專利名稱：：胍基乙酸及其鹽的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及胍基乙酸(GAA)及其鹽的合成方法。
背景技術(shù)：
：很長(zhǎng)時(shí)間以來，肌酸被認(rèn)為是不錯(cuò)的食品/飼料添加劑。肌酸在動(dòng)物細(xì)胞的能量代謝中扮演重要角色。肌肉工作時(shí)能量來源于三磷酸腺苷(ATP)。如方程式(I)所示，在肌肉休息時(shí)，ATP可以將磷酸酯基團(tuán)轉(zhuǎn)移到肌酸上形成磷酸肌酸。在肌肉工作時(shí)，磷酸肌酸可以通過肌酸激酶將磷酸酯基轉(zhuǎn)移到二磷酸腺苷(ADP)上，重新形成ATP。因此，體內(nèi)磷酸肌酸與ATP是一種動(dòng)態(tài)的平衡。肌酸(Creatine)+ATP,一磷酸肌酸+ADP(I)肌酸主要存在于動(dòng)物性蛋白質(zhì)原料中，肌酸在日糧中添加可以提高動(dòng)物的采食量、生長(zhǎng)性能及繁殖性能。但是，歐盟規(guī)定除魚粉外其它的動(dòng)物性蛋白原料不允許添加到動(dòng)物日糧中，而實(shí)際上魚粉的使用也受到種種限制，因此許多動(dòng)物日糧轉(zhuǎn)為純植物日糧，降低了動(dòng)物生產(chǎn)性能和動(dòng)物蛋白質(zhì)量；肌酸在畜牧業(yè)中使用也受到一些限制，肌酸不穩(wěn)定，口服后吸收率低，而且價(jià)格非常昂貴。因此為了提高動(dòng)物生長(zhǎng)性能，需要尋求一種能夠替代肌酸，且在消化液環(huán)境中有較好的穩(wěn)定性的產(chǎn)品。而在飼料添加劑方面，國內(nèi)外眾多試驗(yàn)報(bào)道認(rèn)為，除激素(已被禁用)夕卜，抗生素是效果最明顯的促生長(zhǎng)劑，而微生態(tài)制劑、中草藥添加劑、酸化劑、飼用酶制劑等雖然可作為抗生素的替代產(chǎn)品往往達(dá)不到抗生素的促生長(zhǎng)效果?？股赝ǔ＞哂写偕L(zhǎng)和預(yù)防疾病兩大功效，能夠提高畜產(chǎn)品產(chǎn)量，為養(yǎng)殖者帶來豐厚的效益，但同時(shí)也造成動(dòng)物性食品中抗生素殘留較高，嚴(yán)重制約了畜牧業(yè)的更大發(fā)展，隨著人民生活水平的提高，對(duì)畜產(chǎn)品品質(zhì)要求越來越高，飼用抗生素添加劑正在逐步被限制或禁止使用，歐盟規(guī)定自2006年起禁止在畜禽飼料中添加抗生素，隨后日本、韓國等亞洲發(fā)達(dá)國家也相應(yīng)出臺(tái)了的限制動(dòng)物產(chǎn)品抗生素殘留的法規(guī)。因此，開發(fā)替代抗生素的高效安全詞料添加劑，減輕抗生素殘留對(duì)畜產(chǎn)品品質(zhì)的危害是我國畜牧業(yè)發(fā)展迫切需要解決的問題，對(duì)提高畜禽產(chǎn)品品質(zhì)，促進(jìn)畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展意義重大。綜上考慮，有必要找到能夠替代肌酸和抗生素的物質(zhì)，來提高動(dòng)物的采食量、生3長(zhǎng)性能及繁殖性能。胍基乙酸為無色葉片狀或針狀結(jié)晶，溶于水，極微溶于乙醇和乙醚，大于28(TC分解。胍基乙酸是動(dòng)物及人體的內(nèi)生性物質(zhì)，在肌酸合成的過程中起相當(dāng)重要的作用(見方程式(II)和(III))。在脊椎動(dòng)物中胍基乙酸的合成主要在腎臟，該反應(yīng)由氨基轉(zhuǎn)移酶催化，胍基乙酸進(jìn)一步合成肌酸的反應(yīng)在肝臟中進(jìn)行，此反應(yīng)需要甲基轉(zhuǎn)移酶參與，s-腺苷甲硫氨酸提供甲基。合成的肌酸擴(kuò)散到血液中，然后被輸送到靶器官，此過程需要肌酸轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)參與。L-精氨酸+甘氨酸~~L-每氨酸+胍基乙酸(II)S-腺苷蛋氨酸+胍乙酸肌酸+S-腺苷同型半胱氨酸(III)胍基乙酸主要用于醫(yī)藥有機(jī)合成中間體，也可作為食品或飼料添加劑，并且最近發(fā)現(xiàn)胍基乙酸及其鹽還有很多其他有益效果胍基乙酸及其鹽在酸性溶液中具有很好的穩(wěn)定性，在吸收利用之前不會(huì)轉(zhuǎn)化為肌酸酐；具有抗菌活性，動(dòng)物試驗(yàn)也表明其能夠有效防止細(xì)菌感染，比如葡萄球菌感染(StanleyDrugProductsInc.,USA);增強(qiáng)動(dòng)物的免疫功能、促進(jìn)動(dòng)物的繁殖性能；能夠減低熱應(yīng)激對(duì)動(dòng)物的影響，從而減少動(dòng)物在高溫環(huán)境下的死亡率，這可能是因?yàn)殡一宜嵩隗w內(nèi)轉(zhuǎn)化為肌酸，肌酸有較強(qiáng)的系水率，有助于卨溫下機(jī)體組織水的維系；胍基類化合物可以促進(jìn)胰腺分泌胰島素，在這方面，胍基乙酸的效果要強(qiáng)于肌酸，而胰島素又可以促進(jìn)肌肉細(xì)胞中葡萄糖與氨基酸的吸收，從向—促進(jìn)蛋白質(zhì)合成，另外胰島素還可以促進(jìn)肌肉吸收肌酸，降低肌肉組織降解率。通常的胍基乙酸合成路線是由硫脲與溴乙垸反應(yīng)生成S-乙基硫脲氫溴酸鹽，再與甘氨酸反應(yīng)制得胍基乙酸。這種方法反應(yīng)過程復(fù)雜，存在過量溴乙垸和乙醇回收問題，且收率不高。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種胍基乙酸鹽的合成方法。本發(fā)明的胍基乙酸鹽的合成方法，包括以下步驟1)鹽酸胍與堿性物質(zhì)C發(fā)生中和反應(yīng)，生成游離胍，得到A溶液；2)氯乙酸與堿性溶液D反應(yīng)，得到B溶液；3)A溶液與B溶液反應(yīng)，生成胍基乙酸鹽。步驟l)是中和反應(yīng)，為了避免生成的游離胍聚合成三聚氰胺，該步驟的反應(yīng)溫度應(yīng)控制在20'C以下，優(yōu)選是15'C以下。如果直接將堿性物質(zhì)C(如氫氧化鈉)加到鹽酸胍的水溶屮，氫氧化鈉溶于水會(huì)大量發(fā)熱，加上氫氧化鈉和鹽酸胍的反應(yīng)極易進(jìn)行，也要放熱，很難控制溫度，因此，所述步驟l)可以將堿性物質(zhì)先溶于水，降溫至15'C以下，然后緩慢加入鹽酸胍。所述堿性物質(zhì)C可為氫氧化鈉，此時(shí)堿性物質(zhì)C:鹽酸胍氯乙酸的質(zhì)量比為(150-250):(430-530):(400-520)，優(yōu)選質(zhì)量比為200:480:460。所述堿性物質(zhì)C還可為碳酸鈉，此時(shí)堿性物質(zhì)C:鹽酸胍氯乙酸的質(zhì)量比為(200-300):(430-530):(400-520)，優(yōu)選質(zhì)量比為265:480:460。所述堿性溶液D為氫氧化鈉溶液或碳酸鈉溶液；所述氫氧化鈉溶液濃度(質(zhì)量百分比)為20%-50%，優(yōu)選濃度為25%;碳酸鈉溶液濃度(質(zhì)量百分比)為20-50%，優(yōu)選為30%。由于步驟3)反應(yīng)會(huì)生成HCI氣體，為了使反應(yīng)液不至于爆沸，所述步驟3)的反應(yīng)是將A溶液滴加到B溶液中的。步驟3)實(shí)際上是N-垸基化反應(yīng)，該反應(yīng)較容易發(fā)牛，且為放熱反應(yīng)，故應(yīng)在較低溫度下進(jìn)行，通過實(shí)驗(yàn)證明，步驟3)的反應(yīng)溫度為35-50'C，優(yōu)選為38-45r，最優(yōu)選為4(TC。所述步驟3)的反應(yīng)保溫時(shí)間為不小于20小時(shí)，優(yōu)選不小于24小時(shí)。本發(fā)明的另一目的在于提供胍基乙酸的合成方法，包括以下步驟a)鹽酸胍與堿性物質(zhì)C發(fā)生中和反應(yīng)，生成游離胍溶液；b)往將步驟a)得到的游離胍溶液中加入氯乙酸，這樣就得到胍基乙酸。步驟a)是中和反應(yīng)，為了避免生成的游離胍聚合成三聚氰胺，該步驟的反應(yīng)溫度應(yīng)控制在2(TC以下，優(yōu)選是15'C以下。如果直接將堿性物質(zhì)C(如氫氧化鈉)加到鹽酸胍的水溶中，氫氧化鈉溶于水會(huì)大量發(fā)熱，加上氫氧化鈉和鹽酸胍的反應(yīng)極易進(jìn)行，也要放熱，很難控制溫度，因此，所述步驟a)可以將堿性物質(zhì)先溶于水，降溫至15'C以下，然后緩慢加入鹽酸胍。所述堿性物質(zhì)C可為氫氧化鈉，此時(shí)堿性物質(zhì)C:鹽酸胍氯乙酸的質(zhì)量比為(150-250):(430-530):(400-520)，優(yōu)選質(zhì)量比為200:480:460。所述堿性物質(zhì)C還可為碳酸鈉，此時(shí)堿性物質(zhì)C:鹽酸胍氯乙酸的質(zhì)量比為(200-300):(430-530):(400-520)，優(yōu)選質(zhì)量比為265:480:460。由于歩驟b)反應(yīng)會(huì)生成HC1氣體，為了使反應(yīng)液不至于爆沸，所述步驟b)的反應(yīng)是將氯乙酸滴加到游離胍溶液中的。步驟b)實(shí)際上是N-烷基化反應(yīng)，該反應(yīng)較容易發(fā)生，且為放熱反應(yīng)，故應(yīng)在較低溫度下進(jìn)行，通過實(shí)驗(yàn)證明，步驟b)的反應(yīng)溫度為35-50°C，優(yōu)選為38-45。C，最優(yōu)選為40'C。所述步驟b)的反應(yīng)保溫時(shí)間不小于24小時(shí)，超過24小時(shí)，胍基乙酸收率基本不變。本研究使用的方法合成工藝簡(jiǎn)單，工藝條件易控制，操作方便，收率較高，副產(chǎn)物少，分離提純方便，本發(fā)明方法生產(chǎn)的胍基乙酸鹽的純度可達(dá)98%;胍基乙酸的純度可達(dá)98%，可作為飼料添加劑，也可作為食品添加劑和藥品使用。本發(fā)明方法生產(chǎn)的胍基乙酸及其鹽(結(jié)晶出的純品)可以是固態(tài)形式，白色或者淺黃色粉末狀；也可以是液體形式(酸性溶液形式)。本發(fā)明的胍基乙酸及其鹽作為詞料添加劑，飼養(yǎng)動(dòng)物后，可在動(dòng)物體內(nèi)轉(zhuǎn)化成肌酸，解決了歐盟等規(guī)定動(dòng)物性蛋白原料和抗生素不允許添加到動(dòng)物日糧中的問題，并且胍基乙酸及其鹽比肌酸具有更好的穩(wěn)定性，更適合作為飼料添加劑。圖l為實(shí)施例l的實(shí)驗(yàn)路線圖2為實(shí)施例2的實(shí)驗(yàn)路線圖3為HPLC檢驗(yàn)胍基乙酸鹽純度的結(jié)果圖4為HPLC檢驗(yàn)胍基乙酸純度的結(jié)果圖。具體實(shí)施例方式本發(fā)明所用的原料全部能夠從商業(yè)途徑獲得。實(shí)施例1、胍基乙酸鹽的制備本發(fā)明制備胍基乙酸鹽的流程如圖1所示-一、制備胍基乙酸鹽1、游離胍溶液的制備600ml水中加入200gNaOH(或265gNa2C03)攪拌溶解，降溫至15。C以卜，緩慢加入480g鹽酸胍，攪拌溶解至透明。即可得到游離胍溶液A。2、氯乙酸鈉溶液460ml水中加入460g氯乙酸室溫下攪拌至溶解，滴加25%(質(zhì)量百分比)NaOH溶液760g(或30%(質(zhì)量百分比)Na2C(V溶液840g)，攪拌至完全溶解。即可得到氯乙酸鈉溶液B。3、胍基乙酸鹽的合成將步驟(1)制得的游離胍溶液A在4(TC下滴加到歩驟(2)制得的氯乙酸鈉溶液B中，攪拌反應(yīng)約24個(gè)小時(shí)，生成白色固體。過濾，用少量水和乙醇洗滌后，8(TC千燥得到胍基乙酸鹽產(chǎn)物。二、純度檢測(cè)6HPLC測(cè)定:色譜柱SunchromODS-A250X4.6mm5um;檢測(cè)器紫夕卜210nm;流動(dòng)相0.1MNa2HP04/乙腈(2:1，用磷酸調(diào)pH至3.0);流速1,0ml/min;柱溫25°C;進(jìn)樣量20uL。結(jié)果如圖3所示(圖3a是胍基乙酸鈉樣品HPLC譜圖；圖3b是胍基乙酸鈉標(biāo)準(zhǔn)品HPLC譜圖)，本發(fā)明提供的方法生產(chǎn)的胍基乙酸鹽的純度達(dá)98%。三、影響胍基乙酸鹽合成反應(yīng)的因素1、反應(yīng)溫度的影響按照實(shí)施例l步驟一給出的物料配比和反應(yīng)時(shí)間，觀察不同反應(yīng)溫度(20、30、35、40、45、5(TC)對(duì)胍基乙酸鹽收率的影響。結(jié)果如表1所示溫度控制在35-50。C較合理，優(yōu)選為38-45。C，最優(yōu)選為40。C。步驟一的步驟3實(shí)際是N-垸基化反應(yīng)，該反應(yīng)較容易進(jìn)行，且為放熱反應(yīng)，故應(yīng)采取在較低溫度下進(jìn)行，最優(yōu)選為4(TC。表1反應(yīng)溫度對(duì)胍基乙酸鹽收率的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>注上述物料配比和反應(yīng)時(shí)間等參數(shù)嚴(yán)格按照實(shí)施例1步驟一給出的進(jìn)行。2、反應(yīng)時(shí)間的影響按照實(shí)施例l步驟給出的物料配比和反應(yīng)溫度，觀察不同反應(yīng)時(shí)間(6、12、18、24、30、36小時(shí))對(duì)胍基乙酸鹽收率的影響。結(jié)果如表2所示步驟一的步驟3的反應(yīng)保溫時(shí)間不能短，否則反應(yīng)不完全，收率低，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為24h以后收率幾乎保持穩(wěn)定，因此反應(yīng)時(shí)間不應(yīng)小于20小時(shí)，優(yōu)選為不小于24小時(shí)。表2保溫時(shí)間對(duì)胍基乙酸鹽收率的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>注上述物料配比和反應(yīng)溫度等其他參數(shù)嚴(yán)格按照實(shí)施例1步驟一給出的進(jìn)行:實(shí)施例2、胍基乙酸的制備胍基乙酸合成路線圖如圖2所示，實(shí)施例2與實(shí)施例1的區(qū)別在于氯乙酸直接與游離胍溶液反應(yīng)，生成胍基乙酸。其具體步驟如下一、游離胍溶液的制備600ml水中加入250gNaOH(或300gNa2CO3)攪拌溶解，降溫至2(TC以下，緩慢加入480g鹽酸胍，攪拌溶解至透明。即可得到游離胍溶液A。二、胍基乙酸的生成520ml水中加入520g氯乙酸室溫下攪拌至溶解，滴加到步驟一制備的游離胍溶液中，攪拌反應(yīng)約24個(gè)小時(shí)，生成白色固體。過濾，用少量水和乙醇洗滌后，80。C干燥得到胍基乙酸產(chǎn)物。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，步驟二的反應(yīng)溫度為35-50。C，優(yōu)選為38-45。C，最優(yōu)選為40。C。在40°。時(shí)胍基乙酸的收率達(dá)75%;反應(yīng)時(shí)間24小時(shí)，胍基乙酸收率達(dá)75%，超過24小時(shí)，胍基乙酸收率基本不變，因此反應(yīng)時(shí)間不小于24小時(shí)。胍基乙酸的純度可由HPLC測(cè)定色譜柱Sunchrom0DS-A250X4.6mm5um;檢測(cè)器紫外210nm;流動(dòng)相0.1MNa2HP(V乙腈(2:1，用磷酸調(diào)pH至3.0);流速1.0ml/min;柱溫25°C;進(jìn)樣量20uL。結(jié)果如圖4所示(圖4a是GAA樣品HPLC譜圖；圖4b是GAA標(biāo)準(zhǔn)品HPLC譜圖)，本發(fā)明提供的方法生產(chǎn)的胍基乙酸的純度達(dá)98%。權(quán)利要求1、胍基乙酸鹽的合成方法，其特征在于，包括以下步驟1)鹽酸胍與堿性物質(zhì)C發(fā)生中和反應(yīng)，生成游離胍，得到A溶液；2)氯乙酸與堿性溶液D反應(yīng)，得到B溶液；3)A溶液與B溶液反應(yīng)，生成胍基乙酸鹽。2、如權(quán)利要求1所述的合成方法，其特征在于所述步驟1)是將堿性物質(zhì)C先溶于水，降溫至15。C以下，緩慢加入鹽酸胍。3、如權(quán)利要求1或2所述的合成方法，其特征在于所述堿性物質(zhì)C為氫氧化鈉或碳酸鈉。4、如權(quán)利要求3所述的合成方法，其特征在于所述堿性物質(zhì)C為氫氧化鈉時(shí)，所述堿性物質(zhì)C:鹽酸胍氯乙酸的質(zhì)量比為(150-250):(430-530):(400-520)，優(yōu)選質(zhì)量比為200:480:460;所述堿性物質(zhì)C為碳酸鈉吋，所述堿性物質(zhì)C:鹽酸胍氯乙酸的質(zhì)量比為(200-300):(430-530):(400-520)，優(yōu)選質(zhì)量比為265:480:460。5、如權(quán)利要求1所述的合成方法，其特征在于所述堿性溶液D為氫氧化鈉溶液或碳酸鈉溶液；所述氫氧化鈉溶液濃度(質(zhì)量百分比)為20%-50%，優(yōu)選濃度為25%;碳酸鈉溶液濃度(質(zhì)量百分比)為20-50%，優(yōu)選為30%。6、如權(quán)利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述步驟3)的反應(yīng)溫度為35-50。C，優(yōu)選為38-45'C，最優(yōu)選為40'C;所述步驟3)的反應(yīng)保溫時(shí)間為不小于20小時(shí)，優(yōu)選為不小于24小時(shí)。7、胍基乙酸的合成方法，其特征在于，包括以下步驟a)鹽酸胍與堿性物質(zhì)C發(fā)生中和反應(yīng)，生成游離胍溶液；b)往將步驟a)得到的游離胍溶液中加入氯乙酸，得到胍基乙酸。8、如權(quán)利要求7所述的合成方法，其特征在于，所述堿性物質(zhì)C為氫氧化鈉或碳酸鈉。9、如權(quán)利耍求8所述的合成方法，其特征在于，所述氫氧化鈉鹽酸胍氯乙酸的質(zhì)量比為(150-250):(430-530):(400-520)，優(yōu)選質(zhì)量比為200:480:460;所述碳酸鈉鹽酸胍氯乙酸的質(zhì)量比為(200-300):(430-530):(400-520)，優(yōu)選質(zhì)量比為265:480:460。10、如權(quán)利要求7所述的合成方法，其特征在于，所述步驟b)的反應(yīng)溫度為35-50°C，優(yōu)選為38-45'C,最優(yōu)選為4(TC;所述歩驟b)的反應(yīng)保溫時(shí)間不小于24小時(shí)。全文摘要本發(fā)明公開了一種胍基乙酸及其鹽的合成方法。胍基乙酸鹽合成方法包括以下步驟1)鹽酸胍與堿性物質(zhì)C發(fā)生中和反應(yīng)，得到A溶液；2)氯乙酸與堿性溶液反應(yīng)，得到B溶液；3)A溶液與B溶液反應(yīng)，生成胍基乙酸鹽。所述堿性物質(zhì)C可為氫氧化鈉或碳酸鈉。所述氫氧化鈉∶鹽酸胍∶氯乙酸的優(yōu)選質(zhì)量比為200∶480∶460。所述碳酸鈉∶鹽酸胍∶氯乙酸的優(yōu)選質(zhì)量比為265∶480∶460。步驟3)的反應(yīng)溫度優(yōu)選為40℃，反應(yīng)保溫時(shí)間不小于24小時(shí)。胍基乙酸合成是將步驟1)直接和氯乙酸反應(yīng)即可。本研究使用的方法合成工藝簡(jiǎn)單，操作方便，收率較高，副產(chǎn)物少，分離提純方便，本發(fā)明的化合物產(chǎn)品純度可達(dá)98％以上。文檔編號(hào)C07C277/00GK101525305SQ20091008203公開日2009年9月9日申請(qǐng)日期2009年4月17日優(yōu)先權(quán)日2009年4月17日發(fā)明者張德福,楊立彬,波石申請(qǐng)人:北京君德同創(chuàng)農(nóng)牧科技有限公司