蛋氨酸銅螯合物的制備及表征研究

劉 俊，李洪潮，徐懷春，李正發(fā)，解成駿，湯惠民

（文山學(xué)院 化學(xué)與工程學(xué)院，云南 文山 663099）

蛋氨酸銅螯合物的制備及表征研究

劉 俊，李洪潮，徐懷春，李正發(fā)，解成駿，湯惠民

（文山學(xué)院 化學(xué)與工程學(xué)院，云南 文山 663099）

選擇水體系合成法制備理化性質(zhì)穩(wěn)定的蛋氨酸螯合銅，用化學(xué)分析和儀器分析進(jìn)行表征。以蛋氨酸和氯化銅按物質(zhì)的量比為2︰1投料，水溶后以氨水調(diào)節(jié)pH值至5，恒溫80 ℃，回流反應(yīng)4 h,結(jié)晶，洗滌，烘干。以EDTA滴定分析銅含量，凱氏定氮法分析氮含量，確定化學(xué)式為Cu(Met)2，結(jié)合紅外光譜分析，確定了蛋氨酸螯合銅的結(jié)構(gòu)。

蛋氨酸；氯化銅；蛋氨酸螯合銅；表征

氨基酸金屬螯合物制品是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的高科技產(chǎn)品，是合成體液及各種臟器細(xì)胞的重要組成成分，具有特殊的營(yíng)養(yǎng)、生理、生化等多種作用，而且具有全部被吸收的優(yōu)良特性，因此氨基酸制品既是高效的營(yíng)養(yǎng)保健品，又具有良好醫(yī)藥價(jià)值，用途廣泛[1]。20世紀(jì)90年代，我們用廢棄蛋白一步合成法制備了氨基酸金屬螯合物[2]，用于三七根腐病的防治，起得了較好的效果[3]。氨基酸金屬螯合物化學(xué)性能穩(wěn)定、生物效價(jià)高、無毒無刺激性、適口性好、能增強(qiáng)人體免疫功能，提高人體抗應(yīng)激能力[4]。因此，它是目前國(guó)際公認(rèn)的最佳微量元素營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑或添加劑之一。

氨基酸金屬螯合物制備方法可以歸納為以下幾類：水體系合成法、非水體系合成法、干粉體系合成法、相平衡合成法、電解合成法等[5]。目前，除了水體系合成法較為常用外，其他方法由于其自身存在的缺陷，均較為少用。本研究選擇用水體系法合成蛋氨酸螯合銅。蛋氨酸是構(gòu)成人體的必需氨基酸之一，參與蛋白質(zhì)合成或作為酶或輔酶，調(diào)控生化反應(yīng)，其不能在體內(nèi)合成，必須由外部獲得；銅是動(dòng)物體的必需微量元素之一，是多種酶和胰島素的組成部分，被稱為“人體的衛(wèi)士”。氨基酸金屬螯合物具有化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、生物學(xué)效價(jià)高，能增強(qiáng)免疫力、提高抗病能力，綠色環(huán)保的特點(diǎn)[6]。蛋氨酸螯合銅通過胞飲式吸收，能緩解微量元素之間的競(jìng)爭(zhēng)拮抗，不但大大提高銅離子的吸收利用率及其它微量元素的吸收，而且蛋氨酸作為載體，具有安全、無危害的特點(diǎn)[7]，因此合成蛋氨酸螯合銅具有重要的意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 藥品和試劑

所有藥品和試劑均為分析純。蛋氨酸，中國(guó)新型化工試劑研究所生產(chǎn)。氯化銅（CuCl2·2H2O）、濃氨水、二甲酚橙由中國(guó)華東師范大學(xué)化工廠生產(chǎn)。濃鹽酸、濃硫酸、濃硝酸等由四川西隴化工有限公司生產(chǎn)。乙二胺四乙酸二鈉、六亞甲基四胺、無水碳酸鈉、甲基橙、硼酸、氫氧化鈉、95%乙醇由天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司生產(chǎn)。甲基紅，上海遠(yuǎn)航化工廠生產(chǎn)。溴甲酚綠，天津市化學(xué)試劑廠生產(chǎn)。硒粉，上海美興化工股份有限公司生產(chǎn)。硫酸鉀，天津市瑞金特化學(xué)品有限公司生產(chǎn)。30%雙氧水，天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。

1.2 儀器和測(cè)試條件

傅立葉變換紅外光譜儀（IRPresting-21型），壓片機(jī)（XA-1型）日本島津公司生產(chǎn)，其光譜分辨率4 cm-1，掃描次數(shù)10次。電子天平（瑞士Precisa XA220A），由深圳市朗普電子科技有限公司生產(chǎn)。數(shù)顯恒溫磁力攪拌器（85-2型），上海司樂儀器廠生產(chǎn)。凱氏定氮儀（UDK 159），嘉盛（香港）科技有限公司生產(chǎn)。

1.3 蛋氨酸螯合銅的制備

稱取2.9842 g蛋氨酸于250 mL圓底燒瓶中，加入蒸餾水50 mL，緩慢在磁力攪拌器上加熱攪拌至溶解。稱取1.7048 g CuCl2·2H2O，用20 mL蒸餾水使其溶解，轉(zhuǎn)移到圓底燒瓶。在磁力攪拌器上于80℃加熱攪拌約10 min，然后逐滴加入2%氨水調(diào)節(jié)pH值至5.0，溶液呈現(xiàn)深藍(lán)綠色，繼續(xù)加熱反應(yīng)4 h，有結(jié)晶生成，冷卻，抽濾至干，分別用蒸餾水洗滌6次，將所得結(jié)晶在室溫下進(jìn)行真空干燥得到藍(lán)色結(jié)晶產(chǎn)品。

1.4 EDTA配位滴定法測(cè)定銅含量

稱取0.0500 g產(chǎn)品于250 mL錐形瓶中，加入1.50 mL 3 mol/L的稀硫酸溶解，加50 mL蒸餾水，再加入15 mL pH值5.4的六亞甲基四胺緩沖溶液和2～3滴二甲酚橙指示劑，用0.01027 mol/dm-3的EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液由紫紅色突變?yōu)辄S綠色，即為滴定終點(diǎn)，記錄所消耗的EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積。

1.5 蛋氨酸氮含量的測(cè)定

凱式定氮法測(cè)定：用電子天平稱取0.2473 g、0.2486 g、0.2491 g上述制備的產(chǎn)品，分別置于3只消化管，各加入5%的硝酸，7 g無水K2SO4、5 mg Se粉、7 mL硫酸、5 mL 30%過氧化氫，輕輕搖動(dòng)，消化。在150 ℃加熱2 min（去除樣品中的水分），加熱到350 ℃ 保持2 min（接近硫酸的沸點(diǎn)），加熱到420 ℃保持60 min，讓消化管在室溫下降溫至53～60 ℃。以牛奶標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法采用UDK159凱氏定氮儀進(jìn)行測(cè)定。洗滌蒸餾儀，用硼酸指示劑（取1 L 4%硼酸溶液，滴加混合指示劑，攪勻后呈紫紅色。混合指示劑：50 mL 0.1%甲烯藍(lán)乙醇+200 mL 0.1%甲基紅乙醇）檢測(cè)是否清洗干凈。將降溫后的消化管置于反應(yīng)室進(jìn)行蒸餾滴定，用強(qiáng)堿高溫水蒸氣蒸餾出氨氣，硼酸吸收蒸餾出的氨氣，用間接法配制0.0975 mol/dm-3的標(biāo)準(zhǔn)鹽酸進(jìn)行滴定，直至硼酸指示劑由綠色變紫紅。

1.6 紅外光譜的測(cè)定

采用KBr壓片制樣，測(cè)定紅外光譜。利用傅立葉變換紅外光譜儀（IRPresting-21型）分別測(cè)定純品蛋氨酸及制備的產(chǎn)品在4000～400 cm-1的范圍內(nèi)測(cè)定其紅外光譜圖。為確保圖譜的可比性，每一次取樣量為1∶100（mg）。

2 結(jié)果與討論

2.1 化學(xué)式的確定

2.1.1 EDTA滴定法分析產(chǎn)品Cu含量

間接法配制EDTA濃度為0.01027 mol/dm-3，用于分析產(chǎn)品中銅的含量，產(chǎn)品中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)按下式計(jì)算：

式中，Cu%為銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以百分比表示%）；C（EDTA）為EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度（mol/ dm-3）；V（EDTA）為滴定消耗EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積（mL）；63.55為銅的摩爾質(zhì)量（g/mol）；m為產(chǎn)品試樣的質(zhì)量（g）。

表1 產(chǎn)品中銅含量的測(cè)定結(jié)果

由表1可知，測(cè)定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.2%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.5%，說明用EDTA滴定方法有良好的精密度。

2.1.2 凱氏定氮法分析N含量

間接法配制0.0975 mol/dm-3鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液用于氮含量分析，凱氏定氮法測(cè)定蛋氨酸螯合銅中的氮含量，反應(yīng)方程式為：

式中，N%為氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以百分比表示%）；C（H+）為HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度（mol/ dm-3）；V（H+）為滴定消耗HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積（mL）；14為氮的摩爾質(zhì)量（g/mol）；m為產(chǎn)品試樣的質(zhì)量（g）。

表2 產(chǎn)品中氮含量測(cè)定結(jié)果

將表1、表2的結(jié)果列于表3，設(shè)化學(xué)式為Cu（Met）2。

表3 產(chǎn)品中銅、氮的理論和實(shí)際含量比較

以EDTA分析產(chǎn)品中的銅含量和凱氏定氮法測(cè)定氮含量，分析所得結(jié)果與用假設(shè)產(chǎn)品分子式為Cu（Met）2所得結(jié)果吻和度好，初步判斷其化學(xué)組成為Cu（Met）2。

2.2 紅外圖譜表征

圖1 蛋氨酸的紅外光譜（波數(shù)/cm-1）

圖1是蛋氨酸的光譜線，在2300～3200 cm-1波數(shù)范圍內(nèi)，存在著一個(gè)大峰，蛋氨酸分子中有-OH，-CH3，-NH2等基團(tuán)的伸縮振動(dòng)，這些振動(dòng)都集中在這一范圍，并且由于蛋氨酸分子的締和作用和氫鍵的作用，使得在這范圍的各個(gè)基團(tuán)伸縮振動(dòng)的峰相互疊加、相互掩蔽、無法分別辨認(rèn)，但共同作用以后，形成了一個(gè)較大的吸收峰，也是其重要特征。1584 cm-1的峰可以指認(rèn)是蛋氨酸-COO反對(duì)稱伸縮振動(dòng)的峰。

圖2 蛋氨酸銅的紅外光譜（波數(shù)/cm-1）

圖2是蛋氨酸金屬螯合物光譜線，由于蛋氨酸與銅形成螯合物，使得蛋氨酸締和作用消失，氫鍵消失，-OH伸縮振動(dòng)消失，-NH2的氮?dú)渖炜s改變，蛋氨酸在2300～3200 cm-1波數(shù)范圍內(nèi)的大峰變成兩個(gè)小峰，即3240 cm-1的峰可以指認(rèn)為-NH2伸縮振動(dòng)峰，2910 cm-1可以指認(rèn)為-CH3伸縮振動(dòng)峰，由于-OH與金屬發(fā)生了絡(luò)合配位作用，所以-OH峰消失。-COO反對(duì)稱伸縮振動(dòng)的峰即1584 cm-1變窄，這是由于形成了環(huán)狀化合物所致。

通過紅外表征可以確定其結(jié)構(gòu)式為：

3 結(jié)論

以蛋氨酸和氯化銅為主要原料，在一定條件下制備了蛋氨酸螯合銅。通過EDTA配位滴定法和凱式定氮法對(duì)銅和氮進(jìn)行測(cè)定，分析結(jié)果表明制備的蛋氨酸螯合銅，其化學(xué)組成為Cu（Met）2。通過紅外光譜表征，確定形成了環(huán)狀蛋氨酸螯合銅。該法制備工藝簡(jiǎn)單、成本低，制得的產(chǎn)品純度高，產(chǎn)品檢測(cè)快速準(zhǔn)確。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 王銳，黃保貴，劉俊.氨基酸金屬螯合物的一步制備法[P].中國(guó)專利：931052936.3，1994-11-02.

[3] 崔秀明，王朝梁，王銳，等.氨基酸金屬螯合物防治三七根腐病試驗(yàn)[J].中藥材，1998（5）：221-222.

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[5] 劉昌盛，黃鳳洪，樂國(guó)偉.微波固相合成蛋氨酸銅的初步研究[J].食品工業(yè)科技，2004（2）：124-127.

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[7] 鄒英昭.乳粉制品中脂肪過氧化值測(cè)定方法的研究[J].食品工業(yè)科技，2002（7）：66-67.

Make of Methionine Copper and Representation Study

LIU Jun, LI Hongchao, XU Huaichun, LI Zhengfa, XIE Chengjun, TANG Huimin
(School of Chemistry and Engineering, Wenshan University, Wenshan Yunnan 663099, China)

The paper studies the make of stable methionine copper using water system synthesis method and represents the make through chemistry and instrument analysis. The quality ration of methionine and copper chloride is 2 to 1, pH value is kept to 5 using ammonia water, temperature is kept to 80℃, re fl ux time is kept to 4 hours while crystallization, washing and drying. Copper quality is measured by EDTA titration, nitrogen quality is measured by Kjeldahl method, Cu(Met)2is veri fi ed by infrared spectroscopic analysis.

methionine; copper chloride; methionine copper; representation

O641.4

A

1674-9200（2016）06-00017-04

（責(zé)任編輯 張 鐵）

2016-07-13

云南省教育廳科研基金項(xiàng)目“從大豆餅或花生餅制備金屬氨基酸螯合物”（2014Y475）。

劉俊，男，云南馬關(guān)人，文山學(xué)院化學(xué)與工程學(xué)院教授，主要從事基礎(chǔ)化學(xué)教學(xué)與研究；李洪潮，男，云南馬關(guān)人，文山學(xué)院環(huán)境與資源學(xué)院副教授，主要從事微生物學(xué)研究；徐懷春，男，云南華寧人，文山學(xué)院化學(xué)與工程學(xué)院教授，主要從事有機(jī)化學(xué)及實(shí)驗(yàn)教育教學(xué)研究。