CN109908018A - 一种γ-氨基丁酸离子液体及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种γ‑氨基丁酸离子液体及其制备方法与应用，包括以下步骤：在低氧条件下，向溶解有γ‑氨基丁酸的溶液中添加有机酸或生物碱进行中和反应得到所述γ‑氨基丁酸离子液体。所述制备方法还包括对中和后得到的混合液进行重结晶分离提纯、抽滤和干燥处理。与现有技术相比，本发明方案制备离子液体时，操作简便，制得的产品纯度高且收率好，无须使用有毒有害试剂，安全环保，具有良好的应用前景。

Description

一种γ-氨基丁酸离子液体及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及有机合成技术领域，具体涉及一种γ-氨基丁酸离子液体及其制备方法与应用。

背景技术

水杨酸(邻羟基苯甲酸)，是一种脂溶性的有机酸，其用途广泛，可作为碱量法及碘量法滴定的标准；在橡胶工业中用作防焦剂、生产紫外线吸收剂和发泡剂；也可在某些弱酸性电解液中作为添加剂，用作电镀或化学镀的络合剂；还可作为化妆品防腐剂使用。此外，水杨酸还常作为医药工业的原料，用于制备阿斯匹林、水杨酸钠、水杨酰胺、止痛灵、水杨酸苯酯、血防-67等药物，在临床试验上可用来降低糖尿病患者长期并发心脏病的风险；水杨酸还被广泛应用于外用涂抹类药物中，在许多皮肤护理产品中都添加有水杨酸，可起到软化角质、杀菌、治疗粉刺等作用。尽管水杨酸已有了诸多用途，但由于其水溶性差，使得其在多方面的应用仍受到一定的限制。

苦参碱是从苦参中提取出来的一种生物碱，已报道苦参碱具有多种药理作用，包括抗炎，免疫调节等。目前研究表明，苦参碱对中枢神经系统具有解热、镇痛、抗惊厥、稳定神经等作用，对心血管系统具有明显的负性频率和正性肌力的作用，有防治动脉粥样硬化、减轻心肌损伤的功能，同时，对消化系统能够起到抗肝损伤、抗纤维化的效果；除此之外，还具有抗肿瘤和抗肝癌的效果。然而，苦参碱的溶解性也较差，导致其应用范围相对较小。

γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)广泛分布于青菜、米、中草药、豆属等动植物体内，是一种重要的抑制性神经递质，参与多种代谢活动，具有较高的生理活性。除了目前已知可以降低血压、改善肝脏功能、预防动脉硬化、脑中风、防治多梦证、失眠、促进放松、舒缓疼痛、提升抗压力、消除疲劳、保持心境平和外，还可以调节脑神经细胞机能，达到健脑安神的作用，同时，还能促进脑部血液循环、预防老人痴呆症和生活习惯病、去除活性氧、预防血管和细胞老化以及提高营养成分的吸收率，尤其是硬物质，并保持营养均衡。此外，γ-氨基丁酸还能抗氧化、抗衰老、修护饱受外部压力的问题肌肤，同时具有舒缓压力、放松神经的作用，能迅速渗透深入肌肤角质层，重整细纹，对于修复凹凸杂乱的肌纹也同样有着极好的效果。现有技术中，γ-氨基丁酸的制备方法主要有化学合成法和生物合成法两种，其中，化学合成法的成本较高，得率较低，且在生产工艺中需要使用危险溶剂，甚至是有毒溶剂，因此，化学合成制备的γ-氨基丁酸不能用于食品中；生物合成法相对而言更为安全且成本较低，但其操作较为复杂。

离子液体是由有机阳离子和无机(或有机)阴离子构成的、在室温(或室温附近)呈液体状态的盐类，通常被称为室温离子液体或室温熔融盐，其热稳定性好且溶解能力强，同时还能增强离子本身的生理活性，近年来引起了科研工作者的广泛关注。γ-氨基丁酸是一种常用的离子液体原料，若能通过水杨酸等有机酸或苦参碱等生物碱来制备γ-氨基丁酸离子液体将有望得到生理活性强且溶解性好的活性物质。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是：提供一种生理活性强且溶解性好的γ-氨基丁酸离子液体的制备方法。

本发明所要解决的第二个技术问题是：提供一种通过上述方法制得的γ-氨基丁酸离子液体。

本发明所要解决的第三个技术问题是：提供一种上述γ-氨基丁酸离子液体的应用。

为了解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案为：一种γ-氨基丁酸离子液体的制备方法，包括以下步骤：

在低氧条件下，向溶解有γ-氨基丁酸的溶液中添加有机酸或生物碱进行中和反应得到所述γ-氨基丁酸离子液体。

优选地，所述有机酸为水杨酸或咖啡酸。

优选地，所述生物碱为苦参碱。

进一步地，所述低氧条件为氮气氛围或惰性气体氛围；优选地，反应在避光条件下进行。

进一步地，所述溶解有γ-氨基丁酸的溶液中溶剂为去离子水。

进一步地，所述γ-氨基丁酸与有机酸中羧基或生物碱的摩尔比为1:(0.8～1.2)；优选地，所述摩尔比为1:(0.9～1.1)。

进一步地，所述添加有机酸或生物碱的操作是在常温下进行；优选地，所述苦参碱的反应温度为15～30℃；更优选地，反应温度为20～25℃；最优选为20℃。

进一步地，所述中和反应的时间为9～16h，优选为12～13h。

进一步地，所述制备方法还包括对中和后得到的混合液进行重结晶分离提纯的操作。

进一步地，所述制备方法还包括对重结晶后的进行抽滤和干燥处理，所述干燥处理的温度为45～65℃；优选为50～55℃；所述干燥处理的时间为36～48h，优选为42～48h。

本发明的有益效果在于：有机酸和生物碱在各领域有着广泛的应用，但鉴于其溶解性通常较差，使得其应用效果和范围仍受到一定限制，本发明方案巧妙地将其应用于γ-氨基丁酸离子液体的制备中，γ-氨基丁酸离子液体在油系和水系中具备良好的溶解性，同时，还能增强有机酸或生物酸及γ-氨基丁酸本身的生理活性；本发明方案制备离子液体时，操作简便，制得的产品纯度高且收率好，无须使用有毒有害试剂，安全环保，具有良好的应用前景。

为了解决上述第二个技术问题，本发明采用的技术方案为：一种通过上述方法制得的γ-氨基丁酸离子液体。

为了解决上述第三个技术问题，本发明采用的技术方案为：一种上述γ-氨基丁酸离子液体在抗氧化剂、保湿剂、抗癌剂或抑菌剂的制备中的应用。

本发明的有益效果在于：本发明方案制得的γ-氨基丁酸离子液体可以作为抗氧化剂、保湿剂、抗癌剂或祛痘杀菌剂添加于保健食品或化妆品中。

附图说明

图1为本发明实施例1制得的γ-氨基丁酸-苦参碱盐的核磁共振氢谱图；

图2为本发明实施例1制得的γ-氨基丁酸-苦参碱盐的核磁共振碳谱图；

图3为本发明实施例1制得的γ-氨基丁酸-苦参碱盐的红外光谱图；

图4为本发明实施例1制得的γ-氨基丁酸-苦参碱盐的TG-DSC-DTG谱图；

图5为本发明实施例2制得的γ-氨基丁酸-水杨酸盐的核磁共振氢谱图；

图6为本发明实施例2制得的γ-氨基丁酸-水杨酸盐的核磁共振碳谱图；

图7为本发明实施例2制得的γ-氨基丁酸-水杨酸盐的红外光谱图；

图8为本发明实施例2制得的γ-氨基丁酸-水杨酸盐的TG-DSC-DTG谱图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明实施例一为：一种γ-氨基丁酸-生物碱离子液体的制备方法，包括以下步骤：

S1、溶液配制及反应条件设定：称取1.03gγ-氨基丁酸(10mmol)，加入20ml去离子水(以去离子水作为溶剂即可，安全无毒且廉价易得)，通入氮气并使反应全程都在氮气氛围下进行，将盛有γ-氨基丁酸水溶液的反应容器置于常温水浴(15～30℃)中，使温度保持在25℃左右，将反应容器进行遮光处理，保证反应在避光条件下进行。

S2、中和反应：称取2.48g苦参碱(10mmol)，γ-氨基丁酸与苦参碱的摩尔比为1:1，少量多次快速加入到反应容器中(通常以3～5次2min内加完为宜，本实施例中，分4次将苦参碱加入到溶液中)，反应过程中保持N₂氛围且控制添加过程中的温度为0～5℃(通过冰盐浴控制)，添加完毕后，撤去冰盐浴。在常温(20℃)避光惰性条件下反应12h。反应完毕后，对所得反应产物进行重结晶，经过抽滤后，在真空干燥箱中50℃下干燥48h即得γ-氨基丁酸-苦参碱盐(收率96％，纯度为99.23％)，取制得的γ-氨基丁酸-苦参碱盐用核磁共振仪、红外光谱仪及热重分析仪(Thermal Gravimetric Analyzer)进行表征，得到的核磁共振氢谱图、核磁共振碳谱图、红外光谱图和热重-差示扫描量热-微分热重(Thermal Gravimetric-Differential Scanning Calorimetry-Differential Thermogravimetry，TG-DSC-DTG)谱图分别如图1、2、3和4所示。从图1-4可以看出，已成功制得了结构式正确的γ-氨基丁酸-苦参碱盐。

本发明实施例二为：一种γ-氨基丁酸-有机酸离子液体的制备方法，包括以下步骤：

S1、溶液配制及反应条件设定：称取1.03gγ-氨基丁酸(10mmol)，加入20ml去离子水(以去离子水作为溶剂即可，安全无毒且廉价易得)，通入氮气并使反应全程都在氮气氛围下进行，将盛有γ-氨基丁酸水溶液的反应容器置于常温水浴(15～30℃)中，使温度保持在20℃左右，将反应容器进行遮光处理，保证反应在避光条件下进行。

S2、中和反应：称取1.38g水杨酸(10mmol)，γ-氨基丁酸与苦参碱的摩尔比为1:1，少量多次快速加入到反应容器中(通常以3～5次2min内加完为宜，本实施例中，分4次将苦参碱加入到溶液中)，反应过程中保持N₂氛围且控制添加过程中的温度为0～5℃(通过冰盐浴控制)，添加完毕后，撤去冰盐浴。在常温(20℃)避光惰性条件下反应12h。反应完毕后，对所得反应产物进行重结晶，经过抽滤后，在真空干燥箱中50℃下干燥48h即得γ-氨基丁酸-水杨酸盐(收率95.4％，纯度99.75％)，取制得的γ-氨基丁酸-水杨酸盐用核磁共振仪、红外光谱仪及热重分析仪进行表征，得到的核磁共振氢谱图、核磁共振碳谱图、红外光谱图和TG-DSC-DTG谱图分别如图5、6、7和8所示。从图5-8可以看出，已成功制得了结构式正确的γ-氨基丁酸-水杨酸盐。

本发明实施例3为一种γ-氨基丁酸-有机酸离子液体的制备方法，其与实施例二的区别在于：以等物质的量的咖啡酸代替水杨酸，制得γ-氨基丁酸-咖啡酸盐(收率97.2％，纯度99.68％)。

本发明实施例4为一种γ-氨基丁酸-有机酸离子液体的制备方法，其与实施例一的区别在于：以等物质的量的可可碱代替中咖啡碱，制得γ-氨基丁酸-可可碱盐(收率96.9％，纯度99.78％)。

本发明实施例5为一种γ-氨基丁酸-有机酸离子液体的制备方法，其与实施例一的区别在于：以等物质的量的辣椒碱代替中咖啡碱，制得γ-氨基丁酸-辣椒碱盐(收率97.9％，纯度99.08％)。

对经重结晶提纯前的样品纯度进行测定，结果发现，未经提纯前，本发明方案制得的离子液体的纯度也可达90％以上。

用微量二倍稀释法对各实施例制得的离子液体进行抑菌活性检测：

用无菌水将斜面上培养的指示菌下，制成菌体或孢子浓度为10⁷CFU/ml的菌液，4℃保存备用。使用时，与适量培养基混匀(细菌终浓度约为10⁵CFU/ml，真菌终浓度约为10⁴CFU/ml)。将待测样品溶解于水中，配制成一定浓度的溶液，把样品加到96孔细胞板中，采用微量二倍稀释法稀释样品。未加待测样品只含指示菌的为阴性对照；只含培养基的为空白对照；阳性对照指示菌为细菌时用氨苄青霉素，指示菌为真菌时用两性霉素B。对照例一为γ-氨基丁酸，对照例二为苦参碱，对照例三为水杨酸，对照例四为咖啡酸。细菌37℃培养24h，真菌25℃培养48h，肉眼观察，没有菌生长的最小的样品浓度即为MIC，抑菌效果如下表1所示：

表1抑菌活性表

从上表1可以看出，本发明实施例制得的γ-氨基丁酸离子液体后相对于原有机酸、生物碱或γ-氨基丁酸的抑菌活性提升5倍以上。

上述实验中的各种细菌及真菌均是直接由市场购置而得，上述实验中对照例样品是将各物质配制成相同浓度的溶液，实施例样品是取重结晶的样品加入重新溶解。

综上所述，本发明方案反应条件温和，用水作溶剂即可，安全无毒；制得的产物的收率好且纯度高；制备过程操作简便且后处理方便。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种γ-氨基丁酸离子液体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

在低氧条件下，向溶解有γ-氨基丁酸的溶液中添加有机酸或生物碱进行中和反应得到所述γ-氨基丁酸离子液体。

2.根据权利要求1所述的γ-氨基丁酸离子液体的制备方法，其特征在于：所述有机酸为水杨酸或咖啡酸。

3.根据权利要求1所述的γ-氨基丁酸离子液体的制备方法，其特征在于：所述生物碱为苦参碱。

4.根据权利要求1所述的γ-氨基丁酸离子液体的制备方法，其特征在于：所述低氧条件为氮气氛围或惰性气体氛围。

5.根据权利要求1所述的γ-氨基丁酸离子液体的制备方法，其特征在于：所述溶解有γ-氨基丁酸的溶液中溶剂为去离子水。

6.根据权利要求1所述的γ-氨基丁酸离子液体的制备方法，其特征在于：所述γ-氨基丁酸与有机酸中羧基或生物碱的摩尔比为1:(0.8～1.2)；优选地，所述摩尔比为1:(0.9～1.1)。

7.根据权利要求1所述的γ-氨基丁酸离子液体的制备方法，其特征在于：所述添加有机酸或生物碱的操作是在常温下进行；优选地，所述苦参碱的反应温度为15～30℃；更优选地，反应温度为20～25℃；最优选为20℃；所述中和反应的时间为9～16h，优选为12～13h。

8.根据权利要求1所述γ-氨基丁酸离子液体的制备方法，其特征在于：所述制备方法还包括对中和后得到的混合液进行重结晶分离提纯、抽滤和干燥处理，所述干燥处理的温度为45～65℃；优选为50～55℃；所述干燥处理的时间为36～48h，优选为42～48h。

9.一种通过如权利要求1-8任一项所述的制备方法制得的γ-氨基丁酸离子液体。

10.一种如权利要求9所述的γ-氨基丁酸离子液体在抗氧化剂、保湿剂、抗癌剂或抑菌剂的制备中的应用。