CN110713520B

CN110713520B - 油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽及其制备与应用

Info

Publication number: CN110713520B
Application number: CN201911074598.8A
Authority: CN
Inventors: 侯庆锋; 王源源; 王哲; 郑晓波; 沈健; 莫宏; 付磊
Original assignee: Petrochina Co Ltd
Current assignee: Petrochina Co Ltd
Priority date: 2019-11-06
Filing date: 2019-11-06
Publication date: 2021-01-01
Anticipated expiration: 2039-11-06
Also published as: CN110713520A

Abstract

本发明公开了一种油酰基氨基酸‑γ‑L‑谷氨酰‑L‑半胱氨酰‑甘氨酸多肽及其制备与应用。该多肽结构式如下：

其中的

为油酰基氨基酸钠与氨基反应连接后的残基。本发明的油酰基氨基酸‑γ‑L‑谷氨酰‑L‑半胱氨酰‑甘氨酸多肽可作为离子响应驱油剂，该驱油剂适用于各类油田的清洁、高效驱油，克服了当前化学驱油剂残留污染严重，破乳困难，无法回收重复利用等问题，减少了对环境的污染及后期驱油剂的破乳和驱油剂的后处理问题。同目前广泛使用的化学驱油剂相比，该驱油剂具有环境污染小、乳化‑破乳便利、便于回收重复使用的突出优点，可作用各类油田清洁高效的驱油剂使用。

Description

油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽及其制备与应用

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域；具体涉及一种油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽及其制备与应用。

背景技术

石油是最重要的全球战略物资之一，石油的稳产、高产是关系到国家安全和经济发展速度的决定因素之一。

当前，我国采油领域已进入三次驱油阶段，大量的阴离子表面活性剂被使用于油田驱油。这些化学驱油剂虽然有效提高了油田的采出效率，但也造成了对对地层和水质的严重污染。此外，大多数阴离子表面活性剂虽然具有良好的乳化效果，但同时也具有破乳困难、无法重复使用的严重缺陷，造成采出液后续处理难度巨大和采出液污染治理困难，治理费用高昂的问题。

设计一类环境友好、乳化-破乳便利、可重复使用的高效、环保驱油剂已成为相关领域研究的重点和热点。

多肽类表面活性剂是一类由氨基酸残基组成，具有表面活性剂结构特征及性质的多肽分子。与普通氨基酸类表面活性剂相比，多肽类表面活性剂较高的分子链长可以形成较强的空间位阻，实现乳化体系的良好稳定性。

而将多种不同化学性质、空间结构按照预定的设计排列，则可以实现不同氨基酸类表面活性剂的优势互补，达到普通氨基酸类类表面活性剂无法企及的效果。同其他类型表面活性剂相比，多肽类表面活性剂基于氨基酸自身的结构特点和空间排列组合的多选择性，因而具有更好的环境友好性和可调节性，便于进行各种针对性的分子设计和化学改性，以适应不同实际用途的需要。

如何通过合理的分子设计，实现对原油的良好乳化效果，并可以通过简便的方法实现破乳和驱油剂的重复利用，在发挥多肽类表面活性剂环境友好优势的同时，实现良好乳化-破乳和重复利用是解决目前化学问题的可靠途径。

发明内容

基于以上背景技术，本发明提供一种油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽及其制备与应用。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽，其结构式如下：

其中的

为油酰基氨基酸钠(雷米邦A)与氨基反应连接后的残基。

具体的，其结构式如下：

本发明第二个方面提供以上油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽的制备方法，包括以下步骤：

氧化型γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸和油酰基氨基酸钠(雷米邦A：C₁₇H₃₃CONHCH₃(CONHCH₂CH₃)₆COONa)为原料，在酸性条件下，加热进行反应，生成所述油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽。

优选地，所述氧化型γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸和油酰基氨基酸钠进行反应的具体步骤包括：

将氧化型γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸和油酰基氨基酸钠溶于水中，加入酸，加热回流进行反应。其反应式如下：

优选地，所述氧化型γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸和油酰基氨基酸钠的摩尔比为1:1。

优选地，所述酸为硫酸、盐酸或硝酸。

更优选地，所述酸为浓硫酸，加入浓硫酸的体积为水体积的15％。

优选地，加热回流进行2h反应；，具体反应时以油酰基氨基酸的量不再变化为准。

优选地，所述氧化型γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸以还原型γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸为原料，碱性条件下经双氧水氧化得到。

优选的，所述氧化型γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸以还原型γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸为原料，碱性条件下经双氧水氧化得到；其反应式如下：

优选地，所述还原型γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸通过以下步骤制备：

首先由2-[N-(N-苄基-脯氨酰)氨基]二苯甲酮1(即手型助剂BPB)、六水合氯化镍和L-谷氨酸反应，得到谷氨酸席夫碱Ni(II)配合物2；

进而采用二异丙基碳二亚胺(DIC)/1-羟基-苯并三氮唑(HOBt)复合缩合剂法与S-苄基-L-半胱氨酸反应，得到S-苄基-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酸席夫碱Ni(II)配合物3；

接着同样采用DIC/HOBt复合缩合剂法与甘氨酸反应，得到S-苄基-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸席夫碱Ni(II)配合物4；

然后稀酸水解配合物4，得到S-苄基-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸5；

最后采用甲酸铵催化转移氢化脱除S-苄基，得到γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸6。

其反应式如下：

本发明第三个方面提供以上油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽在油田驱油中的应用。

优选地，所述油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽作为离子响应驱油剂，或作为驱油剂组分。

本发明的油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽可作为离子响应驱油剂，该驱油剂适用于各类油田的清洁、高效驱油，克服了当前化学驱油剂残留污染严重，破乳困难，无法回收重复利用等问题，减少了对环境的污染及后期驱油剂的破乳和驱油剂的后处理问题。同目前广泛使用的化学驱油剂相比，该驱油剂具有环境污染小、乳化-破乳便利、便于回收重复使用的突出优点，可作用各类油田清洁高效的驱油剂使用。

附图说明

图1为实施例2制备的油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽的红外谱图。

图2为不同浓度的油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽的表张力测试结果。

图3为不同浓度下的油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽的粘度测试结果。

图4为含水量10％时油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽乳化效果的测定结果。

图5为含水量20％时油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽乳化效果的测定结果。

图6为含水量30％时油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽乳化效果的测定结果。

图7为含水量40％时油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽乳化效果的测定结果。

图8为30℃下不同pH值条件下油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽乳化效果照片。

图9为30℃下不同pH值条件下油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽发泡倍率。

图10为70℃下不同pH值条件下油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽乳化效果照片。

图11为70℃下不同pH值条件下油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽发泡倍率。

图12为不同pH下油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽驱油剂的回收率。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1

本实施例合成氧化型γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸，其合成过程如下反应式：

1)谷氨酸席夫碱Ni(II)配合物2的合成

2-[N-(N-苄基-脯氨酰)氨基]二苯甲酮(即手型助剂BPB)(1.92g)，六水合氯化镍(2.38g)和L-谷氨酸(3.68g)溶于17.5mL甲醇，氮气保护，搅拌，加热至40～50℃。加入氢氧化钾(4.49g溶在15mL MeOH)溶液，55～65℃搅拌反应2h，冷却至室温，搅拌状态下，将上述混合物倒入200mL水(含冰乙酸4.6mL)中，析出大量晶体。过滤，晶体用水洗涤两次。粗产物用丙酮重结晶，60℃真空干燥，得到谷氨酸席夫碱Ni(II)配合物2。

2)S-苄基-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酸席夫碱Ni(II)配合物3的合成

配合物2(2.85g)溶于20mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，氮气保护，室温搅拌溶解，加入DIC(N,N'-二异丙基碳二亚胺，1.01mL)和HOBt(1-羟基苯并三氮唑，0.68g)，室温反应8h，过滤取滤液，即为活化酯溶液。S-苄基-L-半胱氨酸(1.06g)溶于20mL DMF(N,N-二甲基甲酰胺)，加入约3mL N,O-双三甲硅基乙酰胺(BSA，C₈H₂₁NOSi₂)助溶，稍加热至基本澄清，缓慢滴加至上述活化酯溶液中，室温反应1h。过滤，滤液倒入100mL水中，析出大量晶体。过滤，晶体用水洗涤两次。粗产物经硅胶柱层析纯化，V(丙酮)∶V(正己烷)∶V(冰乙酸)＝6∶4∶0.7洗脱，60℃真空干燥，得到S-苄基-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酸席夫碱Ni(II)配合物3。

3)S-苄基-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸席夫碱Ni(II)配合物4的合成

配合物3(3.82g)溶于20mL DMF，氮气保护，室温搅拌溶解，加入DIC(1.01mL)和HOBt(0.68g)，室温反应2h，过滤取滤液，即为活化酯溶液。甘氨酸(0.38g)加至上述活化酯溶液中，室温反应1h。过滤，滤液倒入100mL水中，析出大量晶体。过滤，晶体用水洗涤两次。粗产物经硅胶柱层析纯化，V(丙酮)∶V(正己烷)∶V(冰乙酸)＝6：4：1洗脱，60℃真空干燥，得到S-苄基-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸席夫碱Ni(II)配合物4。

4)S-苄基-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸5的合成

配合物4(4.10g)溶于20mL MeOH，缓慢滴加到20mL 70℃的混合剂[V(3mol L^-1盐酸)∶V(MeOH)＝1∶1]中，搅拌，反应到红色消失，蒸除溶剂，加入至pH＝7，加入氯仿萃取，有机相蒸除溶剂后用无水乙醇重结晶，回收手性助剂1，水转至阳离子交换柱内，水淋洗，再用氨水淋洗，收集溶液，蒸干，用水重结晶，60℃干燥，得到S-苄基-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸5。

5)还原型γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸6的合成

配合物5(0.40g)溶于20mL MeOH，分五次，每次加入0.20g 10％钯碳加氢催化剂(Pd/C)和甲酸铵(0.13g)，加热回流反应10h，冷却后过滤，用MeOH洗涤Pd/C两次，合并滤液，蒸除溶剂，粗产物溶于5mL水，转至阳离子交换柱内，水淋洗，再用氨水淋洗，收集溶液，蒸干，用水重结晶，60℃真空干燥，得到还原型γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸6。

6)氧化型γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸7的合成

以还原型γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸6为原料，碱性条件下经双氧水氧化得到氧化型γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸7。

实施例2

本实施例合成油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽，其合成过程如下反应式：

取氧化型γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸6.12g，油酰基氨基酸钠7.1g为原料，溶于100mL水中，加入15mL的浓硫酸，100℃下通冷凝水回流2h。最终产物为油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽。

其中n的取值范围为5-7，本实施例取n＝6，R’＝CH₃，R”＝CH₂CH₃。

图1为油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽的红外谱图，3000-3600cm^-1的吸收峰是N-H和水峰(样品易吸潮含有少量水)，2123cm^-1的吸收峰是-CH₂，1656cm^-1处的吸收峰是C＝O，1232cm^-1处的吸收峰是C-O。

性能测试：

一、对油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽进行不同浓度下的表面张力的测定

在100mL的水中加入不同浓度的上述驱油剂，以表面张力仪对溶液的表张力进行测试，结果取3个有效样品的平均值，其测定结果如图2所示。由图2可以看出,该离子响应表面活性剂的加入使溶液的表面张力明显降低。

二、对油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽进行不同浓度下的粘度的测定

将50％水和50％的白油(体积比)进行混合，然后在25℃下，以旋转粘度计对不同浓度下该驱油剂的粘度进行测定，结果取3个有效样品的平均值，其测定结果如图3所示，由图3可以看出，该离子响应表面活性剂的加入使油/水界面粘度显著降低，界面老化现象也明显减轻。

三、对油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽进行不同含水量时乳化效果的测定

以大庆模拟离子水代替地下水，以白油代替原油。采用不同的油水比，加入0.3％的表面活性剂，机械搅拌2min的方式进行乳化，显微镜观察乳化效果，其乳化效图如图4-图7所示。

由显微镜图可以看出，随着含水量的增加，泡沫尺寸整体呈明显上升趋势，当体系含水量大于20％时，泡沫表面也呈现明显的乳化层。因此可以认为该多肽表面活性剂具有良好的乳化效果，可以作为高效驱油剂使用。

四、30℃下pH值对乳化效果的测试

实验以大庆模拟离子水代替地下水(矿化度为10000)，以白油代替原油。采用油水比1:1，加入0.3％的表面活性剂，机械搅拌2min的方式进行乳化，并记录其发泡倍率，静置48小时，观察其不同时间段的乳化层高度变化，通过乳化层高度以及泡沫高度可以有效分析驱油剂的驱油效果，通常乳化层和泡沫高度越高，乳化效果越好，驱油效率则越高，但破乳也越困难。

30℃下不同pH值条件下乳化效果照片如图8所示，pH值由左向右依次为2、4、6、8、10、12；30℃下不同pH值条件下发泡倍率如图9所示。

由图8和图9可以看出，该驱油剂在pH值大于6时具有良好的乳化效果，即具有良好的驱油效果，当pH值为10时，发泡能力为290.33％。但当体系pH值为2时，乳化层高度和泡沫高度较低，因此乳化稳定性差，破乳容易，因此只要合理调节体系的H离子浓度即可实现良好的乳化-破乳效果。

五、70℃下pH值对乳化效果的测试

以大庆模拟离子水代替地下水(矿化度为10000)，以白油代替原油。采用油水比1:1，加入0.3％的表面活性剂，机械搅拌2min的方式进行乳化，并记录其发泡倍率，静置48小时，观察其不同时间段的乳化层高度变化，通过乳化层高度以及泡沫高度可以有效分析驱油剂的驱油效果，通常乳化层和泡沫高度越高，乳化效果越好，驱油效率则越高，但破乳也越困难。

70℃下不同pH值条件下乳化效果照片如图10所示，pH值由左向右依次为2、4、6、8、10、12；70℃下不同pH值条件下发泡倍率如图11所示。

由图10和图11可以看出，该驱油剂在pH值为6或10左右时具有良好的乳化效果，发泡能力分别为222％和248.67％。具有良好的驱油效果，但当体系pH值为2时，乳化层高度和泡沫高度较低，因此乳化稳定性差，破乳容易，因此只要合理调节体系的H离子浓度即可实现良好的乳化-破乳效果。

结合性能测试四和(30℃)和性能测试五(70℃)可以看出，在低温和中高温条件下，该驱油剂均可以通过调节H离子浓度实现良好的乳化-破乳效果，即实现良好的回收效果。

不同pH下根据其乳化剂发泡能力，计算其回收率，其回收曲线如图12所示，随着体系pH的变化，回收率先增加后减少，当体系pH值为10，偏碱性时回收率最高达78.5％。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims

1.一种油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽，其特征在于，其结构式如下：

2.权利要求1所述油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

氧化型γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸和油酰基氨基酸钠C₁₇H₃₃CONHCH₃(CONHCH₂CH₃)₆COONa为原料，在酸性条件下，加热进行反应，生成所述油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述氧化型γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸和油酰基氨基酸钠进行反应的具体步骤包括：

将氧化型γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸和油酰基氨基酸钠溶于水中，加入酸，加热回流进行反应。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述氧化型γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸和油酰基氨基酸钠的摩尔比为1:1。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述酸为硫酸、盐酸或硝酸。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述酸为浓硫酸，加入浓硫酸的体积为水体积的15％。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，加热回流进行2h反应。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述氧化型γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸以还原型γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸为原料，碱性条件下经双氧水氧化得到。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述还原型γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸通过以下步骤制备：

首先由2-[N-(N-苄基-脯氨酰)氨基]二苯甲酮、六水合氯化镍和L-谷氨酸反应，得到谷氨酸席夫碱Ni(II)配合物；

进而采用二异丙基碳二亚胺/1-羟基-苯并三氮唑复合缩合剂法与S-苄基-L-半胱氨酸反应，得到S-苄基-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酸席夫碱Ni(II)配合物；

接着同样采用二异丙基碳二亚胺/1-羟基-苯并三氮唑复合缩合剂法与甘氨酸反应，得到S-苄基-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸席夫碱Ni(II)配合物；

然后稀酸水解S-苄基-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸席夫碱Ni(II)配合物，得到S-苄基-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸；

最后采用甲酸铵催化转移氢化脱除S-苄基，得到γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸。

10.权利要求1所述油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽在油田驱油中的应用。

11.根据权利要求10所述的应用，其特征在于，所述油酰基氨基酸-γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸多肽作为离子响应驱油剂或作为驱油剂组分。