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
阅读说明：本技术 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 (Method and device for preparing L-selenium-methyl selenocysteine by reducing zinc and iron ) 是由 周华 廖津 戴扬晓 胡长鹰 欧仕益 傅亮 余稳稳 于 2021-08-13 设计创作，主要内容包括：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。(The invention belongs to the field of chemical synthesis, and particularly discloses a method and a device for preparing L-selenium-methyl selenocysteine by reducing zinc and iron. The method comprises the steps of using selenocysteine as a raw material, reducing zinc or iron to generate selenocysteine, adding an iodomethane ethanol solution for methylation reaction, and adding absolute ethanol after the reaction is completed to separate out L-selenium-methyl selenocysteine solid. The method is simple and easy to implement, low in cost, high in yield, free of harmful substance residues, safer in product and very remarkable in economic benefit.)
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。
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