甘氨酸亚铁的合成方法及应用
XXX
(XXX大学,材料科学与工程学院,绵阳621010)
摘要：本文介绍了甘氨酸亚铁的作用，帮助人们进一步了解甘氨酸亚铁的用途；总结了其合成方法和近年来的研究进展，对复分解法、直接配位法、室温固相法等方法制备甘氨酸亚铁做了总结与评述。介绍了甘氨酸亚铁的应用并对今后甘氨酸亚铁的发展做出了展望。 关键词：甘氨酸亚铁；合成；应用
中图分类号：TQ324.9 文献标识码：A 文章编号：1000-6631（2012）
The Synthetic Methods and the Application of Ferrous Glycin-ate
WXX Zhang
(Faculty of Materials Science and Engineering, xxx University of Science and
Technology,Mianyang,621010,China)
Abstract: The paper introduced the function of Ferrous Glycin-ate,and help people learn more about the application; Summarized the synthesis methods and the advanced application of Ferrous Glycin-ate. The synthetic methods such as multiple decomposed method,collocation method and room temperature solid- state reaction so on were reviewed. The application of Ferrous Glycin-ate were introduced. The development henceforth of Ferrous Glycin-ate was described too. Key words: Ferrous Glycin-ate; Synthesis; Application
甘氨酸亚铁[Fe(Gly)2]为一种氨基酸螯合物，铁是血红蛋白、肌红蛋白、多种酶系的主要成份，在体内起着营养、免疫的重要作用。甘氨酸亚铁是营养性饲料添加剂，在饲料中为防治动物贫血症、获得最佳免疫水平、健康生长提供了一条高效、安全、简便的途径。与第一代（无机酸铁盐）和第二代（有机酸铁盐）相比，甘氨酸亚铁具有稳定性好，易吸收，无铁腥味，无胃肠刺激，无毒副作用，生物利用率高等特点，是最新一代补铁添加剂，能为畜禽同时补充铁和甘氨酸，提高动物适口性。
人体和动物体制造血红素、肌红蛋白和细胞色素都必须依赖铁，铁与人体和动物体内造血、携氧和产能等过程有直接关系。铁元素是人体和动物体所必需的微量元素之一，如果缺乏，则会引起缺铁性贫血。甘氨酸是氨基酸中分子量最小的一种氨基酸，因而甘氨酸螯合铁更容易被人和动物体吸收、利用。甘氨酸螯合铁不仅具有肠道吸收的最佳分子结构，而且还提供了造血和携铁所必需的甘氨酸。因此，甘氨酸亚铁是比较优良的补铁的化合物。
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由于甘氨酸亚铁是一种螯合物，其结构比较复杂，难以确定，通过查阅文献1，得知其结构可能如下：(N H2 CH2 COO) 2 Fe·2H2O
图1 甘氨酸亚铁的可能结构
Fig.1.The proper structure of Ferrous Glycin-ate
用Perkin - Elmer 2400 型元素分析仪，对甘氨酸亚铁中的元素质量分数进行分析测定，得出下表：
表1 甘氨酸亚铁的元素质量分布
Table 1.the elements mass fraction of Ferrous Glycin-ate 元素 质量分数
Fe 23.32 C 19.99 H 4.99 N 11.66 1 甘氨酸亚铁的合成与表征
现如今，甘氨酸亚铁的合成主要方法有复分解法、直接配位法、室温固相法等。而其表征本文介绍红外光谱法及紫外光谱法 1.1甘氨酸亚铁的合成 1.1.1复分解法
该方法提供了一种在水介质中，通过以甘氨酸钙螯合物与硫酸亚铁，或以甘氨酸亚铁硫酸盐螯合物与钙的氢氧化物或氧化物等4种复分解反应途径制备甘氨酸亚铁螯合物，反应中同时加人稳定剂或替代铁粉还原剂，使制得的产品中总质量分数为10％～27％，亚铁质量分数为5%—27%，亚铁质量分数为5%—25%，产物中含有较少的硫酸根离子。该方法具有能以工业规模生产，反应产物易分离等特点，操作工艺简单，成本低廉，产品质量稳定等优点。
1.1.2 直接配位法
此方法采用直接配位法及有机溶剂萃取法，以亚铁盐和甘氨酸为原料，在的水浴中反应合成甘氨酸螯合铁。
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甘氨酸含量测定：凯氏定氮法，甘氨酸螯合铁中，只有甘氨酸是惟一的氮源，因此，用凯氏定氮法测定甘氨酸含量，方法简单，结果准确。甘氨酸螯合铁的测定曾尝试用高效液相色谱法，但是，流动相溶液以及洗脱过程可能会使甘氨酸螯合铁分解。
总铁含量测定：邻菲罗啉比色法(测定铁时要对样品用酸处理)。亚铁含量测定：硫氰酸盐分离，邻菲罗啉比色法。水分测定：恒重法
螯合物可在有机溶剂中沉淀析出，如果选择适当的铁源可以使游离金属离子溶于有机溶剂，就可以使螯合铁和游离铁分离，为进一步的提纯和检测提供可能．常见的亚铁盐有硫酸亚铁和氯化亚铁。不同配位比对甘氨酸亚铁的生成有着不同的作业，配位比即配位体与金属离子的摩尔数之比．它是影响金属离子与氨基酸配位反应的一个重要因素，配位比太小，不能形成稳定的环状结构，配合物不稳定；配位比太大，会造成氨基酸的浪费，不经济．因此，我们应研究能达到一定螯合程度的最小配位比，既保证产品成本，又能充分利用氨基酸，降低产品成本，使其能用于大规模工业生产。
1.1.3 室温固相法
室温固相法合成甘氨酸亚铁是新兴的合成方法,比起液相反应可以简化工艺。固相反应不仅不用使用溶剂，可以减少对环境的污染，而且反应选择性高，副反应少。目前,氨基酸微量元素螯合物的合成主要通过液相方法,它存在合成时间长,成本高,需要大量的碱液中和螯合时产生的氢离子,生成大量盐类等副产物,存在废液污染,纯化工艺复杂等缺点。而室温固相法刚好克服了这一缺点，使其能广泛应用于工业生产。
室温固相化学反应的发生起始于两个反应物固体界面的分子接触，接着发生化学作用，生成产物分子。反应物含有结晶水，在机械力作用(研磨)下，此时反应物内部或表层的结晶水可在反应物界面形成一层液膜，形成微表面液相区，这可以大大加快反应的进行。室温固相反应最大的特点在于反应温度降至室温或近室温，因而具有便于操作和控制的优点。此外还有不使用溶剂、高选择性、高产率、污染少、节省能源、合成工艺简单等特点。这些特点符合当今社会绿色化学发展的要求，因而越来越受到人们的欢迎。 1.2 甘氨酸亚铁的表征 1.2.1 红外光谱
图2 甘氨酸红外光谱
Fig.2 the infrared spectroscopy of glycine
图3 甘氨酸亚铁红外光谱
Fig.3 the infrared spectroscopy of Ferrous Glycin-ate
由图中可以看出: 甘氨酸的红外光谱在2 600 ~3 100cm 有较强宽谱带, 这是NH3的特征吸收峰, 而甘氨酸亚铁的红外光谱中无此吸收峰，说明甘氨酸亚铁中没有游离的NH3+, 同时，甘氨酸在2 100cm- 1 处有一个较强的吸收峰，这是 α—氨基酸的特征吸收峰，而甘氨酸亚铁中无此吸收峰。因此可以确定甘氨酸亚铁中没有游离的甘氨酸存在，由此可在实验中表征甘氨酸亚铁的产生。 1.2.2 紫外光谱
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图4 甘氨酸亚铁紫外光谱
Fig4 the ultraviolet spectrum (UV) of Ferrous Glycin-ate
以二次水为溶剂，配置一定浓度的样品,用UV2762 紫外光谱仪先进行全程扫描，再在200～400 nm 波长范围内扫描，结果如图4 所示。由图4 可见，甘氨酸亚铁在200 nm 处有一紫外吸收峰，而甘氨酸没有紫外吸收峰。这可能是由于铁原子发生电荷跃迁，即铁原子4s 轨道上的1 个电子首先激发跃迁到了4p 轨道上，然后进行sp3 d2 杂化，使波长发生了变化，从而说明有络合物甘氨酸亚铁形成。
2 甘氨酸亚铁的应用
铁是人体必需微量元素之一, 是维持机体某些特殊功能的重要成分。缺铁使血红蛋白的
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合成减少而导致贫血, 称为缺铁性贫血( IDA)国内已有东北农业大学的滕冰、韩友文等人研究了氨基酸微量元素螯合物作为饲料添加剂, 在动物饲养中显著提高了微量元素在小肠内的吸收, 提高其生物学效价。甘氨酸亚铁是一种螯合物, 与其它补铁强化剂相比较具有适口性好、副作用小、吸收率高的特点, 容易被人体吸收, 是一种较理想的铁营养强化剂, 对防止铁营养缺乏, 增进健康具有重要意义。 2.1 甘氨酸亚铁的作用机制
血红素，是血红蛋白分子上的主要稳定结构，是血红蛋白、肌红蛋白等的辅基。其核心是亚铁离子，具有携氧能力，维持人体各器官正常工作。而人体血液中血红蛋白的浓度低于患者同年龄组、同性别和同地区的正常标准时，即为贫血，因此血红素的合成对人体健康来说有着重要作用。
合成血红素中最关键的一环是合成血红素所需要的催化剂——酶，ALA(σ一Aminolaevulinic acid)合成酶是血红素合成酶系中的限速酶，血红素对此酶有反馈抑制作用。