液1。常压下，30℃，反应3小时。反应结束后，冷却、过滤、洗涤、干燥，得到紫色结晶性粉末，蛋氨酸铬螯合物收率84.8％。三价铬含量14.82％，蛋氨酸含量85.04％

实施例三

实验步骤同上，反应条件如下：D，L-蛋氨酸1.5072g(0.01mol)、碳酸钠0.5318g(0.005mol)氯化铬2.6918g(0.01mol)，10％乙醇溶液，常压下，90℃，反应3小时。蛋氨酸铬螯合物收率92.6％。三价铬含量为25.91％，蛋氨酸含量为74.02％。

实施例四

实验步骤同上，反应条件如下：D，L-蛋氨酸6.7823g(0.045mol)，氢氧化钠1.8015g(0.045mol)，氯化铬2.6953g(0.01mol)，无水乙醇，常压下，30℃，反应0.5小时。蛋氨酸铬螯合物收率81.7％。三价铬含量为10.47％，蛋氨酸含量89.24％。

实施例五

实验步骤同上，反应条件如下：D，L-蛋氨酸128.2g(0.85mol)，氢氧化钠34.0034g(0.85mol)，氯化铬53.828g(0.2mol)，50％乙醇溶液，常压下，80℃，反应2小时。蛋氨酸铬螯合物收率98.2％。三价铬含量10.30％，蛋氨酸含量89.59％。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims

1.一种蛋氨酸铬螯合物的制备方法，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述的碱或碱性盐为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸钾，或其混合物。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的碱或碱性盐与三价铬盐摩尔比为0.5～4.5∶1，优选2～4.5∶1，进一步优选3～4.25∶1。

4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，所述的三价铬盐为氯化铬、硝酸铬、磷酸铬、硫酸铬或碱式硫酸铬，或其混合物。

5.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，所述的D，L-蛋氨酸与三价铬盐摩尔比为1～4.5∶1，优选2～4.5∶1，进一步优选3～4.25∶1。

6.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，所述的醇溶液为一元饱和脂肪醇，优选为低碳一元饱和脂肪醇，进一步优选为C₁～C₆的一元饱和脂肪醇，特别优选为甲醇或乙醇或其混合物。

7.根据权利要求1～6任一项所述的方法，其特征在于，所述的醇溶液其体积分数为10％～100％，优选50％～100％，进一步优选为50％～75％。

8.根据权利要求1～7任一项所述的方法，其特征在于，步骤2)中反应温度为30℃～90℃，优选反应温度为55～85℃。

9.根据权利要求1～8任一项所述的方法，其特征在于，步骤2)中反应时间为0.5h～3h，优选反应时间为1～2h。