CN114751845A - 一种易溶的胍基乙酸络合物的合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种易溶的胍基乙酸络合物的合成方法，首先将盐酸胍加入碱性溶液A中，生成游离的胍，获得溶液B；然后将氯乙酸滴加入溶液B中，获得混合液C；最后将酸性物质D与混合液C混合，减压蒸馏，获得胍基乙酸络合物。本发明将胍基乙酸以某种酸的络合盐的形式结晶出来，成功获得了一种溶解度较高、且能够以固相形式进行保存的胍基乙酸络合物。

Description

一种易溶的胍基乙酸络合物的合成方法

技术领域

本发明属于化学合成工艺技术领域，具体涉及一种胍基乙酸络合物的合成方法。

背景技术

胍基乙酸（GAA），又称为胍乙酸和N-咪基甘氨酸，分子式为C₃N₇N₃O₂，分子量为117，为白色或微黄色结晶性粉末，可溶于水，极微溶于乙醇和乙醚。胍基乙酸主要用于医药有机合成中间体，也可作为食品和饲料添加剂，对提高生产性能、改善肉质和促进能量代谢等方面具有重要作用，此外还可以防止细菌感染，增强动物免疫功能，减低热应激对动物的影响，从而减少动物在高温环境下的死亡率。

现代化、集约化、规模化畜禽养殖模式是我国畜牧业发展的必然趋势。在这种饲养模式下，全价料使用方便高效的优点显得尤为突出，是规模化养殖使用最普遍的饲料类型。对于肉禽养殖来说，全价料的普遍使用及大型肉禽饲料厂的集中都不利于胍基乙酸饲料添加剂的推广使用。对于生猪养殖来说，饲料加工、养殖、屠宰一条龙模式使得各部门分工明确，饲料供应和养殖环节独立，目前的胍基乙酸饲料添加剂主要在饲料端添加，故应用场景缩小、推广难度大大增加。自动饮水加药设备是现代化集约化养殖场常见的供水系统，用于水溶性添加剂的添加非常而方便快捷。

尽管胍基乙酸已公开报道的合成方法非常多，然而这些方法所获得的胍基乙酸，在水中的溶解度都比较低，胍基乙酸20℃下水溶性为3.6 g/L，大大制约了其使用范围，因此水溶性胍基乙酸的研发迫在眉睫。从物理性质而言，胍基乙酸是一种极性较弱的有机化合物，而水则是极性很强的无机化合物。基于此，如何提高胍基乙酸的溶解度，使其添加方式更为多元化，成为现阶段该领域技术人员的重点研究内容。

有研究发现通过向水溶液中添加柠檬酸，制成柠檬酸溶液，然后再将胍基乙酸溶解于该柠檬酸的溶液中，可以提高胍基乙酸的溶解度，此时柠檬酸作为一种酸性助溶剂存在于水溶液中。但一方面，将胍基乙酸在柠檬酸溶液中保存十分不利于长期保存的稳定性，存储和运输都十分不便；另一方面，应用时以溶液形式添加和使用胍基乙酸，如作为饲料添加剂，将导致大量水溶液同时被添加，不利于添加对象中含水量的控制。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种新的胍基乙酸络合物合成方法，改变了传统的胍基乙酸的结晶方式，将胍基乙酸以和其他酸的络合物的形式结晶出来，成功获得了一种溶解度较高的胍基乙酸络合物，这种胍基乙酸络合物能够以稳定的固相形式进行保存，并且相对于普通柠檬酸等酸性溶液的保存方式而言，相对于单位酸性助溶剂的含量下能够成倍提高胍基乙酸的溶解度。

本发明所采取的技术方案如下。

一种易溶的胍基乙酸络合物的合成方法，包括下述步骤：

步骤S1：将盐酸胍加入碱性溶液A中，生成游离的胍，获得溶液B；

步骤S2：将氯乙酸滴加入溶液B中，获得混合液C；

步骤S3：将酸性物质D与混合液C混合，减压蒸馏，获得胍基乙酸络合物。

所述步骤S1是中和反应，生成游离胍。该步骤一般在常温下进行，可以控制在20℃以下，优选是15℃以下。为更好的获得充分游离状态下的胍，一般控制碱性溶液A、盐酸胍的摩尔比为，碱性溶液A以可电离的碱性阴离子单位电价计：盐酸胍=（1±0.3）：1。

优选的，所述碱性溶液A可以为氢氧化钠溶液或碳酸钠溶液。所述氢氧化钠溶液浓度（质量百分比）为5%-40%，优选浓度为20%。氢氧化钠：盐酸胍的质量比为（150-250）：（430-530），优选质量比为200：480。所述碳酸钠溶液浓度（质量百分比）为5%-30%，优选浓度为15%。碳酸钠：盐酸胍的质量比为（200-300）：（430-530），优选质量比为265：480。

所述步骤S2反应会产生HCl气体，获得中间态的胍基乙酸，因而氯乙酸需要滴加到溶液B中，保持温和搅拌，搅拌速度以20-50 转/分为宜，优选为30转/分，可以促进HCl气体充分释放。该反应为放热反应，应控制温度为35℃-50℃，优选为40℃。反应时间为不小于20小时，优选为24小时。该反应中，氯乙酸的添加量，以盐酸胍：氯乙酸的摩尔比计为1：（1±0.2），质量比可为盐酸胍：氯乙酸=（430-530）：（400-550）。

所述步骤S3反应，中间态的胍基乙酸与酸性物质D通过减压蒸馏得以络合结晶，并在一定温度下随着溶剂持续蒸发，成功以胍基乙酸络合物的形式自溶液中析出。所述减压蒸馏在-0.08~0.1MPa下进行，反应温度为55℃以上，优选为（80±5）℃。

为获得溶解性较好的胍基乙酸络合物，酸性物质D需要在过量情况下存在,所述酸性物质D与胍基乙酸（或盐酸胍）的摩尔比为（1-5）：1，优选为（1.2-3）：1。酸性物质D可以为有机酸或无机酸，包括磷酸、柠檬酸、甲酸、乙酸、苹果酸、乳酸等中的一种或多种。

优选的，所述酸性物质D可为磷酸，此时磷酸：盐酸胍的质量比为（50-100）：（43-53），优选质量比为85：48。

优选的，所述酸性物质D可为柠檬酸，此时柠檬酸：盐酸胍的质量比为（100-200）：（43-53），优选质量比为150：48。

所述步骤S3也可以不采用步骤S2获得的混合液C，另行直接采用现有的胍基乙酸产品按比例配置成同等条件下与混合液C相当的溶液投入使用，混合液C中胍基乙酸的浓度可以为0.5~8mol/L。

所述步骤S3获得胍基乙酸络合物的结晶物后，还包括对减压蒸馏后获得的胍基乙酸络合物结晶物进行干燥的步骤，干燥温度优选为80-98℃。

本发明采用全新的胍基乙酸结晶制备方法，获得的胍基乙酸络合物相对于现有的胍基乙酸产品可溶性具有极大的提升，能够以固体形式进行方便的长期储存和运输，复溶后能够保留胍基乙酸标准品结构，并保留胍基乙酸基本相同的活性和功能。

附图说明

下面通过附图和实施例，对本发明实施例的技术方案做进一步详细描述。

图1为本发明制备流程图。

图2是胍基乙酸及其盐的HPLC谱图。其中，2a是可溶胍基乙酸·磷酸盐样品的HPLC谱图；2b是胍基乙酸标准品（纯度99%）的HPLC谱图。

图3是胍基乙酸标准品的标准曲线。

图4是胍基乙酸·磷酸盐的浓度曲线。

图5是胍基乙酸·磷酸盐溶解度检测的HPLC谱图。

图6是胍基乙酸·柠檬酸盐样品的HPLC谱图。

图7是胍基乙酸·柠檬酸盐的浓度曲线。

图8是胍基乙酸·柠檬酸盐溶解度检测的HPLC谱图。

具体实施方式

下面通过附图和具体的实施例，对本发明进行进一步的说明，但应当理解为这些实施例仅仅是用于更详细说明之用，而不应理解为用以任何形式限制本发明，即并不意于限制本发明的保护范围。

实施例1

一、制备胍基乙酸·磷酸盐

200 ml 水中加入 100 g NaOH（或132.5 g Na₂CO₃）搅拌溶解，降温至 15℃以下，获得碱性溶液A。缓慢加入240 g盐酸胍，搅拌溶解至透明，即可得到游离胍溶液B。200 ml水中加入 250 g氯乙酸室温下搅拌至溶解，滴加到溶液B中，保持温度40℃，温和搅拌24小时，获得混合液C。此时往混合液C中缓慢加入500 ml 磷酸（85%，w/v）。升温至80℃进行-0.08MPa减压蒸馏，获得白色结晶，过滤取结晶。85℃干燥得到胍基乙酸·磷酸盐产物。

二、胍基乙酸·磷酸盐中胍基乙酸的含量检测

HPLC测定： HPLC检测条件：色谱系统：waters 2695；紫外检测器：waters 2996；色谱柱：Dionex IonPacTM CS16阳离子交换柱（5*250mm）；流动相：甲磺酸50mM和水；流速：1mL/min；柱温：35℃；上样量：10 μL ；检测时间：40 min。

结果如图2所示，胍基乙酸的保留时间为13.157 min。图2a是可溶胍基乙酸·磷酸盐样品的HPLC谱图；图2b是胍基乙酸标准品的HPLC谱图。由图可知，本发明获得的可溶胍基乙酸·磷酸盐样品与胍基乙酸标准品具有相同的HPLC谱图，说明可溶胍基乙酸·磷酸盐样品能够保留胍基乙酸标准品结构。进一步，由图计算可知本例胍基乙酸·磷酸盐中，胍基乙酸的含量达53.77 %。

具体计算方法如下。

1.1 HPLC检测条件

色谱系统：waters 2695

紫外检测器：waters 2996

色谱柱：Dionex IonPacTM CS16阳离子交换柱（5*250mm）

流动相：甲磺酸50mM和水

流速：1mL/min

柱温：35℃

上样量：10 μL

检测时间：40 min

1.2 胍基乙酸标准曲线的绘制：

将胍基乙酸标准品（Sigma，纯度99%）用纯水配成0.5~200 μg/mL的标准溶液，进行HPLC检测，以浓度（μg/mL）为横坐标，峰面积为纵坐标绘制标准曲线，如图3所示。

胍基乙酸浓度x（μg/mL）为：x=峰面积÷9405.5。

1.3 胍基乙酸·磷酸盐样品纯度测定：

将胍基乙酸·磷酸盐样品用纯水配成0.5~200 μg/mL的待测溶液，进行HPLC检测，HPLC峰面积自谱图得知，列于表1。以浓度（μg/mL）为横坐标，峰面积为纵坐标绘制浓度曲线，如图4所示。

表1

从HPLC检测结果可知，本发明所合成的样品，其保留时间和峰形与sigma的胍基乙酸标准品一致，确认本发明所合成的化合物为胍基乙酸络合物，本样品所得曲线为：样品浓度x（μg/mL）：x=峰面积÷5108.8。

纯度计算（%）：样品所绘制浓度曲线的斜率÷标准曲线斜率*99%（标准品纯度） =5108.8 ÷9405.5 *99%=53.77%，可得胍基乙酸·磷酸盐中，胍基乙酸含量为53.77%（w/w）。

三、溶解度检测

配置胍基乙酸·磷酸盐的饱和溶液：100 mL水中加入100 g 胍基乙酸·磷酸盐样品，在20℃下搅拌溶解30 min，取上层饱和溶液，稀释1000倍，进行HPLC测定，结果如图5，峰面积结果如表2所示。方法同二。

表2

根据样品浓度曲线计算，样品浓度x（μg/mL）x=峰面积÷5108.8

根据色谱图计算，样品浓度为 320.48μg/mL，乘以稀释倍数1000，得出，溶液浓度为320.48 mg/ml。

结果显示，本发明提供的方法生产可溶性胍基乙酸络合物的溶解度为32.05 g/100 mL（25℃）。胍基乙酸·磷酸盐中胍基乙酸含量为53.77%，因此，胍基乙酸·磷酸盐中胍基乙酸的溶解度为17.23g/100 ml，胍基乙酸标准品的溶解度为0.36g/100 mL（20℃），本发明提供的方法提高了胍基乙酸的溶解度49倍。

实施例2

一、制备胍基乙酸·柠檬酸盐

600 ml 水中加入 40 g NaOH（或53 g Na₂CO₃）搅拌溶解，降温至 15℃以下，获得碱性溶液A。缓慢加入96g 盐酸胍，搅拌溶解至透明，即可得到游离胍溶液B。400 ml 水中加入 95.5 g 氯乙酸室温下搅拌至溶解，滴加到溶液B中，保持温度40℃，温和搅拌24小时，获得混合液C。此时往混合液C中缓慢加入300 g柠檬酸。升温至80℃进行-0.09MPa减压蒸馏，获得白色结晶，过滤取结晶。80℃干燥得到胍基乙酸·柠檬酸盐产物。

二、胍基乙酸·柠檬酸盐中胍基乙酸的含量检测

HPLC测定： 色谱系统：waters 2695；紫外检测器：waters 2996；色谱柱：DionexIonPacTM CS16阳离子交换柱（5*250mm）；流动相：甲磺酸50mM和水；流速：1mL/min；柱温：35℃；上样量：10 μL ；检测时间：40 min。

结果如图6所示，胍基乙酸的保留时间为13.057 min。由图对比图2b的标准品可知，本发明获得的可溶性胍基乙酸·柠檬酸盐样品与胍基乙酸标准品具有相同的HPLC谱图，说明可溶胍基乙酸·柠檬酸盐样品也能够保留胍基乙酸标准品结构。进一步，由图计算可知本例胍基乙酸·柠檬酸盐中，胍基乙酸的含量达30.75%。

具体计算方法同实施例1二。胍基乙酸·柠檬酸盐样品HPLC峰面积列于表3。以浓度（μg/mL）为横坐标，峰面积为纵坐标绘制浓度曲线，如图7所示。

表3

从HPLC检测结果可知，本发明所合成的样品，其保留时间和峰形与sigma的胍基乙酸标准品一致，确认本发明所合成的化合物为胍基乙酸络合物，本样品所得曲线为：样品浓度x（μg/mL）：x=峰面积÷2921.8。

纯度计算（%）：样品所绘制浓度曲线的斜率÷标准曲线斜率*99%（标准品纯度） =2921.8 ÷9405.5 *99%=30.75%，可得胍基乙酸·柠檬酸盐中，胍基乙酸含量为30.75%（w/w）。

三、溶解度检测

配置胍基乙酸·柠檬酸盐的饱和溶液：100 mL水中加入100 g 胍基乙酸络合物样品，在20℃下搅拌溶解30 min，取上层饱和溶液稀释1000倍，进行HPLC测定，结果如图8，峰面积结果如表4所示。方法同二。

表4

根据样品浓度曲线计算，样品浓度x（μg/mL）x=峰面积÷2921.8

样品浓度为 284.90 μg/mL，乘以稀释倍数1000，得出，溶液浓度为284.90 mg/ml。

结果显示，本发明提供的方法生产可溶性胍基乙酸·柠檬酸盐的溶解度为28.49g/100 mL。（20℃）。胍基乙酸·柠檬酸盐中胍基乙酸含量为30.75%，因此，胍基乙酸·柠檬酸盐中胍基乙酸的溶解度为8.76 g/100 ml，胍基乙酸标准品的溶解度为0.36 g/100 mL（20℃），本发明提供的方法提高了胍基乙酸的溶解度24倍。同时，由胍基乙酸·柠檬酸盐的溶解度28.49 g/100 mL和其中胍基乙酸含量为30.75%可知，其中柠檬酸的浓度为1.0mol/L，对应其中胍基乙酸的溶解度为8.76 g/100 ml，相对于以柠檬酸溶液形式保存胍基乙酸的溶解度（柠檬酸浓度4.0mol/L对应胍基乙酸的溶解度8.2 g/100 ml），以本发明胍基乙酸·柠檬酸盐形式能够提升溶解度4倍以上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种易溶的胍基乙酸络合物的合成方法，包括将含有胍基乙酸的混合液C与酸性物质D混合，减压蒸馏获得胍基乙酸络合物的过程。

2.根据权利要求1所述的易溶的胍基乙酸络合物的合成方法，其特征在于，所述混合液C中胍基乙酸的浓度为0.5~8mol/L。

3.根据权利要求1所述的易溶的胍基乙酸络合物的合成方法，其特征在于，所述减压蒸馏在-0.08~0.1MPa下进行，反应温度为55℃以上。

4.根据权利要求1所述的易溶的胍基乙酸络合物的合成方法，其特征在于，所述酸性物质D与胍基乙酸的摩尔比为（1-5）：1。

5.根据权利要求1所述的易溶的胍基乙酸络合物的合成方法，其特征在于，所述酸性物质D为磷酸，磷酸：盐酸胍的质量比为（50-100）：（43-53）；所述酸性物质D为柠檬酸，柠檬酸：盐酸胍的质量比为（100-200）：（43-53）。

6.根据权利要求1所述的易溶的胍基乙酸络合物的合成方法，其特征在于，所述混合液C由下述方法获得：

步骤S1：将盐酸胍加入碱性溶液A中，生成游离的胍，获得溶液B；

步骤S2：将氯乙酸滴加入溶液B中，获得混合液C。

7.根据权利要求6所述的易溶的胍基乙酸络合物的合成方法，其特征在于，所述步骤S1中，控制温度在20℃以下；

所述步骤S1中，碱性溶液A、盐酸胍的摩尔比为，碱性溶液A以可电离的碱性阴离子单位电价计：盐酸胍=（1±0.3）：1。

8.根据权利要求6所述的易溶的胍基乙酸络合物的合成方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述碱性溶液A为氢氧化钠溶液或碳酸钠溶液，所述氢氧化钠溶液质量浓度为5%-40%，所述碳酸钠溶液质量浓度为5%-30%。

9.根据权利要求6所述的易溶的胍基乙酸络合物的合成方法，其特征在于，所述步骤S2中，控制温度为35℃-50℃；

反应时间为不小于20小时；

氯乙酸的添加量，以盐酸胍：氯乙酸的摩尔比计为1：（1±0.2）。

中，控制温度为40℃；反应时间为24小时。

10.根据权利要求1所述的易溶的胍基乙酸络合物的合成方法，其特征在于，还包括对减压蒸馏后获得的胍基乙酸络合物结晶物进行干燥的步骤，干燥温度为80-98℃。

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