脉冲电场辅助制备氨基酸螯合铜的研究

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本文探讨了脉冲电场对氨基酸和铜螯合反应的作用。由于L-色氨酸是蛋白质中一个重要疏水性氨基酸,而且它的吲哚环对环境非常敏感,它的结构的改变在一定程度上反映了蛋白质的结构的变化。因此首先以色氨酸为研究对象,研究了脉冲电场对单一氨基酸结构和性质的影响。在此基础上探索了脉冲电场对甘氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸三种氨基酸与硫酸铜的螯合反应的作用,采用紫外吸收法对产物含量进行表征,确定了最佳反应条件,计算了生成的氨基酸螯合铜产物的摩尔电导率、稳定常数,考察了其溶液的稳定性,并通过元素分析、红外光谱和X衍射对生成的产物进行了表征。研究结果表明,随着脉冲电场场强和脉冲数的增加,L-色氨酸的溶解度持续增大,但是当场强超过40kV/cm时,溶解度又有所降低。在一定的场强下,电导率和pH随着电场强度和脉冲数的增大变化都不大,而表面张力持续减小,当场强超过40kV/cm以后,表面张力发生突降。施加脉冲数的增多导致L-色氨酸溶液的荧光光谱发生2-4nm的红移,而最大荧光强度呈现先增大后减小的趋势,转折点在216个脉冲数。这可能是由于脉冲电场对色氨酸的吲哚环产生了一定的诱导,使得色氨酸分子极化,这为脉冲电场对氨基酸的应用提供了一定的理论基础。将甘氨酸和硫酸铜反应后,用有机溶剂沉淀法获得产物。结合原子吸收法和EDTA滴定法测定产物含量。以氨基酸铜的产量为指标,探究了不加脉冲电场的最佳螯合条件。结果表明,在螯合比2:1、反应pH7.0,反应温度50oC条件下,反应速率最大。而施加脉冲电场后,可以明显加速甘氨酸和硫酸铜的螯合反应。当场强达到40kV/cm,处理时间为50min时,甘氨酸铜的浓度提高了89%。通过红外结构分析可以看出,随着场强的增加,脉冲电场的促进效果越明显,且生成产物更为稳定。研究了经过和未经脉冲电场处理的氨基酸铜溶液的相关性质,包括摩尔电导率、溶解度和稳定常数。结果表明:两种条件下生成的产物均为分子化合物,经过脉冲电场处理后的分子更加稳定。经过脉冲电场处理后,几种氨基酸铜的稳定常数都得到了提高,甘氨酸铜、赖氨酸铜、蛋氨酸铜的稳定常数分别提高了1.58倍、1.34倍和1.25倍,证明其稳定性比未经处理的氨基酸铜溶液更强。考察了60天内甘氨酸铜溶液在不同温度下的稳定性,检测指标包括双硫腙显色情况、pH值、电导率以及螯合率。随着时间的推移,溶液中已经达到反应平衡的甘氨酸铜都会发生部分解离,产生游离铜离子。温度是影响其解离速度的一个重要因素,低温下解离速度比常温下慢很多,而经过脉冲电场处理后的甘氨酸铜由于其更高的稳定常数,表现出了更强的稳定性,因此解离速度最慢。最后,通过元素分析对生成的甘氨酸铜进行了初步的定量鉴定,并通过红外光谱和X衍射光谱对产物的结构进行了表征,由红外光和X衍射谱图可以看出,螯合反应后氨基酸的结构发生了明显变化,可以证实是生成了氨基酸铜。而且产物结构也更加稳定。
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