CN113603622A - 一种用锌、铁还原制备l-硒-甲基硒代半胱氨酸的方法以及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于化学合成领域，具体公开了一种用锌、铁还原制备L‑硒‑甲基硒代半胱氨酸的方法以及装置。以硒代胱氨酸为原料，采用锌或铁还原生成硒代半胱氨酸，然后加碘甲烷乙醇溶液甲基化反应，反应完全后，加入无水乙醇，析出L‑硒‑甲基硒代半胱氨酸固体。该方法简单易行、成本低、产率较高，没有有害物质残留，产品更安全，具有非常显著的经济效益。

Description

一种用锌、铁还原制备L-硒-甲基硒代半胱氨酸的方法以及 装置

技术领域

本发明属于化学合成领域，具体涉及一种用锌、铁还原制备L-硒-甲基硒代半胱氨酸的方法以及装置。

背景技术

硒是人类不可或缺的微量营养素，日常饮食中补充硒元素不仅为世界卫生组织所倡导，目前还运用于新冠肺炎患者的治疗。有机硒类物质是最有效的补硒形式，其毒性较无机硒弱，更适合人体吸收。L-硒-甲基硒代半胱氨酸是硒代半胱氨酸甲基化衍生物，因其毒性小、补硒效果好、防治癌症、抗氧化、抗衰老、治疗心脑血管疾病、解重金属中毒等优点被广泛研究开发，已被卫生部批准为新型营养强化剂。

L-硒-甲基硒代半胱氨酸的制备包括提取法、酶促合成法和化学合成法，前两者其受制于原料中有效成分含量低等原因，成本高，暂时不具备产业化的条件。化学合成法，相对而言，成本较低，具有更好的产业化前景。主要的合成方法包括1)甲硒醇钠与氯代丙氨酸及衍生物反应得到目标产物。该方法主要问题在于产率偏低，且放出气味很浓的挥发性气体。2)以硒代胱氨酸为原料，经还原、甲基化后生成目标产物，该法的优点在于挥发性气体排放少，目标产物产率高，具有较强的应用前景，主要问题在于还原过程使用易燃易爆的硼氢化钠试剂，另外，分离纯化后，产品中可能有微量硼元素的残留，带来安全的担忧。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种以锌、铁为还原剂制备L-硒-甲基硒代半胱氨酸的方法，该制备方法以硒代胱氨酸为原料，采用锌或铁还原生成硒代半胱氨酸，然后滴加碘甲烷乙醇溶液进行甲基化反应，反应完全后，加入无水乙醇，析出固体，过滤获得产品L-硒-甲基硒代半胱氨酸。该方法简单易行、成本低、产率较高，没有有害物质残留，产品更安全，具有非常显著的经济效益。

本发明的另一目的在于提供一种以锌、铁为还原剂制备L-硒-甲基硒代半胱氨酸的制备装置。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种用锌、铁还原制备L-硒-甲基硒代半胱氨酸的方法，包括以下步骤：

将硒代胱氨酸溶于碱性或酸性溶液中，然后加入还原剂锌和/或铁，进行搅拌反应；再将溶液pH调节到4-7，静置、过滤，除去沉淀后，将滤液调节pH＝8-10；再滴加碘甲烷和有机溶剂，在室温下进行搅拌反应，反应完成后再加入有机溶剂，析出沉淀，过滤，收集滤渣，干燥，获得L-硒-甲基硒代半胱氨酸产品。

优选的，所述锌、铁还原剂可以为粉末、片状、丝状等不同形状。

优选的，所述硒代胱氨酸与还原剂锌、铁的当量摩尔比为1：(1-4)。

优选的，所述碱性溶液的pH大于8，所述酸性溶液的pH小于2；

优选的，所述碱性溶液中所含碱性物质包括氢氧化钠、氢氧化钾等中的至少一种。

优选的，所述碱性溶液的当量摩尔浓度为2.0-10.0mol/L。

优选的，所述加锌或铁后搅拌反应温度为30-50℃，搅拌反应时间10-180分钟。

优选的，所述硒代胱氨酸与碘甲烷的当量摩尔比为1：(2-4)。

优选的，所述加碘甲烷后搅拌反应的时间为10-60分钟。

优选的，所述有机溶剂为无水乙醇、甲醇、丙酮中的至少一种。

本发明所述的室温和未指明的温度是指20-35℃。

一种实现以锌、铁为还原剂制备L-硒-甲基硒代半胱氨酸的装置，包括反应器、过滤器、化工泵、原料罐、盐酸罐、碱液罐、调节罐、中间罐、干燥器、废液罐；

反应器一，包括搅拌桨，物料进口以及物料出口；所述物料进口分别用于原料硒代胱氨酸、锌或铁、碱性溶液或酸性溶液的进料；所述液体出料口用于反应液的排放；所述调节罐，带有两个物料进口以及一个物料出口；所述物料进口输入来自反应器一的反应液，另一个则连接盐酸罐；所述液体出料口用于酸调节后的溶液输出；所述过滤器，用于除去未反应完的还原剂或少量副产物，带有一个物料进口以及一个物料出口；反应器二，包括搅拌桨，物料进口以及出料口；所述物料进口分别用于滤液、碱液、碘甲烷、无水乙醇的进料；所述出料口用于反应液的排放；过滤器二，带有两个物料进口，以及两个物料出口；所述物料进口分别用于无水乙醇和中间罐中的粗品(反应完成后的溶液)的输入；所述液体出料口分别连接废液罐、干燥器。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：

锌、铁的还原不同于硼氢化钠，其反应温和，还原生成的氢氧化锌(铁)不溶于水，非常容易清除，即使有微量的残留，也不会造成安全隐患，且当前市场上已有补锌产品的大量需求。本发明在酸性或碱性条件溶解原料，然后调节到弱酸性范围沉淀氢氧化锌/铁，最后又调节到弱碱性进行甲基化反应，经一系列的pH变化后，成功获得L-硒-甲基硒代半胱氨酸产品。无论试剂成本还是分离纯化成本都非常低廉。

附图说明

图1为L-硒-甲基硒代半胱氨酸的合成路线；

图2为L-硒-甲基硒代半胱氨酸的质谱；

图3为L-硒-甲基硒代半胱氨酸的氢谱；

图4为L-硒-甲基硒代半胱氨酸的碳谱；

图5为L-硒-甲基硒代半胱氨酸、硒代蛋氨酸的制备装置；

01-硒代胱氨酸罐、02-还原剂(锌或铁)罐、03-碱液罐、04-酸液罐、05-碘甲烷罐、06-无水乙醇罐、07-反应器、08-反应器、09-过滤器、10-调节罐、11-过滤器、12-中间罐、13-废液罐、14-干燥器、15-化工泵、16-化工泵、001-015)-管道。

具体实施方式

下面结合实施例与附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例中所用试剂如无特殊说明均可从市场常规购得。

如图5所示一种以锌、铁为还原剂制备L-硒-甲基硒代半胱氨酸的装置，包括反应器07，08、两台过滤器09与11、两台化工泵15，16、酸液罐04、碱液罐05、调节罐10、废液罐13、干燥器14。所述反应器07，设有进料管001、002、003、004用于原料硒代胱氨酸、锌或铁、碱溶液、酸性溶液的进料；反应器07底部设有物料出管007，连接调节罐11，该罐通过管道004连接酸液罐04，管道003连接碱液罐03，以及通过管道008连接过滤器11。所述反应器08，设有进料管道001、003、005、006，分别连接化工泵15、碱液罐03、碘甲烷罐05、无水乙醇罐06，另带出料口通过管道011连接中间罐12。所述过滤器09，通过进口管013、006连接化工泵16、无水乙醇罐06，同时通过出口管014、015连接废液罐13、干燥器14。

一种以锌、铁为还原剂制备L-硒-甲基硒代半胱氨酸的方法，原料硒代胱氨酸、还原剂锌或铁、碱溶液或酸溶液分别从进料管001、002、003、004加入反应器07，在一定温度下搅拌反应一定时间，把反应液通过管道001注入调节罐10中，然后通过004滴加一定酸性溶液或通过003滴加一定碱性溶液，静置一定时间后，把该罐中固液混合物通过008加入过滤器09，启动化工泵15，滤液经管道009、010注入至反应器08中，再通过管道003加入一定碱溶液混合均匀，再通过管道005、006加入碘甲烷、无水乙醇，在常温下继续搅拌一段时间后，反应液(粗品)经管道011卸料至中间罐12，然后启动化工泵16，反应液(粗品)经管道014输入至过滤器11，再经管道006补充一定量的无水乙醇，过滤经管道014回收废液至废液罐13，成品经管道015卸料至干燥器14。

实施例1

取0.49克硒代胱氨酸溶于10毫升2mol/L NaOH溶液中，加入0.20克锌粉，40℃搅拌12分钟。在室温下将溶液用酸调节pH到6.0，出现白色颗粒状物质以及絮状沉淀，过滤。滤液以6mol/L NaOH调节pH＝9.0，加入0.18毫升碘甲烷以及1毫升无水乙醇常温搅拌反应30分钟，然后加入10毫升无水乙醇，溶液出现大量白色沉淀，过滤，滤渣于60℃干燥30分钟即得产品，重量0.52克(产率96.3％)。经质谱、氢谱、碳谱鉴定为L-硒-甲基硒代半胱氨酸。

实施例2

取0.49克硒代胱氨酸溶于10毫升2mol/L NaOH溶液中，加入0.18克锌片，50℃搅拌20分钟。在室温下将溶液用酸调节pH到5.0，出现白色颗粒状物质以及絮状沉淀，过滤。滤液以8mol/L NaOH调节pH＝9.0，加入0.19毫升碘甲烷以及1毫升无水乙醇常温搅拌反应50分钟，然后加入10毫升无水乙醇，溶液出现大量白色沉淀，过滤，滤渣于60℃干燥30分钟即得产品，重量0.40克(产率74.07％)。

实施例3

取0.49克硒代胱氨酸溶于10毫升4mol/L NaOH溶液中，加入0.18克锌片，30℃搅拌30分钟。在室温下将溶液用酸调节pH到6.0，出现白色颗粒状物质以及絮状沉淀，过滤。滤液以8mol/L NaOH调节pH＝9.0，加入0.21毫升碘甲烷以及1毫升无水乙醇常温搅拌反应50分钟，然后加入6毫升无水乙醇，溶液出现大量白色沉淀，过滤，滤渣于60℃干燥30分钟即得产品，重量0.42克(产率77.78％)。

实施例4

取0.49克硒代胱氨酸溶于10毫升4mol/L NaOH溶液中，加入0.60克铁粉，60℃搅拌120分钟。在室温下将溶液用酸调节pH到6.0，出现棕色颗粒状物质以及絮状沉淀，过滤。滤液以6mol/L NaOH调节pH＝9.0，加入0.25毫升碘甲烷以及1毫升无水乙醇常温搅拌反应50分钟，然后加入10毫升无水乙醇，溶液出现大量沉淀，过滤，滤渣于60℃干燥30分钟即得产品，重量0.20克(产率37.02％)。

实施例5

取0.50克硒代胱氨酸溶于10毫升2mol/L盐酸溶液中，加入0.18克锌片，30℃搅拌30分钟。在室温下将溶液用碱调节pH到6.0，出现白色颗粒状物质以及絮状沉淀，过滤。滤液以8mol/L NaOH调节pH＝9.0，加入0.21毫升碘甲烷以及1毫升无水乙醇常温搅拌反应50分钟，然后加入6毫升无水乙醇，溶液出现大量白色沉淀，过滤，滤渣于60℃干燥30分钟即得产品，重量0.44克(产率80.01％)。

实施例6

取0.49克硒代胱氨酸溶于10毫升2mol/L盐酸溶液中，加入0.25克铁粉，室温搅拌120分钟。在室温下将溶液用碱调节pH到6.0，出现棕色颗粒状物质以及絮状沉淀，过滤。滤液以6mol/L NaOH调节pH＝9.0，加入0.25毫升碘甲烷以及1毫升无水乙醇常温搅拌反应50分钟，然后加入10毫升无水乙醇，溶液出现沉淀，过滤，滤渣于60℃干燥30分钟即得产品，重量0.14克(产率25.02％)。

对比例1：

取0.50克硒代胱氨酸悬浮于蒸馏水中，加入0.20克锌粉，40℃搅拌20分钟。在室温下将溶液用酸调节pH到6.0，过滤掉不溶物。滤液以6mol/L NaOH调节pH＝9.0，加入0.18毫升碘甲烷以及1毫升无水乙醇常温搅拌反应30分钟，然后加入10毫升无水乙醇，溶液出现少量白色沉淀，过滤，滤渣于60℃干燥30分钟即得产品，重量0.05克(产率8％)。

对比例2：

取0.50克硒代胱氨酸悬浮于蒸馏水中，加入0.60克铁粉，60℃搅拌120分钟。在室温下将溶液用酸调节pH到6.0，过滤掉不溶物。滤液以6mol/L NaOH调节pH＝9.0，加入0.18毫升碘甲烷以及1毫升无水乙醇常温搅拌反应30分钟，然后加入10毫升无水乙醇，溶液不出现沉淀，即没得到得产品(产率0％)。

对比例3：

取0.49克硒代胱氨酸溶于10毫升2mol/L NaOH溶液中，加入0.20克锌粉，40℃搅拌12分钟，不调pH值，加入0.18毫升碘甲烷以及1毫升无水乙醇常温搅拌反应30分钟，然后加入10毫升无水乙醇，溶液出现大量白色沉淀，过滤，滤渣于60℃干燥30分钟得到白色固体，重量1.2克。经液相色谱分析其中L-硒-甲基硒代半胱氨酸产量不到20％，大部分为氨基酸(包括硒代半胱氨酸、L-硒-甲基硒代半胱氨酸等)与锌离子的络合物。

对比例4：

取0.50克硒代胱氨酸溶于10毫升2mol/L盐酸溶液中，加入0.18克锌片，30℃搅拌30分钟。不调pH值，加入0.21毫升碘甲烷以及1毫升无水乙醇常温搅拌反应50分钟，然后加入6毫升无水乙醇，溶液不出现白色沉淀，即不能得到产品(用TLC点板，发现没有反应)。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用锌、铁还原制备L-硒-甲基硒代半胱氨酸的方法，其特征在于包括以下步骤：

将硒代胱氨酸溶于碱性或酸性溶液中，然后加入还原剂锌和/或铁，进行搅拌反应；再将溶液pH调节到4-7，静置、过滤，除去沉淀后，将滤液调节pH＝8-10；再滴加碘甲烷和无水乙醇有机溶剂，在室温下进行搅拌反应，反应完成后再加入无水乙醇有机溶剂，析出沉淀，过滤，收集滤渣，干燥，获得L-硒-甲基硒代半胱氨酸产品。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：硒代胱氨酸与还原剂锌和/或铁的当量摩尔比为1：(1-4)。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述硒代胱氨酸与碘甲烷的当量摩尔比为1：(2-4)。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述碱性溶液的pH大于8，所述酸性溶液的pH小于2。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述加锌或铁后搅拌反应温度为30-50℃，搅拌反应时间10-180分钟。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述碱性溶液中所含碱性物质包括氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种；所述碱性物质的当量摩尔浓度为2.0-10.0mol/L。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述加碘甲烷搅拌反应的时间为10-60分钟。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为无水乙醇、甲醇、丙酮中的至少一种。

9.一种实现权利要求1-8任一项所述制备方法的反应装置，其特征在于：

包括反应器、过滤器、化工泵、各种原料罐、盐酸罐、碱液罐、调节罐、中间罐、干燥器、废液罐；

反应器一，包括搅拌桨，物料进口以及物料出口；所述物料进口分别用于原料硒代胱氨酸、锌或铁、碱性溶液或酸性溶液的进料；所述液体出料口用于反应液的排放；所述调节罐，带有两个物料进口，以及一个物料出口；所述物料进口输入来自反应器一的反应液，另一个则连接盐酸罐；所述液体出料口用于酸调节后的溶液输出；所述过滤器，用于除去未反应完的还原剂或少量副产物，带有一个物料进口以及一个物料出口；反应器二，包括搅拌桨，物料进口以及出料口；所述物料进口分别用于滤液、碱液、碘甲烷、无水乙醇的进料；所述出料口用于反应液的排放；过滤器二，带有两个物料进口，以及两个物料出口；所述物料进口分别用于无水乙醇和中间罐中的粗品的输入；所述液体出料口分别用于废液、成品的输出。

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