磺酸型生物緩沖劑的合成

1、磺酸型生物緩沖劑的合成卞克建3張志炳郭宗煜(南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院, 南京 210093)摘要 通過(guò)用氯代乙磺酸鈉與胺類(lèi)反應(yīng), 合成了幾種重要的磺酸型雙離子生物緩沖劑, 并對(duì)其進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞 生物緩沖劑, 磺酸鹽, 合成111試劑與儀器1, 22二氯乙烷 (a r , 上?；瘜W(xué)試劑廠) , 無(wú) 水 亞硫酸鈉 (c p , 宜興市第二化學(xué)試劑廠) , 嗎 啉 ( 9810% , 南京化工廠) , 二乙醇胺 (c p , 上海 化學(xué)試劑三廠) , 無(wú)水哌嗪 (99% , 進(jìn)口分裝) , 環(huán) 氧乙烷 (c p , 上?；瘜W(xué)試劑采購(gòu)供應(yīng)站)。n ico le t 170sx f t 紅 外 光 譜

2、儀, p e rk in 2e lm e r 240 元 素 分 析 儀, ph s22 型 酸 度 計(jì), 2w型阿貝折光儀。112合成實(shí)驗(yàn)11211氯乙磺酸鈉的合成 在裝有機(jī)械攪拌器、回流冷凝管、滴液漏斗的 1l 三口瓶中、加入 4411g ( 0135m o l) 無(wú)水亞 硫酸鈉、400ml 水, 攪拌, 油浴加熱升溫到 90以上。 滴加 3115ml ( 0. 40m o l) 1, 22二氯乙烷,40m in 內(nèi)加完。 保持回流溫度在 80左右, 繼 續(xù)反應(yīng) 4h 后冷卻, 將反應(yīng)液減壓蒸去水, 至白色固體全部析出。此固體主要由產(chǎn)物、未作用的原料和生成的鹽組成。在生物學(xué)研究中, 研究培

3、養(yǎng)對(duì)象的細(xì)胞介質(zhì)、組織間隙以及生物大分子都要以培養(yǎng)液為 營(yíng)養(yǎng)源。在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí), 這些物質(zhì)對(duì)培養(yǎng)基中的h + 都有一定的要求, 需要較穩(wěn)定 ph 值 的適用的生物緩沖劑。 除了 p k a 值應(yīng)合適外,通常還要求生物緩沖劑具有化學(xué)惰性、易溶于水而極少溶于有機(jī)溶劑、溫度的影響及鹽效應(yīng) 小的特點(diǎn), 并且還要易于合成。氨基磺酸型雙離子生物緩沖劑可以滿足如上大部分要求, 國(guó)際上已得到了較多的應(yīng)用1, 2 , 但目前國(guó)內(nèi)使用的 各種生物緩沖劑還基本依賴(lài)進(jìn)口。 本文以較為廉價(jià)的中間體氯代乙磺酸鈉與相應(yīng)的胺作用,合成了幾種重要的磺酸型生物緩沖劑, 其 p k a值在 6 8 之間, 并對(duì)這些緩沖劑進(jìn)行了分

4、析。 各個(gè)合成反應(yīng)的方程式如下:c lch 2ch 2c l+ n a2so 3c lch 2ch 2so 3n a氯乙磺酸鈉n h + c lch 2ch 2so 3n aoon ch 2ch 2so 3h22(n 2嗎啉) 乙磺酸 (m e s)將所得固體及 500ml 乙 醇 加 入 1l燒 瓶(ho ch 2ch 2 ) 2n h + c lch 2ch 2so 3n a中, 加熱回流 40m in , 大部分固體溶解, 得到一懸浮液。 趁熱過(guò)濾, 濾液冷卻后, 在 0放置過(guò) 夜。抽濾, 紅外燈干燥, 得片狀結(jié)晶 5415g, 收率(ho ch 2ch 2) 2n ch 2ch 2so

5、 3hn , n 2二 ( 22羥乙基) 222胺基乙磺酸 (b e s)hnn h + 2c lch 2ch 2so 3n a394%。ho 3sch 2ch 2nn ch 2ch 2so 3h1121222(n 2嗎啉) 乙磺酸 (m e s) 的合成n , n 2二 ( 22乙磺酸) 哌嗪 (p ip es)在裝有機(jī)械攪拌器、回流冷凝管的 250ml三 口 瓶 中 加 入 1815g ( 011 m o l ) c lch 2 2ch 2 so 3n a h 2o , 1715ml ( 0. 2m o l) 嗎 啉 和+hnn hohnn ch 2ch 2o hc lch 2ch 2so

6、 3n aho ch 2ch 2nn ch 2ch 2so 3hn 222羥乙基哌嗪2n 222乙磺酸 (h e p e s)1實(shí)驗(yàn)部分收稿日期: 1995 年 11 月 27 日。試劑介紹第 19 卷第 3 期卞克建等: 磺酸型生物緩沖劑的合成163100ml 水, 攪拌, 加熱回流 3h 后冷卻。 減壓蒸餾除去未作用的嗎啉, 剩余物溶解在 300ml 水 中, 用干氫型交換樹(shù)脂層析柱去鹽純化。取一定量的干氫型交換樹(shù)脂, 加蒸餾水浸30ml n ao h , 繼 續(xù) 回 流 20m in , 此 時(shí) 反 應(yīng) 液 的ph 值不再下降。 冷卻, 用濃鹽酸調(diào)至 ph 115,溶液立即變混濁, 靜置

7、過(guò)夜。 抽濾, 稱(chēng)重算出其 所含摩爾數(shù), 加入等摩爾數(shù)的 n ao h 溶液, 晶體轉(zhuǎn)化為一鈉鹽迅速溶解。再酸化至 ph 115, 靜置。 抽濾、烘干得粒狀晶體 1210g, 收率 54% 。11215n 222羥乙基哌嗪2n 222乙磺酸 (h e p 2e s) 的合成4在裝有機(jī)械攪拌器、回流冷凝管、通氣玻璃 管 的 250ml 三口瓶中加入 8612g ( 1m o l) 無(wú)水哌嗪和 80ml 乙醇, 攪拌溶解后, 升溫至 80泡 一晝夜。 垂直架設(shè)一內(nèi)徑為 215cm的玻璃柱, 樹(shù)脂層高 35cm , 用蒸餾水淋洗 15m in , 將反應(yīng)液上柱, 控制滴速。 用 ph 試紙檢測(cè)流出液

8、,開(kāi)始時(shí)為無(wú)色, 逐漸變?yōu)樗嵝? 取一滴流出液,加 2 滴銀銨溶液, 有沉淀產(chǎn)生, 證明有 c l- 。 收 集全部酸性溶液, 然后繼續(xù)用蒸餾水淋洗, 直至流出液變?yōu)橹行浴?洗脫液中主要為目的產(chǎn)物及h + , c 1- 。用 2m o ll 鹽酸淋洗柱子, 此時(shí), 流出 液為堿性, 主要含 n a+ 、剩余的嗎啉等, 與產(chǎn)物 分離。當(dāng)流出液再次變?yōu)樗嵝詴r(shí), 改用水淋洗至 中性, 此時(shí)樹(shù)脂已經(jīng)被再生為 h + 型。 將酸性 洗脫液減壓蒸餾除水, 得略帶黃色的粘狀液體, 趁熱加入 50ml 無(wú)水乙醇, 立即析出白色晶體,開(kāi)始回流。 通氣管另一端接一 100ml圓底燒瓶, 內(nèi)裝 50ml環(huán)氧乙烷,

9、逐漸通入反應(yīng)瓶, 用冰浴控制環(huán)氧乙烷通入速度, 約 1h 內(nèi)通完。 冷卻, 減壓蒸去乙醇, 得紅棕色粘狀液。減壓分餾,收集 110 1161.07k p a 餾分, 得 n 222羥乙基 哌 嗪, 為 乳 白 色 粘 性 液 體, n 25 1.d 551, 產(chǎn) 量過(guò)濾。 將晶體溶于 50ml無(wú)水乙醇中, 加熱至70g , 收率 54% 。在三口瓶中加入 1319g (0. 075m o l) 氯乙磺 酸鈉, 918g (0. 075m o l) 上述合成的 n 222羥乙基 哌嗪及 40ml 水。 攪拌溶解, 加熱至回流, 此時(shí)反應(yīng)液為強(qiáng)堿性。 015h 后, ph 值已下降, 自滴沸, 滴

10、入幾毫升水, 使晶體溶解, 加入活性炭脫色, 趁熱過(guò)濾后, 母液繼續(xù)加入乙醇重結(jié)晶, 直 至加入一滴乙醇后出現(xiàn)混濁, 總共約需無(wú)水乙醇 300ml , 靜置冷卻至室溫, 0過(guò)夜。抽濾, 紅 外燈干燥, 得無(wú)色針狀、棒狀結(jié)晶, 產(chǎn)量 1310g ,收率 60% 。液 漏 斗 緩 慢 滴 加 5m o ll n ao h溶 液, 控 制 滴速, 使 ph 值維持在 9 10。 當(dāng)溶液的 ph 值不再下降, 停加 n ao h , 繼續(xù)回流 015h 后結(jié)束反 應(yīng)。 將冷至室溫的反應(yīng)混合液稀釋到 300ml ,上柱純化。反應(yīng)液全部上柱后, 用蒸餾水洗至流出液由酸性變?yōu)橹行? 改用 1m o ll 氨

11、水淋洗, 收集 ph 5 8 的流出液, 約 1300ml , 減壓濃縮 至瓶?jī)?nèi)液體量為 150ml , 加入活性炭脫色, 過(guò) 濾, 繼續(xù)蒸掉剩余的水, 得到帶微黃色的糖漿狀 物質(zhì)。 加入 50ml 熱乙醇, 用冰乙酸調(diào)至 ph 5, 溶液變混濁, 冷卻后, 0放置過(guò)夜。 過(guò)濾, 用乙 醇2水重結(jié)晶, 干燥, 得顆粒狀晶體 1010g , 收率56% 。11213n , n 2二 ( 22羥 乙 基 ) 222胺 基 乙 磺 酸(b e s) 的合成在三口瓶中加入 1815gc lch 2ch 2 so 3n a,19ml ( 0. 2m o l) 二乙醇胺, 100ml水, 攪拌, 加熱回流

12、 215h , 冷卻。用水稀釋至 300ml , 上柱去鹽純化, 收集酸性洗脫液。 減壓蒸干, 立即加入40ml熱無(wú)水乙醇, 析出白色晶體, 過(guò)濾, 用乙醇2水重結(jié)晶, 其余操作與m e s 合成時(shí)相同。得到白色晶體 810g , 收率 3713% 。11214 n , n 2二 ( 22乙 磺 酸) 哌 嗪 ( p ip e s ) 的 合成在 三口瓶中加入哌嗪 6146g ( 0. 075m o l)、 氯乙磺酸鈉 2717g ( 0. 015m o l) 和 100ml 水, 攪拌, 油浴加熱 015h 后, 等速滴加 5m o ll n ao h 溶液, 選擇適當(dāng)?shù)牡嗡?(約 3 s

13、一滴) 使反應(yīng)液的 ph 值在 7 8 之間。 回流 115h 后, 共加入約分析及結(jié)果用 fo u r ie r 變換紅外光譜對(duì)合成產(chǎn)物進(jìn)行 測(cè) 定, 結(jié) 果 示 于 圖 中。 其 中, c lch 2ch 2n a、 h e p e s 采用 kb r 壓片, 其余產(chǎn)品用蠟油糊狀2164化學(xué)試 劑1997 年進(jìn)樣。所示的方法測(cè)定, 同時(shí)用標(biāo)準(zhǔn) n ao h 溶液滴定測(cè)出各個(gè)緩沖劑的中和當(dāng)量。其結(jié)果示于表 1。 從表 1 的結(jié)果, 再結(jié)合紅外光譜圖, 可以認(rèn)為合成的生物緩沖劑m e s、b e s、p ip e s、h e p 2e s 即為欲制備之目的產(chǎn)物。將合成的m e s、b e s、

14、h e p e s 溶于水中配 成 各 種 濃 度 的 溶 液, 在 不 同 的 溫 度 下, 按gb 9724288 測(cè)出其 ph 值, 則得到該條件下的p k a 值, 所得結(jié)果列于表 2。表 2 幾種生物緩沖劑的 p k a 值由表 2 可見(jiàn), 濃度及溫度對(duì)緩沖劑的 p k a值影響不大, 這一點(diǎn)符合生物學(xué)研究對(duì)緩沖劑 和培養(yǎng)液的要求。31參考文獻(xiàn)goo d n e ,w inge t g d , w in te r w , e t a l.合成產(chǎn)物的紅外光譜圖將圖中各個(gè)產(chǎn)物的譜圖與其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)譜 圖對(duì)照, 發(fā)現(xiàn)基本相同。用 p e rk in 2e lm e r 240c 元素分析儀進(jìn)

15、行了c、h、n 的元素分析, 而其熔點(diǎn)則按 gb 617288表 1 4 種生物緩沖劑的分析結(jié)果注b ioch em . , 1966, 5 (2) : 467s igm a 化學(xué)公司產(chǎn)品手冊(cè). 1993: 1556v eb f a rbenfab r ik w o lfen. ge r. ( e a st ) , 13968 (1957)崔浩吉, 盧銀根. 生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展, 1981,37 (1) : 44234syn the s is of sulf ona te sa lt- type b io log ica l buf f er s b iank ej ian3 , z h

16、ang z h ibing , g u o z ongy u (d ep a r tm en t o fc h em ist ry and c h em ica l e ng inee r ing, n an jing u n ive r2sity, n an jing 210093) , h uaxue sh iji, 1641997, 19 (3) , 162fo u r so r t s o f su lfo na te sa lt2typ e zw it te r io n ic buffe r s fo r b io lo g ica l re sea rch co ve r ing

17、 th e range o fp k a 6 8 h ave been syn th e sized and ana lyzed. t h e sebuffe r s w e re p rep a red by th e reac t io n o f am ine s w ith ch lo ro e th ane su lfo na te, a read ily acce ssib le and ch eap sta r t ing m a te r ia l. t h e ir im po r tan t da ta o f p h y sica l and ch em ica l p

18、rop e r t ie s w e re de te rm ined.keywords b io lo g ica l buffe r s, su lfo na te sa lt s, syn th e sis注: a. 原料嗎啉未處理; b. 嗎啉經(jīng)重蒸精制, 收集 128128. 5的餾分。分析結(jié)果 緩沖劑元素分析, %熔點(diǎn)中和 當(dāng)量chnm e s理論 實(shí)驗(yàn)a實(shí)驗(yàn)b36. 9034. 0136. 726. 717. 076. 837. 186. 896. 97300 ( 分解)302 ( 分解)195196. 2b e s理論 實(shí)驗(yàn)33. 7932. 737. 096. 896. 576. 3