（营养与食品卫生学专业论文）n氨基甲酰l谷氨酸的合成及其生物活性的研究.pdf

摘要 摘要 断奶应激是目前困扰养猪业发展的主要问题之一。而现在已有的研究又证 明了精氨酸在仔猪应激状态下的重要作用。因此解决仔猪断奶后生长过程精氨 酸的不足是有效应对断奶应激的手段。 n 一氨基甲酰- l - 谷氨酸( n - c a r b a m y l l g l u t a m i ca c i d ，n c g ) 是n 一乙酰一l 一 谷氨酸( n - a c e y l - l - g l u t a m i ca c i d ，n a g ) 的结构类似物。它能代替n a g 成为 氨基甲酰磷酸合成酶i ( c p s i ) 的变构催化剂，从而促进脯氨酸和谷氨酰胺 向瓜氨酸和精氨酸转化，增加精氨酸的内源合成，且保持体内精氨酸环境的平 衡稳定。由此可见，n c g 对于应对仔猪断奶期间因精氨酸不足引起的应激状况 具有很好的效果，它是一种潜在的有效新型饲料添加剂。目前关于n c g 的研 究并不多，现有的合成方法耗时较长，不适合工业生产；其生物活性也缺乏系 统深入的研究。本文对n c g 及其锌盐的合成方法、n c g 分析检测方法以及生 物活性进行研究，以期为n c g 产品的开发和其他衍生物的研究提供一定的理 论基础，从而为养猪业的发展提供一种高效的饲料添加剂，促进养猪业的发展。 这具有较高的经济价值和现实意义。现将主要研究概括如下： 1 本文以味精和尿素为原料，分别采用微波加热和传统加热两种方法合成 n c g ，结果表明微波加热法优于传统加热法，可行有效。单因素实验结果表明， 微波功率对产物得率的影响最大，其次是溶剂水的用量，原料味精与尿素的配 比的影响效果最小；正交实验优化所得最佳工艺为：n 味精：n 尿紊为1 ：2 ，水用量 0 3 m l m m o l ，微波功率7 0 0 w ，反应时间l5 m i n 。在该反应条件下合成n c g ， 得率可达到5 7 6 ，以丙酮与水复合溶剂重结晶法对粗产品进行纯化，纯的n c g 为白色粉状固体。热失重分析测定结果表明，n c g 的热稳定性不是很好，其熔 点约为1 7 0 。合成产物经紫外光谱、红外光谱、质谱、核磁共振氢谱和元素 分析等进行结构表征确定为n c g ；合成过程中的跟踪检测以及产物含量的测定 采用高效液相色谱法( h p l c ) ，确定色谱条件为：色谱柱：k r o m a s i lc , s 柱； 流动相：甲醇：水= 5 ：9 5 ( p h 2 9 0 ) ；检测器：光电二极管阵列检测器；检测波 长：2 2 0 n m ；流速：0 6 m l m i n 。方法学考察结果表明，该方法进样精密度、重 现性、稳定性好，加样回收率高。以此方法测得合成产物中n c g 含量为9 5 3 ： i i 围内，n c g 及其锌盐的抗氧化能力均随浓度的增大而增强。在样品浓度为3 m g m l 时，n c g 和n c g z n 对超氧阴离子的清除能力分别为5 5 3 2 和7 9 2 7 ，对羟 基自由基的清除率分别为3 8 0 9 和5 4 0 3 ；而对d p p h 的清除试验结果表明， n c g 的清除率要高于n c g z n ，分别为2 3 1 3 和7 8 7 。抑菌试验中分别考察 了n c g 以及n c g z n 对大肠杆菌、枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌效果， 结果表明，n c g z n 的抑菌效果要优于n c g 。其中n c g z n 对大肠杆菌的抑制 效果又要比对其他两种菌的抑制效果强，当浓度为2 m g m l 时，大肠杆菌、枯草 芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径分别为2 7 m m 、1 3 m m 和1 4 m m 。而 1 0 m g m l 的n c g 对这三种菌的抑菌圈直径仅分别为l l m m 、9 m m 和1 0 m m 。 3 研究了不同添加水平的n c g 对断奶仔猪生长性能和腹泻情况的影响。与 对照组相比，日粮中中添加0 0 8 n c g ，可显著提高仔猪的a d f i 和a d g ，分别 比对照组提高了4 2 3 6 和8 9 4 3 ( 尸 0 0 5 ) 。同时，料肉比显著降低( 尸 0 0 5 ) ，但与0 0 8 n c g 相比，a d f i 和a d g 反而更低， 腹泻程度也更为严重。由此可知，日粮中添加0 0 8 n c g 可以有效缓解仔猪断奶 应激，而高水平的n c g ( 0 1 6 ) 则具有一定的副作用。 关键词：n 一氨基甲酰一l 一谷氨酸；微波加热；h p l c ；n 一氨基甲酰一l 一谷氨酸锌； 抗氧化；抑菌；促进生长 1 i i n 。c a r b a m o y l 。l g l u t a m a t e ( n c g ) i s am e t a b o l i c a l l ys t a b l e a n a l o g u e o f n a c e t y l l g l u t a m a t e ( n a g ) i tc a nr e p l a c en a gt ob et h em e t a b o l i c a l l ys t a b l e a c t i v a t o ro fc p s - it op r o m o t et h ec o n v e r s i o no fp r o l i n ea n dg l u t a m i n a t et oa r g i n i n e a n di n c r e a s ee n d o g e n o u ss y n t h e s i so fa r g i n i n e s on c gc a np l a yac r u c i a lr o l ei n m a i n t a i n i n ga r g i n i n eh o m e o s t a s i si np i g l e t s i tc a nb es e e nt h a tn c gc a ne f f e c t i v e l y s o l v et h ew e a n i n g - s t r e s sp r o b l e mo r i g i n a t e db yt h ed e f i c i e n c yo f a r g i n i n e n o wt h e r e i sn o tm u c hs t u d i e sa b o u tn c ga n di ti sa l w a y sn e e dt o ol o n gt i m et os y n t h e s i sn c g t ob eu s e di nc o m m e r c i a lm a n u f a c t u r e i na d d i t i o n ，t h es y s t e m a t i cd e e pr e s e a r c ho n t h eb i o a c t i v i t i e so f n c gw a ss t i l ll a c k e d t l l i sr e v i e wr e s e a c h e dt h es y n t h e s i so f n c g a n dt h e z i n i cs a l to fn c g 、a n a l y s i sa n dd e t e c t i o nb yh p l c 、b i o a c t i v i t i e si nt h e p u r p o s eo fp r o v i d i n gr e l i a b l es c i e n t i f i cf o u n d a t i o nf o rt h ee x p l o i t a t i o no fn c ga n di t s d e r i v a t i v e s t h e ni tc a np r o v i d eah i g hp e r f o r m a n c ea n i m a lf e e d st op r o m o t et h e d e v e l o p m e n to fs w i n eb r e e d i n g t h em a i nr e s u l t si nt h ep a p e ra r em e n t i o n e da s f o l l o w s ： 1 i nt h i s p a p e rt w ok i n do fh e a t i n gm e t h o d sw h i c h a l em i c r o w a v ea n d c o n v e n t i o n a lh e m i n gw e r eu s e dt os y n t h e s i sn c gw i t l lm o n o s o d i u mg l u t a m a t ea n d u r e aa sm a t e r i a l t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h em i c r o w a v em e t h o di sb e r e rt h a nt h e c o n v e n t i o n a lh e a t i n gm e t h o d f r o mt h es i n g l ef a c t o re x p e r i m e n t s ，w ec a nk n o wt h a t t h ep o w e ro fm i c r o w a v eh a st h em o s ti m p o r t a n te f f e c to nt h ey i e l do fn c g , t h e ni s t h ev o l u mo fs o l v e n tw a t e r , t h ee f f e c to fr a wm a t e r i a lr a t i oi ss m a l l e s t t h el 9 ( 3 4 ) o a h o g o n a lt e s tw a su s e dt oe v a l u a t et h ef a c t o r so p t i m u mc o n d i t i o n sb a s e do ns i n g l e f a c t o rt e s t s t h eo p t i u mt e c h n o l o g yw e r ee s t a b l i s h e da sb e l o w ：t h em o l a rr a t i oo f m o n o s o d i u mg l u t a m a t ea n du r e al ：2 ，m i c r o w a v ep o w e r7 0 0 w , m i c r o w a v ei r r a d i a t i o n i v a b s t r a c t t i m e15 m i n ，s o l v e n tw a t e r0 2 5 m l m m 0 1 t h ey i e l dp e r c e n ti s5 7 6 i nt h i sc o n d i t i o n a n dt h ep r o d u c tw a sp u r i f i e db yr e c r y s t a l l i z a t i o n 、析t l la c e t o n ea n dw a t e r 1 1 1 ep u r i f i e d n c gi sw h i t ep o w d e rc r y s t a l t h et h e r m o g r a v i m e t f i ca n a l y s i ss h o w st h a t t h e t h e r m o s t a b i l i t yo fn c gi sn o tg o o da n dt h em e l t i n gp o i n to fn c gi s17 0 。c n l e p r o d u c tw a sd e t e c t e db yu l t r a v i o l e ts p e c t r u m ，i n f r a r e ds p e c t r u m ，m a s ss p e c t r u m ， h - n m ra n de l e m e n t a la n a l y s i st oc h a r a c t e r i z et h es t r u c t u r e n l eh p l cw a su s e df o r t r a c k i n g d e t e c t i o na n dt h ec o n t e n td e t e r m i n eo fn c g1 1 1 e c h r o m a t o g r a p h i c c o n d i t i o n sw e r ek r o m a s i lc 1 8c o l u m n ( 4 6r n n lx15 0n l l n ，5 岬) u s i n gi s o c r a t i c e l u t i o nw i t ham o b i l ep h a s eo fp h2 9 0w a t e r - m e t h a n o l ( 9 5 ：5 ) ；t h ea n a l y t e sw e r e m o n i t o r e db yt h ed i o d ea r r a yd e t e c t o ra t2 2 0l u l l 1 1 1 ef l o wr a t ei so 6 m l m i n 1 1 1 e d e v e l o p e dm e t h o dh a sg o o dp r e c i s i o n ，h i g hr e c o v e r ya n dr e p r o d u c i b i l i t y 1 1 1 ec o n t e n t o fn c gd e t e r m i n e dw i t ht h i sm e t h o dw a s9 5 3 t h ez i n cs a l to fn c gw a s s y n t h e n s i s e d 晰mn c ga n dz n oa st h er a wm a t e r i a l t h ec o n t e n t so fz i n c ，n c ga n d e v e r ye l e m e n tw h i c hw e r ed e t e c t e dr e s p e c t i v e l yb ye d t ac o m p l e x i n gt i t r a t i o n ， h p l ca n de l e m e n ta n a l y s i sw e r ez n2 3 1 4 ，n c g7 3 8 3 ，c2 7 8 3 ，h3 8 5 ，n 9 9 7 ，a n di na g r e e m e n tw i t ht h et h e o r e t i c a lv a l u e ( c ：2 8 2 ，h ：3 9 ，n ：10 9 ，z n ： 2 5 5 9 ，n c g ：7 4 41 ) 2 t h ea n t i o x i d a n ta c t i v i t ya n db i o c i d a lp r o p e r t yw e r er e s e a r c h e d t h er e s u l t s s h o w e dt h a tn c ga n dt h ez i n cs a l th a v ea n t i o x i d a n ta c t i v i t ya n db i o c i d a lp r o p e r t y t h ea n t i o x i d a t i o no fn c ga n dz i n cs a l to fn c gw e r ed e t e r m i n e du s i n gs u p e r o x i d e a n i o nf r e er a d i c a l s ，h y d r o x y lf r e er a d i c a l s ，d p p hf r e er a d i c a l sa n dr e d u c i n gc a p a c i t y s y s t e m 硼1 es c a v e n i n ge f f e c t so nh y d r o x y lr a d i c a l sa n ds u p e r o x i d ea n i o nf r e er a d i c a l s w e r es t r o n g e rt h a nt h a to fd p p hf r e er a d i c a l s n c ga n di t sz i n cs a l ta l m o s th a dn o e f f e c to nf e r r i ci o n a n dt h ea n t i o x i d a t i o no fn c ga n di t sz i n cs a l ti n c r e a s e sa st h e c o n c e n t r a t i o n w h e nt h es a m p l ec o n c e n t r a t i o ni s3 m g m l ，t h es c a v e n i n ge f f e c t so n s u p e r o x i d ea n i o nf r e er a d i c a l so fn c ga n dn c gz i n cs a l tw e r e5 5 3 2 a n d7 9 2 7 r e s p e c t i v e l ya n dt h ee f f e c t s o nh y d r o x y lr a d i c a l s r e s p e c t i v e l yw e r e3 8 0 9 a n d 5 4 0 3 a n dt h er e s u l t so ft h ed p p hs y s t e ms h o w e dt h a tt h es c a v e n i n ge f f e c t so f n c gi s s t r o n g e r t h a nn c g - z i n c ，r e s p e c t i v e l yi s2 3 1 3 a n d7 8 7 i nt h e b a c t e r i o s t a t i c e x p e r i m e n t ，e s c h e r i c h i ac o i l b a c i l l u ss u b t i l l i sa n ds t a p h y l o c o c c u s a u l e u sw e r eu s e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h eb a c t e r i c i d a lc a p a c i t yo fn c g z i n cw e r e v s i g n i f i c a n t l yr e d u c e d ，d i a r r h e ar a t er e d u c e df r o m15 8 3 t o2 9 6 c o m p a r e dw i t h t h ep i g l e t si nc o n t r o l ，s u p p l e m e n t a t i o no f0 16 n c ga l s oi m p r o v e da d f ia n da d g , a n dr e d u c e df 1 3 ib u th a dn oo b v i o u sd i f f e r e n c e w h e nc o m p a r e dw i t h0 0 8 n c g t h ea d f ia n da d go ft h ep i g l e t sw e r el o w e r , a n dt h ed i a r r h e ad e g r e ei sm o r es e r i o u s t h er e s u l t ss h o w e dt h a td i e t a r ys u p p l e m e n t a t i o no f0 0 8 n c gm a yh e l po v e r c o m e w e a n i n gs t r e s so fp i g l e t s ，w h i l eh i g h e rl e v e lo fn c g ( 0 16 ) m a yh a v es i d ee f f e c t k e y w o r d s ：n 。c a r b a m o y l 。l g l u t a m a t e ；m i c r o w a v eh e a t i n g ；h p l c ；n c gz i n cs a l t ； a n t i o x id a t i o n ；a n t i b a c t e r i a l ；p r o m o t i n gg r o w t h v i 目录 目录 第l 章引言l 1 1 氨基酸衍生物的研究进展1 1 1 1 氨基酸衍生物的分类1 1 1 2 氨基酸衍生物的合成1 1 1 3 氨基酸衍生物的应用5 1 1 4 谷氨酸衍生物的研究进展9 1 2n 氨基甲酰l 谷氨酸的研究进展一1 2 1 2 1n 氨基甲酰l 谷氨酸的合成1 2 1 2 2n 氨基甲酰l 谷氨酸的生物活性1 3 1 3 本研究的目的意义、主要研究内容和创新性1 6 1 3 1 本研究的目的意义1 6 1 3 2 本研究的主要研究内容1 6 1 3 3 本研究的创新性1 7 第2 章n 氨基甲酰一l 一谷氨酸及其锌盐的合成与表征1 8 2 1 引言18 2 2 实验材料、试剂及仪器设备1 8 2 2 1 实验材料及试剂1 8 2 2 2 主要仪器l9 2 3 实验方法l9 2 3 1n 氨基甲酰l 谷氨酸的合成1 9 2 3 2n 氨基甲酰l 谷氨酸的含量检测2 1 2 3 3n 氨基甲酰l 谷氨酸的熔点测定及结构表征2 1 2 3 4n 氨基甲酰l 谷氨酸锌的制备及表征2 2 2 4 结果与讨论2 3 v i i 目录 2 4 1 微波法合成n c g 的工艺优化。2 3 2 4 2 传统加热法合成n c g 的工艺优化2 8 2 4 3n 氨基甲酰l 谷氨酸的纯化3 3 2 4 4n 氨基甲酰l 谷氨酸检验方法的确定及含量测定3 4 2 4 5n 氨基甲酰l 谷氨酸的结构表征4 0 2 4 6n 氨基甲酰l 谷氨酸锌的制备4 3 2 5 本章小结4 5 第3 章n 氨基甲酰l 谷氨酸及其锌盐的抗氧化和抑菌活性的研究4 7 3 1 引言4 7 3 2 实验材料、试剂与主要仪器设备。4 8 3 2 1 实验材料与试剂4 8 3 2 2 主要仪器设备4 8 3 3实验方法4 8 3 3 1n c g 及其锌盐抗氧活性的研究4 8 3 3 2n c g 及其锌盐抑菌活性的研究5 0 3 4 结果与讨论5 1 3 4 1n c g 及其锌盐抗氧化能力的测定结果5 l 3 4 2n c g 及其锌盐抑菌活性研究结果5 4 3 5 本章小结5 5 第4 章n 氨基甲酰l 谷氨酸对断奶仔猪生长性能促进作用的研究5 6 4 1 引言5 6 4 2 实验材料5 6 4 2 1 实验动物：5 6 4 2 2 实验饲粮5 7 4 2 3 实验时间及地点5 7 4 3 实验方法5 8 4 4 结果与讨论5 9 v i i i 目录 4 4 1n c g 对断奶仔猪生长性能的影响5 9 4 4 2n c g 对断奶仔猪腹泻率和腹泻指数的影响5 9 4 5 本章小结6 0 第5 章结论与展望。6 l 5 1 结论6 1 5 2 展望。6 2 致谢6 3 参考文献6 4 攻读学位期间的研究成果6 9 1 x 第l 章引言 第l 章引言 1 1 氨基酸衍生物的研究进展 1 1 1 氨基酸衍生物的分类 氨基酸衍生物指的是氨基酸通过一系列的反应化合而成的物质，如碳、氮 取代的酸、酯、酰胺、酰肼、盐和金属配合物等。氨基酸衍生物合成的意义在 于两个方面，一方面是要寻找更多有益的氨基酸类物质；另一方面，氨基酸的 氨基和羧基很容易发生氧化和取代反应，使得氨基酸的应用受到限制，因此通 过有机合成导入官能团能起到氨基酸保护的作用。氨基酸及其衍生物的研究目 前是一个热点问题，尤其是谷氨酸衍生物，近3 0 年来欧洲和日本的近千项专利 就与l - 谷氨酸及其衍生物有关，目前国内外关于谷氨酸及其衍生物合成的研究 报道也是层出不穷。 目前可以提供的氨基酸及其衍生物有：天然或合成氨基酸及其盐；氨基n 一酰化、n 一烷基化的衍生物；羧基酯化衍生物；各种氨基酸支链官能团上的 衍生物；天然或合成( 包括蛋白质衍生物) 的聚氨基酸( 即多肽) ；以上氨基酸 复合物的衍生物；以及以上各种氨基酸及其衍生物的金属配合物。 1 1 2 氨基酸衍生物的合成 1 。1 2 1 化学合成法 目前氨基酸衍生物的合成大多依然采用化学合成法，但因所选的试剂不同， 同种氨基酸衍生物的合成路线也不尽相同。目前国内外关于各种氨基酸衍生物 的化学合成的文献报道有很多。如张小林等人以l 谷氨酸为原料，在碱性条件 下以乙酸酐为乙酰化试剂一步合成出n 乙酰l 谷氨酸，最佳反应条件为： l 谷氨酸与乙酸酐的摩尔比为1 0 ：1 3 ，酰化试剂分3 次加入；反应p h 值为8 1 0 ； 反应温度控制在0 5 。c ；酸化结晶p h 值为1 0 。2 0 ；反应时间1 3 h ，最终得率 可达7 2 i l l ；w u s c h 等人报道了丝氨酸叔丁醚的化学合成路线，通过氨基保护、 羧基酯化、羟基成醚和催化脱氢四步反应成功的合成出丝氨酸叔丁醚，但该路 第1 章引言 线从工业生产的角度来看还存在一些缺点，如对硝基苄溴的价格昂贵，催化氢 化同时脱除苄氧羰基和对硝基苄酯时会生成难以除去的对甲苯胺等1 2 1 ；之后， 聂娟等人将该化合物合成路线进行修改，通过羧基酯化、氨基保护、羟基成醚、 甲酯皂化水解以及催化氢解苄氧羰基五步反应，成功地合成了丝氨酸叔丁醚， 各步骤的反应条件优化以后，路线总产率可达4 6 ，该路线更易于实现工业化 【3 】：此外，姜凤超等人将邻硝基苯甲醛与熔融研细的乙酸钾乙酰甘氨酸和乙酸 酐加热搅拌制得4 一 ( 2 硝基苯基) 一亚甲基】一2 一甲基一3 一唑啉一5 一酮 i i 一2 】，他们 还以类似的方法获得了9 种p 锗代0 【氨基酸衍生物【4 j 。 1 1 2 2 微生物发酵和酶法 随着微生物学和酶化学的发展，也有人经生物发酵或酶促合成来得到目的 产物。如荷兰的s h e l d o n 教授【5 】从事酶促催化方法学及离子液体等绿色介质中生物 催化有机合成等方面的研究；德国t h e i l 教授【6 】通过研究酶的结构和活性催化中 心，实现二醇类药物及相关化合物通过连续两步酶促拆分，另外对反应的介质 在拆分中的影响进行研究；西班牙的g o t o r 教授【7 】主要研究核苷类化合物选择性 酶促合成及酶促不对称合成方法，并针对不同的选择性进行酶促反应机理理论 计算研究；在国内，张明【8 】等选用三种1 ，2 一二醇类药物( 愈创甘油醚、美芬辛、 氯酚甘油醚) 和三种核苷类药物( 氮杂胞苷、利巴韦林、阿糖胞苷) 为底物， 两种不同氨基酸二乙烯酯n b o c l 天门冬氨酸二乙烯醋和n b o c l 谷氨酸二乙 烯酯作为酞基供体，在有机介质中酶促选择性合成了1 2 种可聚合的药物氨基酸 衍生化乙烯醋衍生物。 1 1 2 3 新的有机合成技术微波技术在氨基酸衍生物合成中的应用 在氨基酸及其衍生物的合成方法中，无论是传统的化学合成方法还是微生 物发酵及酶法催化法，这些都存在有一定的缺陷。化学合成法依然是最常用的 方法，但因为合成通常需要繁琐的合成步骤和很长的合成时间，所以合成效率 低，成本高；而且大量有机试剂的使用很容易造成环境的污染。微生物发酵以 及酶法催化法因为微生物的特殊性欲酶作用的专一性，所以一种新的衍生物的 合成通常难以很顺利的选到合适的菌种和酶。现有方法的不足使人们不断向新 方法和新技术进行探索。 2 0 世纪后期，随着有机合成的发展，许多新的合成方法与技术不断被发现 2 第1 章引言 例如相转移催化合成、微波辐照合成、声化学合成、等离子体有机合 合成、超临界有机合成、组合合成等。例如赵宗阁在研究血肽x 及其衍 成中采用了f m o c 固相合成法，成功的以f m o c o s u 为保护试剂制备了多 衍生物，如f m o c g l y o h ，f m o c p r o o h 等【9 】。下面针对微波辐照在氨 物合成中的应用做简要介绍。 微波技术原理及特点 微波合成技术的不断提高，微波化学( m i c r o w a v ec h e m i s t r y ，m c ) 经 十年的发展，已成为目前化学领域中最活跃的领域之一。 ( m i c r o w a v e ，简称m v ) 又称高频电磁波，是无线电波中一个有限频 ，频率从3 0 0 m h z 到3 0 0 g h z ，波长在l m ( 不含l m ) 到l m m 之间，是分 米波和毫米波的统称。微波的输出功率从数微瓦至数千千瓦不等，广 达与通讯中，其中最广泛使用的频率是2 4 5 0 m h z ( 波长1 2 2 c m ) 【i o 】。 微波辐射分为电场与磁场两个部分，而微波加热其实就是介电加热，主要 通过极化机制和离子传导机制的作用进行加热【l 。微波加热作用的特点就是可 碍 在不同深度同时产生热，即“体加热作用”，这种“体加热作用 不仅可以使加 热更快速，而且加热更均匀，可大大缩短处理材料所需的时间，节省能源，利 于环保。 关于微波加速有机反应的机理，化学界存在着两种观点【1 2 1 4 1 。 一种观点认为，微波化学反应仅仅只是一种加热方式的改变，微波提高反 应产率或加速反应速率都归结于微波的高效致热作用以及过热效应。相对于传 一 统加热那种将热量由表传到内的加热方式，微波加热则是在全封闭状态下微波 以光速渗入到物体内部，这样就减少了达到热平衡的时间以及热能的损失，从 而达到快速节能的目的。许多试验结果支持了这一观点，j f l j a h n g e n 1 5 1 等研究了 三磷酸腺苷在微波作用下的水解反应，发现微波作用下的水解速度是常规加热 下的2 5 倍，但在两种加热方式的反应动力学之间没有明显的变化。 另一种观点则认为，微波对有机化学反应的作用是非常复杂的，除其热效 应外，还有其独特的非热效应改变反应的动力学性质，从而降低反应的活 化能。反应动力学认为，分子一旦获得能量跃迁，就会成为一种亚稳态状态， 此时分子状态极为活跃，分子间的碰撞频率和有效碰撞频率显著增加，从而促 进了反应的进行【l6 1 。所以，可以认为微波活化了反应物分子，使反应诱导期缩 第1 章引言 短；另外微波场还对分子运动产生取向效应，使反应物分子在连心线上分运动 相对增加，增加有效碰掩频率，从而加快反应速率。同样有实验证明了微波非 热效应的存在，r o y 等【l 。7 】在照射过程中保持反应温度恒定的条件下，评价了酶 催化反应中微波辐射的非热效应，用6 种不同极性的溶剂，在3 种温度下，分 别进行了枯草杆菌蛋白酶催化的酯交换反应和0 【胰凝乳蛋白酶催化的酯化反应。 他们发现，在这些反应中，微波辐射使水合情况下的反应初始速率增加了2 1 - 4 7 倍。 1 1 2 3 2 微波技术在有机化学合成中的应用进展 微波在有机化学中主要用于催化和选择性功能，到目前为止，微波技术主 要用于优化一些已知的反应。微波能在极短的时间内迅速加热反应底物，这种 加热方式完全有可能使一些在常规加热条件下不能被活化而无法进行或难以进 行的反应得以发生【i 引。至今研究过的有机合成反应有酯化、d i e l s a l d e r 、缩醛 ( 酮) 、重排、k n o e v e n a g e l 、苯偶姻缩合、p e r k i n 、d e c k m a n 、r e f o r m a t s k y 、 w i t t i n g 、羟醛缩合、开环、水解、烷基化、烯烃加成、取代、消除、自由基、 成环、环反转、立体选择性、酯胺化、酯交换、催化氢化、脱羧、糖类化合物、 有机金属、放射性药剂等反应，这方面的报道也层出不穷。如c h e n ，s t 等将对 羟基苯甲酸与1 丁醇在功率1 4 3 w 的微波辐射下反应6 分钟，酯化产率可达 8 9 【1 9 】；董迎等在微波功率4 2 0 w ，醇、酸摩尔比为2 0 ：0 5 ，反应时间为2 2 m i n 的条件下成功制备了乙二酸乙二酯，收率为8 0 左右【2 0 】；近年来微波技术在酰化 反应中也有很好的应用，lp e r r e u x 等人【2 l 】报道了微波辐射下n 芳基苯甲酰胺、 苯乙酰胺以及癸酰胺的制备，如李慧章等人利用甲酸与芳胺在微波辐射下合成 了n 甲酰基芳胺，反应时间仅需1 5 1 0 分钟，与传统方法相比时间缩短了2 0 1 2 0 倍，并且得到了较好产率 2 2 - 2 3 ；此外微波技术还常用于烷基化反应中，如在微 波作用下很容易得到乙酰乙酸乙酯的c 烷烃化产物，反应只需3 5 分钟，产率可 达5 9 6 8 5 【2 4 l ；另外，微波在高分子聚合反应中也有不少应用，如微波引发高 分子溶液聚合、高分子固化、高分子本体聚合、载体上高分子聚合等。微波还 可用于高浓度窄分布无皂高分子纳米粒子胶乳的制备【2 引。 目前微波在氨基酸衍生物合成中大多用于氨基酸金属配合物的合成。2 0 0 3 年，周运友【2 6 】等人通过微波技术成功优化了n 苯基a - 氨基酸的合成工艺，结果 表明，以溴苯、a - 氨基酸为原料，碘化亚铜为催化剂，d m f 为溶剂，在几分钟内 4 第1 章引言 疚能成功合成出n 苯基a - 氨基酸，且操作简便，条件易于控制；卢吴研究报道【2 7 】， 将谷氨酸钠和氧化锌在功率5 0 0 w 微波下辐射1 5 0 s ，能得到螯合率为8 3 0 2 的谷 氨酸锌；户业丽等人也经微波法以鲟鱼皮复合氨基酸与七水硫酸锌原料成功制 成复合氨基酸螯合锌，微波功率仅1 2 0 w ，反应时间只需1 0 m i n ，所得产物螯合 率可达6 8 7 2 ，之后，他们又以同法制备出复合氨基酸螯合钙【2 8 之纠。 综上所述，因微波在酰基化、烷基化、酯化等方面的非常好的应用效果， 相信微波化学在氨基酸及其衍生物中的应用将会越来越广泛。 1 1 3 氨基酸衍生物的应用 自二十世纪2 0 年代l 谷氨酸钠开始应用以来，人们对氨基酸及其衍生物 的利用开发就日新月异，特别是近1 0 多年来，氨基酸类产品备受人们所关注。 众所周知，氨基酸是重要的生理活性物质，在生物体内参与多种生物化学过程。 而且不仅氨基酸具有重要的生物活性，氨基酸的衍生物如氮取代或碳取代的酸、 酯、酰胺、酰肼、盐以及金属配合物等大多都具有生物生理活性。因此，氨基 酸及其衍生物被广泛的应用于各种行业中，比如可用于食品工业、饲料添加剂、 医药及其他方面、氨基酸系列杀虫剂、杀菌剂及除草剂等。植物生长调节剂等 的开发利用更具广阔的市场。 1 1 3 1 在医药方面的应用 氨基酸参与体内代谢和各种生理功能活动，因此氨基酸及其衍生物在医药 行业应用广泛，可用作药物或者药物的中间体、营养剂、代谢改良剂等，具有 抗菌、致癌、防辐射、抗溃疡、催眠及镇痛等功效。目前，世界上用于药物的 氨基酸及氨基酸衍生物的品种达1 0 0 多种【3 0 】。利用氨基酸对生物体特殊的渗透性 和酶催化的专一性，以氨基酸为载体，将具有抗菌作用的分子或基团引入机体， 从而增强了药物在体内的溶解和吸收，既抑制了细菌，又降低了药物的毒副作 用 3 1 】。 氨基酸衍生物作为治疗药目前相当活跃，无论在治疗心血管疾病、肝性疾 病、抗肿瘤，还是溃疡、神经系统疾病、消炎等方面都有广泛的使用。如n 乙 酰l 半胱氨酸是一种用途广泛的药物，主要用于粘痰溶解，并有解毒和抑制由 癌变引起的组织、细胞坏死的作用；还可以用作复方氨基酸大输液中的稳定剂 以及用作眼药水；在对h i v 病毒感染者的治疗中，它还可用于改善由于病毒引 第1 章引言 起的半胱氨酸缺乏者的生理和免疫功能【3 2 】；研究还发现苯丙氨酸酯可抗肿瘤， 半胱氨酸月桂酯具有镇咳、消炎、化痰、止痛、退烧等疗效，可用于治疗呼吸 系统疾病；氨基酸节基醋易渗透到红细胞，低浓度时可抗贫血【3 3 1 。此外，谷胱 甘肽可用于药物中毒、肝病、过敏性疾病及预防白内障等：氨基酸酯还可用作 局部麻醉记的成份，降低麻醉剂的副作用。而n 二甲基氨基乙基- n 一乙酰谷氨酸 能治疗抑郁症、恢复疲劳和脑血管障碍引起的运动失调。d 3 琉基2 甲基丙酰 基l 脯氨酸和利尿药合剂，则是很好的抗高血压药；一些氨基酸类衍生物还可以 用来治疗2 型糖尿病【3 4 】；另外氨基酸在医疗上还用来制备复方氨基酸输液、口服 液、氨基酸冲剂等1 3 5 。 药学工作者通过对一些生物药物有效成分的分析，发现许多非蛋白氨基酸 具有药用价值。如羟化脯氨酸可以治疗坏血病：丫氨酪酸和羟丁氨酸可用于治疗 脑障碍和癫痫等疾患；氨基己酸能用于止血；瓜氨酸和鸟氨酸能够解氨毒，治 疗肝昏迷；牛磺酸能用于解热镇痛 3 6 1 。另外，氨基酸及其衍生物合成的聚合物 制造的膜式纤维具有柔软、半透性、亲水性以及无毒性等特点，可用作制造肾 脏、外科的缝合线等。还有人以亮氨酸和酯化的谷氨酸或天门冬氨酸共聚而成 的仿天然皮肤的层状伤口裹敷物，包扎伤口后可以不必再解开而成为皮肤一部 分。 1 1 3 2 在食品方面的应用 在动物体内，蛋白质的消化和吸收是通过氨基酸来完成的，氨基酸是作为 评定食物蛋白质营养价值的指标，还具有平衡人体内氮元素的功能【37 1 。氨基酸 及其衍生物用于食品中，主要作用是提高食品营养价值、调味加工、除臭增香、 抗氧化以及防腐保鲜。 谷氨酸是人类应用的第一个氨基酸，也是世界上应用范围最广、产销量最 大的一种氨基酸，其钠盐也就是味精现被广泛用于食品调味剂【3 引。天门冬氨酸 与苯丙氨酸、甘氨酸与赖氨酸合成的甜味二肽，俗称蛋白糖，其甜度为蔗糖的 1 5 0 倍左右，甜味纯正、热