专利名称：一种动物营养添加剂氨基酸－硒代蛋氨酸的合成方法
技术领域：
本发明涉及一种含硒氨基酸化合物的合成方法，具体涉及一种动物营养添加剂氨基酸——硒代蛋氨酸的合成方法。
背景技术：
硒已被证明为动物和人体必须的营养微量元素之一，硒进入机体主要通过生物地球化学食物链。在动物体内，硒是谷胱甘肽过氧化酶、5，-脱碘酶的必需组成部分，同时又是体内许多蛋白质的组成成分。统计表明，我国约有2/3的地区缺硒，只有在畜、禽日粮中添补一定量的硒，才能发挥其正常生产性能，因此补硒在我国动物生产以及人民身体健康都上有重要的意义。
目前，生产中一直采用给畜、禽日粮添补无机态的亚硒酸钠(NaSeO3)来满足其需要，无机硒除利用率低外，还有许多不利因素①对饲料厂工人的身体健康有潜在毒性；②毒性大，动物易发生中毒；③同许多无机微量元素一样，不易被肠道吸收，未被吸收的硒随粪便排出，污染环境。对于无机硒的缺陷人们早已深入研究并达成共识，但目前又找不到合适的有机硒代替产品。既要解决补硒问题，又要克服无机硒带来的不足，目前对有机硒——特别是饲用有机硒的研究已引起国内外研究者的高度重视。
与无机硒相比，有机硒有以下几种优势①可降低肉品的滴水损失；②提高畜禽产品质量；③对动物机体抗应激、提高免疫力有重要的作用；④有很高的生物学效价和抗氧化性能；⑤增强动物的繁殖能力；⑥具有吸收率高、生物活性强、环境污染小等特点。
目前有机硒主要有化学合成和生物发酵两种方法得到，化学合成的有机硒产品很多，如硒化亚油酸、硒化脂多糖、硒化卡拉胶、肌醇硒酸酯等，这些产品由于生产工艺复杂、价格昂贵，除在实验室研究外，实际生产应用的报道很少。在饲料生产上，目前试用的主要为酵母硒，主要采用生物转化方法，以无机硒亚硒酸钠为原料，通过生物发酵，将无机硒转化为有机硒，在酵母硒中，有机硒的基本形式主要为硒代蛋氨酸，硒以还原价态存在，与氨基酸结合。但酵母硒也存在以下几方面问题①硒含量很低，目前只有0.03％-0.1％；达到满足动物的营养需要量，成本很高；②产品的形态、纯度不稳定，质量不易被控制，添加的剂量难于把握；③生产工艺复杂，投资成本高；④生产效率低、投资规模大；⑤在发酵过程中，无机硒转化率低，大部分无机硒以废水形式排出，对环境造成严重污染。因此，酵母硒技术无法大量推广应用。
采用化学合成法合成有机硒——硒代蛋氨酸，目前主要有以下几种(1)液氨法(Na/liq NH3)制备硒代蛋氨酸先制备苄基硒代高半胱氨酸，再用金属钠/液氨反应切除苄基，然后甲基化得到硒代蛋氨酸。(徐辉碧主编，硒的化学、生物化学及其在生命科学中的应用，第50页，武汉华中理工大学出版社，1994)这种方法由于反应温度非常低，操作极不方便，需要特殊的装置，大规模工业化生产中，使用的原料金属钠和液氨极不安全；(2)甲基锂法(Johannes Romer；Peter Mading；Frank Rosch.Appl.Radiat.Isot 1992，43，495-501.)在无水四氢呋喃溶剂中，硒与甲基锂反应生成甲基硒化锂，再与4-氯-α-氨基丁酸酯的衍生物反应得到硒代蛋氨酸，这种方法由于用到的是极易燃烧的甲基锂，需要无水无氧装置，要实现工业化也非常困难；(3)氨基丁内酯氢溴酸盐法(宋连卿、林钰等，郑州粮食学院学报，1999，20，62-64)即从γ-丁内酯出发，经过溴化、氨代等5步，收率很低，生产成本较高也不适宜工业化生产；(4)董国臣提出甲硒基丙醛法制备硒代蛋氨酸(董国臣，CN1369483A)，即用丙烯醛与甲硒醇先发生加成反应制得甲硒基丙醛，然后用氰化钠环化得到甲硒基乙内酰脲，再水解、中和得到硒代蛋氨酸，这种方法也只是在实验室研究水平，因为该方法还有以下问题需要解决原料甲硒醇不易得到，且沸点特别低；需要用到剧毒物质氰化钠，因而安全性得不到保障。
(5)以蛋氨酸为原料来制备硒代蛋氨酸(Troels Koch，Ole Buchardt Synthesis1993，11，1065-1067；魏学红，董国臣，郝俊生等CN1295214C)，将蛋氨酸与碘甲烷反应，然后用NaHCO3水溶液水解，加盐酸酸化、酯化得到α-氨基丁内酯盐酸盐，然后在氮气保护下，α-氨基丁内酯盐酸盐与无水乙醇的甲硒醇钠溶液中加热回流反应6小时，冷却、酸化、过滤得产品。该方法共5步，步骤较长，总产率很低，特别是α-氨基丁内酯盐酸盐与甲硒醇钠的反应，很多研究都表明收率非常低。
(6)以二卤代乙基哌啶二酮为原料制备硒代蛋氨酸(Otto PphlGB1281293)，方法中仍然要用到硒和甲基锂反应制备甲硒醇锂盐，该路线也很难实现工业化生产。
总之，现有的合成方法中存在以下问题①甲硒醇负离子的制备都是采用极易燃烧试剂甲基锂；②路线中原料来源困难，如液氨或是甲硒醇，需要特殊设备，反应条件极为苛刻；③工艺路线较长、收率低，成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种条件温和、操作简便、安全性好、成本低、产率高的硒代蛋氨酸合成方法，以实现工业化生产，满足有机硒在饲料添加剂及其它领域的需要。
本发明以二甲基二硒醚为原料，经过硼氢化金属或其取代的硼氢化金属在碱性水溶液中还原得到甲硒醇负离子，再与4-卤-α-氨基酸或其衍生物反应，经过水解、调节pH值，得到硒代蛋氨酸，反应方程式如下 本发明的合成方法包括以下具体步骤(1)将二甲基二硒醚溶于极性非质子溶剂，搅拌均匀，再加入强碱的水溶液，分批次加入定量的金属硼氢化物或取代的硼氢化金属，其中二甲二硒醚与金属硼氢化物或取代的硼氢化金属物质量之比为0.5～5，在0～100℃反应0.5～25小时，得到甲硒醇盐的水溶液；(2)向甲硒醇盐的水溶液中加入4-卤-α-氨基酸或其衍生物的水溶液，其中4-卤-α-氨基酸或其衍生物物质量与甲硒醇负离子物质量之比为0.5～5，搅拌，在10～100℃反应0.5～20小时，反应结束后，水解，酸化，浓缩至干，用醇溶解，滤液用碱调节pH＝6～7，得到硒代蛋氨酸。
上述步骤(1)中，所述极性非质子溶剂选用DMF、DMSO或HMPA，优先选择DMF；所述强碱是指氢氧化物，如KOH、NaOH、LiOH或Ba(OH)2，优先选择NaOH、KOH，强碱溶液浓度为1～20M，优选6～10M；所述金属硼氢化物选用NaBH4、KBH4、LiBH4、硼氢化锌、三乙基硼氢化锂或氰基硼氢化钠，优先选择NaBH4、KBH4；上述步骤(2)中，所述4-卤-α-氨基酸或其衍生物具体指以下两种类型①Y为H时，结构式如下 XC1、Br、I，优先选择Cl、Br；RH、C1-C4的烷基，如甲基、乙基、丙基、丁基，优先选择甲基、乙基；②Y为酰基时，结构式如下 XCl、Br、I，优先选择Cl、Br；RH、C1-C4的烷基，如甲基、乙基、丙基、丁基，优先选择甲基、乙基；R1H、C1-C3的烷基，如甲基、乙基、丙基，优先选择甲基、乙基；所述的酸是指稀的强酸溶液，如HCl、H2SO4或HNO3，优先选择HCl、H2SO4，酸的浓度为0.1M～6M，优先选择1～3M；所述的醇为C1-C4的一元醇和二元醇，如甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、乙二醇等，另外也指丙三醇，优先选择甲醇、乙醇；所述的碱为氨水和有机胺类，如二甲胺、三甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、丙胺等，优先选择三乙胺、氨水。
本发明提出以二甲基二硒醚为原料，在碱的水溶液中，经硼氢化物还原剂还原得到甲硒醇负离子，再与4-卤-α-氨基酸或其衍生物的水溶液反应，水解、酸化，调节pH＝6～7的两步反应法制备硒代蛋氨酸。本发明的反应体系均是在水溶液中进行，反应体系不需要惰性气体保护，避开无水、无氧操作；反应中用到的都是常见原料，安全性好；不需要特殊装置、反应条件温和、易于操作、产率较高(55％～75％)的特点，易于进行工业化生产。
具体实施例方式
以下列举具体实施例对本发明进行说明。实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表本发明的保护范围，其他人根据本发明做出的非本质的修改和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1在500ml反应瓶中加入50g CH3SeSeCH3，加入20mlDMSO稀释，在搅拌下加入100ml浓度为6M NaOH水溶液，维持温度在25℃，分批加入总量为6g的NaBH4，充分搅拌反应5小时，得到透明溶液。
向上述所得溶液中加入35g 4-溴-α-氨基丁酸甲酯氢溴酸盐，升温60℃，搅拌反应3小时，反应结束后，加3M的盐酸酸化，浓缩至干，用乙醇溶解，过滤，收集滤液，用氨水调节pH＝6～7，过滤，洗涤，干燥得到金属光泽的硒代蛋氨酸14.85g，产率60％，HPLC含量分析98％，硒的含量38.5％。
实施例2在1000ml反应瓶中加入150g CH3SeSeCH3，加入100ml DMF稀释，在搅拌下加入300ml浓度为8M KOH水溶液，维持温度在60℃，分批加入总量为64.5g的KBH4，充分搅拌反应4小时，得到透明溶液。
向上述所得溶液中加入135g 4-氯-α-(N-乙酰基)氨基丁酸甲酯，升温40℃，搅拌反应8小时，反应结束后，加2M的盐酸酸化，浓缩至干，用乙醇溶解，过滤，收集滤液，用氨水调节pH＝6～7，过滤，洗涤，干燥得到金属光泽的硒代蛋氨酸75.2g，产率55％，HPLC含量分析97％，硒的含量38.0％。
实施例3在50ml反应瓶中加入5g CH3SeSeCH3，加入5ml HMPA稀释，在搅拌下加入10ml浓度为1M NaOH水溶液，维持温度在20℃，分批加入总量为0.6g的NaBH4，充分搅拌反应10小时，得到透明溶液。
向上述所得溶液中加入7g 4-溴-α-氨基丁酸氢溴酸盐，升温50℃，搅拌反应5小时，反应结束后，加3M的盐酸酸化，浓缩至干，用乙醇溶解，过滤，收集滤液，用氨水调节pH＝6～7，过滤，洗涤，干燥得到金属光泽的硒代蛋氨酸3.18g，产率61％，HPLC含量分析98％，硒的含量38.5％。
实施例4在500ml反应瓶中加入50g CH3SeSeCH3，加入20ml DMF稀释，在搅拌下加入50ml浓度为20M NaOH水溶液，维持温度在40℃，分批加入总量为6g的NaBH4，充分搅拌反应5小时，得到透明溶液。
向上述所得溶液中加入95g 4-碘-α-氨基丁酸甲酯氢碘酸盐，升温50℃，搅拌反应7小时，反应结束后，加6M的盐酸酸化，浓缩至干，用乙醇溶解，过滤，收集滤液，用三乙胺调节pH＝6～7，过滤，洗涤，干燥得到金属光泽的硒代蛋氨酸39.15g，产率75％，HPLC含量分析96％，硒的含量37.9％。
实施例5在250ml反应瓶中加入10g CH3SeSeCH3，加入10mlDMF稀释，在搅拌下加入20ml浓度为8M NaOH水溶液，维持温度在30℃，分批加入总量为2g的NaBH4，充分搅拌反应4小时，得到透明溶液。
向上述所得溶液中加入25g 4-溴-α-(N-乙酰基)氨基丁酸甲酯，升温60℃，搅拌反应3小时，反应结束后，加3M的盐酸酸化，浓缩至干，用乙醇溶解，过滤，收集滤液，用氨水调节pH＝6～7，过滤，洗涤，干燥得到金属光泽的硒代蛋氨酸12g，产率58.5％，HPLC含量分析98.2％，硒的含量38.6％。
权利要求
1.一种动物营养添加剂氨基酸——硒代蛋氨酸的合成方法，其特征在于以二甲基二硒醚为原料，经过硼氢化金属或其取代的硼氢化金属在碱性水溶液中还原得到甲硒醇负离子，再与4-卤-α-氨基酸或其衍生物反应，经过水解、调节pH值，得到硒代蛋氨酸。
2.根据权利要求1所述的硒代蛋氨酸的合成方法，其特征在于包括以下具体步骤(1)将二甲基二硒醚溶于极性非质子溶剂，搅拌均匀，再加入强碱的水溶液，分批次加入定量的金属硼氢化物或取代的硼氢化金属，其中二甲二硒醚与金属硼氢化物或取代的硼氢化金属物质量之比为0.5～5，在0～100℃反应0.5～25小时，得到甲硒醇盐的水溶液；(2)向甲硒醇盐的水溶液中加入4-卤-α-氨基酸或其衍生物的水溶液，其中4-卤-α-氨基酸或其衍生物物质量与甲硒醇负离子物质量之比为0.5～5，搅拌，在10～100℃反应0.5～20小时，反应结束后，水解，酸化，浓缩至干，用醇溶解，滤液用碱调节pH＝6～7，得到硒代蛋氨酸，反应方程式如下
3.根据权利要求2所述的硒代蛋氨酸的合成方法，其特征在于步骤(1)中所述的极性非质子溶剂为DMF、DMSO或HMPA。
4.根据权利要求2所述的硒代蛋氨酸的合成方法，其特征在于步骤(1)中所述的强碱为KOH、NaOH、LiOH或Ba(OH)2，其浓度为1～20M。
5.根据权利要求2所述的硒代蛋氨酸的合成方法，其特征在于步骤(1)中所述的金属硼氢化物为NaBH4、KBH4、LiBH4、硼氢化锌、三乙基硼氢化锂或氰基硼氢化钠。
6.根据权利要求2所述的硒代蛋氨酸的合成方法，其特征在于步骤(2)中所述的4-卤-α-氨基酸或其衍生物具体指以下两种类型①Y为H时，结构式如下 其中，XCl、Br、I；RH、C1-C4的烷基；②Y为酰基时，结构式如下 其中，XCl、Br、I；RH、C1-C4的烷基；R1H、C1-C3的烷基。
7.根据权利要求2所述的硒代蛋氨酸的合成方法，其特征在于步骤(2)中所述的酸为HCl、H2SO4或HNO3，其浓度为0.1～6M。
8.根据权利要求2所述的硒代蛋氨酸的合成方法，其特征在于步骤(2)中所述的醇为C1-C4的一元醇或二元醇。
9.根据权利要求2所述的硒代蛋氨酸的合成方法，其特征在于步骤(2)中所述的碱为氨水或有机胺类。
全文摘要
本发明公开了一种动物营养添加剂氨基酸—硒代蛋氨酸的合成方法，该合成方法以二甲基二硒醚为原料，经过硼氢化金属或其取代的硼氢化金属在碱性水溶液中还原得到甲硒醇负离子，再与4－卤－α－氨基酸或其衍生物反应，经过水解、调节pH值，得到硒代蛋氨酸。本发明的反应体系均是在水溶液中进行，反应体系不需要惰性气体保护，避开无水、无氧操作；反应中用到的都是常见原料，安全性好；不需要特殊装置、反应条件温和、易于操作、产率较高的特点，易于进行工业化生产。
文档编号A23K1/16GK101073378SQ20071002873
公开日2007年11月21日 申请日期2007年6月21日 优先权日2007年6月21日
发明者冉学光, 林映才, 周桂莲, 蒋宗勇 申请人:广东新南都饲料科技有限公司