硫辛酸鈉的表面活性對(duì)制備無(wú)溶劑硫辛酸的影響

陳國(guó)斌，陶乃敏，馮榮秀

1950年，美國(guó)德克薩斯大學(xué)的 Reed等［1］首次從豬肝中分離提取出了硫辛酸(lipoic acid，LA)。后人在研究硫辛酸的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)其具有很強(qiáng)的生物活性，在丙酮酸和其他ɑ-酮酸的氧化脫羧過(guò)程中起到輔酶的作用［2-3］，屬于維生素B類(lèi)化合物。硫辛酸含有1個(gè)雙硫五元環(huán)結(jié)構(gòu)，因此具有很強(qiáng)的親電子性，捕捉自由基、消除活性氧的能力［4-5］，被譽(yù)為“萬(wàn)能抗氧化劑”，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥領(lǐng)域。

目前關(guān)于硫辛酸的純化方法一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)。文獻(xiàn)［6］采用體積比為2∶1的環(huán)己烷和乙酸乙酯混合溶劑，對(duì)硫辛酸進(jìn)行重結(jié)晶、過(guò)濾和真空干燥等步驟進(jìn)行精制純化。文獻(xiàn)［7］以2-環(huán)己酮基乙酸乙酯為原料合成二氫硫辛酸，再氧化得到硫辛酸，然后采用石油醚進(jìn)行重結(jié)晶。此外還有采用正己烷、異丙醚［8］等溶劑進(jìn)行重結(jié)晶。隨著醫(yī)藥水平的提高，對(duì)有機(jī)溶劑的殘留量要求越來(lái)越高，無(wú)溶劑殘留的硫辛酸成為人們追求的熱點(diǎn)。有研究報(bào)道采用水相法純化無(wú)溶劑硫辛酸［9-10］。水相法［10］是指用稀堿溶液溶解待純化的硫辛酸以除去不溶雜質(zhì)，再用稀酸酸化得到純品。該方法可以大大減少有機(jī)溶劑的殘留量，并且已工業(yè)化。但是，水相法純化粗品時(shí)需要大量的水，否則生成大量副產(chǎn)物嚴(yán)重影響收率。因此，工業(yè)上采取放大水量進(jìn)行生產(chǎn)，但對(duì)于水量的多少，為何影響收率的機(jī)理一直沒(méi)有明確的解釋。

本研究對(duì)水相法制備無(wú)溶劑硫辛酸的用水量與其收率的關(guān)系進(jìn)行了研究，并且通過(guò)硫辛酸鈉對(duì)硫辛酸溶解性影響的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)硫辛酸鈉具有表面活性，并測(cè)定了硫辛酸鈉的臨界膠束濃度，在體系中當(dāng)其濃度高于臨界膠束濃度時(shí)形成膠束，使硫辛酸聚集生成黏稠物質(zhì)。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1　實(shí)驗(yàn)儀器及藥品

DDS-12B電導(dǎo)率儀(天津盛邦科學(xué)儀器有限公司);DJS-1電極(上海雷磁儀器廠);pHS-25酸度計(jì)(上海雷磁儀器廠);YRT-3熔點(diǎn)儀(天津大學(xué)精密儀器廠);高效液相色譜(大連依利特分析儀器有限公司);硫辛酸(江蘇常熟富士萊醫(yī)藥公司);氫氧化鈉(AR);鹽酸(AR)。

1.2　實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.2.1水相法制備無(wú)溶劑硫辛酸

取一定量NaOH和等物質(zhì)的量硫辛酸于四口瓶中，加入一定量的水稀釋;在5℃左右，滴加5%HCl溶液，當(dāng)pH值為2時(shí)滴加結(jié)束，過(guò)濾，將濾餅置于恒溫干燥箱中，于35℃條件下干燥至恒量。

結(jié)晶物用熔點(diǎn)儀測(cè)其熔點(diǎn)。

1.2.2p H值與鹽酸量的關(guān)系

制備硫辛酸鈉堿化液，取一定質(zhì)量的NaOH固體加水溶解，冷卻至室溫后，向其中加入等物質(zhì)的量的硫辛酸，完全溶解。向上述堿化液中逐滴加入5%HCl，用pH計(jì)跟蹤溶液pH值的變化，并記錄對(duì)應(yīng)消耗的HCl質(zhì)量。

1.2.3增溶實(shí)驗(yàn)

取一定量的NaOH固體用水稀釋后，向其中分批加入硫辛酸直至不溶，記錄硫辛酸的質(zhì)量。

1.2.4硫辛酸鈉CMC的測(cè)定

用硫辛酸和氫氧化鈉制備硫辛酸鈉。配制不同濃度的硫辛酸鈉溶液(0.001、0.005、0.010、0.020、0.050、0.100、0.200、0.250、0.300、0.400、0.500 mol/L)，按濃度由低到高的順序，用電導(dǎo)率儀依次測(cè)定5℃下各溶液的電導(dǎo)率，待讀數(shù)穩(wěn)定后記錄數(shù)據(jù)。

2　討論

2.1　水相法制備無(wú)溶劑硫辛酸

圖1　水量與硫辛酸收率的關(guān)系Fig．1　The relationship between the quantity of water and the yield of lipoic acid

圖1為水相法純化硫辛酸的用水量(水量指水與硫辛酸粗品的質(zhì)量比)與收率的關(guān)系。由圖1可以看出隨著水量的增加硫辛酸的收率升高，但當(dāng)水量超過(guò)20時(shí)，收率不再發(fā)生明顯變化。通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察到，當(dāng)水量小于20時(shí)，會(huì)產(chǎn)生黏稠物質(zhì)，隨著水量的增加，黏稠物減少并逐漸消失。據(jù)此，推測(cè)水量會(huì)影響?zhàn)こ砦锏纳?。采用水相法純化的硫辛酸熔點(diǎn)為60～61℃。

2.2　p H值與鹽酸量的關(guān)系

制備硫辛酸鈉堿化液［c(NaLA)≈0.485 mol/L］，向其中滴加鹽酸，溶液的pH值與鹽酸量的關(guān)系如圖2所示。隨著鹽酸的加入，在pH值為5.9時(shí)出現(xiàn)平臺(tái)，鹽酸與堿化液中硫辛酸鈉反應(yīng)生產(chǎn)硫辛酸。硫辛酸在純水中的溶解度很低，隨著pH值的降低，其更容易析出，但實(shí)際觀察到在n(HCl)/n(LA)為0.9時(shí)才有產(chǎn)物析出，由此可以推斷硫辛酸鈉對(duì)硫辛酸有很強(qiáng)的增溶作用。

圖2　鹽酸量與pH值的關(guān)系圖Fig．2　The relationship between the quantity of hydrochloric acid and pH

2.3　增溶實(shí)驗(yàn)

在25℃下，將0.042 mol NaOH溶于29 g水配制得到氫氧化鈉溶液，可以溶解硫辛酸的量為0.059 mol，其中有0.042 mol硫辛酸與NaOH生成硫辛酸鈉，剩余硫辛酸0.017 mol(3.51 g)。根據(jù)文獻(xiàn)［11］，29 g水中可以溶解0.018 g?？梢钥闯隽蛐了徕c對(duì)硫辛酸產(chǎn)生了增溶作用，增溶量為194倍，說(shuō)明硫辛酸鈉具有表面活性。

2.4　硫辛酸鈉CMC的測(cè)定

對(duì)高濃度和低濃度段數(shù)據(jù)分別進(jìn)行線性擬合［12］，擬合公式為κ=a+bc，其中 κ 為電導(dǎo)率，c為溶液的濃度，硫辛酸鈉溶液濃度和電導(dǎo)率關(guān)系的擬合直線見(jiàn)圖3，擬合數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

圖3　硫辛酸鈉溶液濃度和電導(dǎo)率關(guān)系的擬合直線Fig．3　The fitting line between the concentration and the conduction of lipoic acid sodium

表1　硫辛酸鈉溶液濃度和電導(dǎo)率關(guān)系的直線擬合數(shù)據(jù)Table 1　The data of the linear fitting between the concentration and the conduction of lipoic acid sodium

由擬合數(shù)據(jù)可以計(jì)算得出硫辛酸鈉的CMC為0.253 mol/L(水量約為19.2)。此值與圖1中的最適宜水量正好對(duì)應(yīng)，據(jù)此推測(cè)硫辛酸鈉的表面活性對(duì)硫辛酸的收率產(chǎn)生了影響。在硫辛酸濃度高于最低膠束濃度(水量為10和15)，在體系中會(huì)存在大量由硫辛酸鈉形成的膠束，硫辛酸被包裹其中，不利于結(jié)晶，從而利于硫辛酸發(fā)生聚合反應(yīng)，產(chǎn)生大量黏稠物。因此，水量的多少對(duì)于硫辛酸的收率有重要影響。

3　結(jié)論

研究了純化中硫辛酸水量與收率的關(guān)系，推測(cè)硫辛酸鈉具有增溶作用。通過(guò)堿化液pH值變化實(shí)驗(yàn)和增溶實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了這一推論。采用電導(dǎo)法測(cè)定了硫辛酸鈉的臨界膠束濃度為0.253 mol/L。當(dāng)硫辛酸鈉溶液濃度大于其CMC時(shí)，硫辛酸鈉對(duì)硫辛酸有一定的增溶作用，使得硫辛酸不易結(jié)晶，生成黏稠狀物質(zhì)，使得硫辛酸的收率大大降低。當(dāng)水量為20倍時(shí)(接近CMC)，水相法制備無(wú)溶劑硫辛酸的收率為89.6%，此時(shí)用水量?jī)H為工業(yè)生產(chǎn)的40%。此條件大大降低了工業(yè)廢水處理的成本。

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