CN104402750A - 双羧基氨基酸-铬螯合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了双羧基氨基酸-铬螯合物，其结构式如式(1)或式(2)所示：双羧基氨基酸-铬螯合物的制备方法为：(1)取碳酸氢钠，加水溶解，加入天冬氨酸或谷氨酸，搅拌溶解，得天冬氨酸单钠溶液或谷氨酸单钠溶液；(2)取三氯化铬，加水溶解，得三氯化铬溶液；(3)将三氯化铬溶液与天冬氨酸单钠溶液或谷氨酸单钠溶液混合，反应，放置，结晶，即得双羧基氨基酸-铬螯合物。本发明的双羧基氨基酸-铬螯合物，比α-羧基螯合的螯合物具有更优越的性能，可作为补充铬的产品应用于饲料、食品及医药行业中，可作为原料用于制备补充铬的营养品、保健品或药物。

Description

双羧基氨基酸-铬螯合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及双羧基氨基酸-铬螯合物及其制备方法。

背景技术

众所周知，三价铬Cr(III)是人体和动物维持正常的糖代谢和脂代谢必需的微量元素之一，三价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(正三价铬离子对糖代谢的作用主要是加强胰岛素功能；在依赖胰岛素的组织中，即使只有毫微量铬的增加，胰岛素功能就会明显提高；铬摄入不足，身体对胰岛素的需求量增高；缺铬可以使糖耐量异常、血胰岛素升高、胰岛素亲和力降低、β细胞敏感性降低、胰岛素受体减少，血糖过高或过低；补充有机铬对糖尿病代谢改善作用可达20～30％，异常的糖代谢在补充铬后可得到纠正，所以每天适量补铬，能够预防并协同治疗糖尿病)；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。

自从认识到三价铬的作用后，人们就开始开发各种能补充三价铬的产品。第一代铬产品为无机铬产品，此类铬产品种类较多，主要有氯化铬、硫酸铬等。用法主要是将氯化铬等与奶粉混合，或与其他微量元素如碘、锌、硒等混合而制得的产品。这些产品既为人们补铬带来了便利，也存在很多无法克制的问题：(1)吸收率低，仅为1～3％；(2)无生物活性，需要转化成有生物活性的GTF铬才有调节代谢的作用，但糖尿病及冠心病患者的机体基本没有这种转化能力；(3)无机铬的有害作用。

氨基酸铬是第三代铬产品，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。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。目前的氨基酸铬大多是α-氨基酸铬(III)螯合物，螯合位置在α-羧基上，尚未见螯合位置在β-羧基、γ-羧基上的螯合物的报道。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供了双羧基氨基酸-铬螯合物，及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

双羧基氨基酸-铬螯合物，其结构式如式(1)或式(2)所示：

式(1)所示的螯合物为天冬氨酸与三价铬离子(Cr³⁺)形成的多分子螯合复合物，本发明中称之为天冬铬。式(2)所示的螯合物为谷氨酸与三价铬离子(Cr³⁺)形成的多分子螯合复合物，本发明中称之为谷氨铬。

所述天冬铬、谷氨铬的制备方法，包括以下步骤：

(1)取碳酸氢钠2.5203g(0.03mol)，加蒸馏水20ml，溶解(优选加热缓慢溶解)后，加入天冬氨酸3.994g(0.03mol)或谷氨酸4.4129g(0.03mol)(可分多次加入)，搅拌使天冬氨酸或谷氨酸完全溶解于碳酸氢钠溶液中(天冬氨酸与碳酸氢钠反应生成天冬氨酸单钠，谷氨酸与碳酸氢钠反应生成谷氨酸单钠)，得天冬氨酸单钠溶液或谷氨酸单钠溶液；

(2)取三氯化铬3.1672g(0.01mol)，加蒸馏水10.27ml，摇晃使其完全溶解，得三氯化铬溶液(墨绿色)；

(3)将三氯化铬溶液与天冬氨酸单钠溶液或谷氨酸单钠溶液混合，铬离子与天冬氨酸单钠或谷氨酸单钠的摩尔比为0.5～1∶3(优选1∶3)，搅拌反应8～12h，混合液颜色由墨绿色→深蓝色→深紫红色，最终得天冬氨酸单钠螯合铬的溶液(称之为天冬铬溶液)或谷氨酸单钠螯合铬的溶液(称之为谷氨铬溶液)；

(4)天冬铬溶液或谷氨铬溶液放置，水分蒸发后形成结晶即为天冬铬或谷氨铬。

本发明的天冬铬或谷氨铬，螯合反应的原料为单钠盐(单天冬氨酸钠，单谷氨酸钠)，螯合反应在偏碱性(天冬氨酸单钠溶液或谷氨酸单钠溶液偏碱性，pH约为8)条件下进行，所得到的产物为双羧螯合铬的钠盐。且由于原料为单钠盐，钠离子是结合在α-羧酸上的(以天冬氨酸为例，α-羧酸的pka＝2.1，β-羧酸的pka＝3.9，则天冬氨酸的单钠盐一定是在α-羧酸上)，所以螯合只能是在β-羧酸(天冬氨酸)或γ-羧酸上(谷氨酸)，所以本发明的天冬铬或谷氨铬并非是α-氨基酸铬(III)螯合物，这点不同于现有技术中的氨基酸-铬螯合物的制备，现有技术中制备氨基酸-铬螯合物时，所采用的原料为游离氨基酸，反应条件在偏酸性条件下进行，由于天冬氨酸、谷氨酸为双羧基氨基酸，则最终形成的螯合物为双羧螯合铬(两个羧基均有螯合)的胺盐，如下所示：

与α-羧基螯合的螯合物相比较，本发明的天冬铬、谷氨铬，在水溶性、稳定性、生物利用度方面更优越：天冬氨酸的pka(α-羧酸为2.10，β-羧酸为3.86，α-氨基为9.82)，谷氨酸的pka(α-羧酸为2.10，γ-羧酸为4.07，α-氨基为9.47)；根据基础理论推算如果成钠，双羧酸氨基酸优于α-单羧酸氨基酸。α-单羧酸氨基酸螯合铬后只能用α-氨基成盐酸盐，才能解决水溶性；在稳定性和生物利用度上钠盐优于胺盐。并且毒性极小(小鼠，口服最大安全剂量＞500mg/kg)。总之，本发明的天冬铬、谷氨铬，有良好的生物相容性、水溶性及稳定性，并且毒性极小，比α-羧基螯合的螯合物具有更优越的性能，可作为补充铬的产品应用于饲料、食品及医药行业中，可作为原料用于制备补充铬的营养品、保健品或药物。

附图说明

图1：本发明的天冬铬的紫外-可见光光谱扫描图谱。

图2：三氯化铬的紫外-可见光光谱扫描图谱。

图3：天冬氨酸单钠的紫外-可见光光谱扫描图谱。

图4：呲啶甲酸铬(Chromium picolinate)的紫外-可见光光谱扫描图谱。

图5：本发明的谷氨铬的紫外-可见光光谱扫描图谱。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

本发明中，所涉及的天冬氨酸、谷氨酸均为天然氨基酸，即L-α-氨基酸。

实施例1制备天冬铬

制备方法如下：

(1)取碳酸氢钠2.5203g(0.03mol)，加蒸馏水20ml，加热缓慢溶解后，加入天冬氨酸3.994g(0.03mol)(分多次加入)，搅拌使天冬氨酸完全溶解于碳酸氢钠溶液中(天冬氨酸与碳酸氢钠反应生成天冬氨酸单钠)，得天冬氨酸单钠溶液；

(2)取三氯化铬3.1672g(0.01mol)，加蒸馏水10.27ml，摇晃使其完全溶解，得三氯化铬溶液(墨绿色)；

(3)将上述三氯化铬溶液与天冬氨酸单钠溶液混合，铬离子与天冬氨酸单钠的摩尔比为1∶3，搅拌反应10h，混合液颜色由墨绿色→深蓝色→深紫红色，最终得天冬氨酸单钠螯合铬的溶液(称之为天冬铬溶液)；

(4)天冬铬溶液放置，水分蒸发后形成结晶即为天冬铬。

对天冬铬进行紫外-可见光光谱扫描，得紫外-可见光光谱扫描图谱，如图1所示，与三氯化铬、天冬氨酸单钠的紫外-可见光光谱扫描图谱(如图2、图3所示)相比，不同之处是：

1.最大吸收峰波长改变：对比天冬铬(图1)与三氯化铬(图2)的光谱图，容易发现离子状态的三氯化铬(图2)光谱中421nm吸收峰和594nm吸收峰在螯合状态时发生了改变(图1)。天冬铬(图1)光谱中421nm吸收峰和594nm吸收峰两个吸收峰发生了紫移，分别漂移为398nm和532nm；

2.最大吸收峰吸收强度改变：离子状态的三氯化铬(图2)光谱中421nm峰吸收值大于594nm峰吸收峰，而天冬铬(图1)光谱中594nm峰吸收值大于421nm峰吸收值；

3.两个最大吸收峰比值改变(由于吸收值大小改变，两个吸收峰的比值也就改变)。

另外，呲啶甲酸铬(Chromium picolinate)为美国FDA批准上市用于人体补铬的铬的螯合物，结构式如下所示：

呲啶甲酸铬的紫外-可见光光谱扫描图谱如图4所示，光谱中530nm吸收峰为螯合正三价铬的典型吸收峰；本发明的天冬铬(图1)也有该吸收峰，可证明天冬铬为正三价的铬螯合物。

以上数据证明了天冬氨酸-铬螯合物的生成。

毒性试验：

小鼠(18～22g)分为两组，每组20只，雌雄各半，一组口服本发明的天冬铬800mg/kg，另一组口服本发明的天冬铬500mg/kg，观察一周。结果：口服800mg/kg组存活率为33.3％；口服500mg/kg组存活率为100％，本发明的天冬铬，对于小鼠的口服最大安全剂量＞500mg/kg。

实施例2制备谷氨铬

制备方法如下：

(1)称取谷氨酸单钠5.0733g，加蒸馏水30ml溶解，得谷氨酸单钠溶液；

(2)取三氯化铬1.5836g，加蒸馏水10ml，摇晃使其完全溶解，得三氯化铬溶液(墨绿色)；

(3)将上述三氯化铬溶液与谷氨酸单钠溶液混合，搅拌反应10h，混合液颜色由墨绿色→深蓝色→深紫红色，最终得谷氨酸单钠螯合铬的溶液(称之为谷氨铬溶液)；

(4)谷氨铬溶液放置，水分蒸发后形成结晶即为谷氨铬。

对天冬铬进行紫外-可见光光谱扫描，得紫外-可见光光谱扫描图谱，如图5所示，与图2、图4相比较，可以证明谷氨酸-铬螯合物的生成，且为正三价的铬螯合物。

Claims (5)

1.双羧基氨基酸-铬螯合物，其结构式如式(1)或式(2)所示：

2.权利要求1所述的双羧基氨基酸-铬螯合物的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)取碳酸氢钠，加水溶解，加入天冬氨酸或谷氨酸，搅拌使天冬氨酸或谷氨酸完全溶解，得天冬氨酸单钠溶液或谷氨酸单钠溶液；

(2)取三氯化铬，加水溶解，得三氯化铬溶液；

(3)将三氯化铬溶液与天冬氨酸单钠溶液或谷氨酸单钠溶液混合，铬离子与天冬氨酸单钠或谷氨酸单钠的摩尔比为0.5～1∶3，搅拌反应8～12h，得天冬氨酸单钠螯合铬的溶液或谷氨酸单钠螯合铬的溶液；

(4)天冬氨酸单钠螯合铬的溶液或谷氨酸单钠螯合铬的溶液放置，水分蒸发后形成结晶，即为双羧基氨基酸-铬螯合物。

3.根据权利要求2所述的双羧基氨基酸-铬螯合物的制备，其特征在于：所述步骤(1)中，碳酸氢钠与天冬氨酸或谷氨酸的摩尔比为1∶1。

4.根据权利要求2所述的双羧基氨基酸-铬螯合物的制备，其特征在于：所述步骤(3)中，铬离子与天冬氨酸单钠或谷氨酸单钠的摩尔比为1∶3。

5.权利要求1所述的双羧基氨基酸-铬(III)螯合物在作为/制备补充铬的营养品、保健品或药物中的应用。