负载化胆碱催化天然磷脂酯交换反应制备甘油磷脂酰胆碱的研究

摘要

L-α-甘油磷脂酰胆碱，也被称为甘油磷酸胆碱(L-α-glycerophosphocholine，简称L-α-GPC或GPC)，是一种具有生理活性的磷脂水解产物。长期临床试验及科学研究表明，它具有提高人记忆力及认知能力，维持人体荷尔蒙正常水平等重要医疗与保健功效，因此国内外有关GPC的研究也越来越广泛。
　　本文以天然大豆磷脂为原料，通过酯交换反应脱酰基制备GPC，研制可重复利用的固体催化剂负载化胆碱，研究内容主要包括催化剂前体的制备与表征，催化剂负载化过程条件探究及表征，酯交换反应工艺以及反应动力学探究。
　　以环氧氯丙烷与三甲胺盐酸为反应物制备出3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，并利用正交试验对制备条件进行优化，优化结果为温度35℃，反应时间2h，环氧氯丙烷与三甲胺盐酸盐摩尔比1.05，在此条件下，制备产物3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵为9.61g，收率达97.9％。通过熔点测定，红外光谱对特征峰归属及元素分析等方法对所制备产物进行了表征。用盐酸反滴定法测得CHPTA纯度为98.49％。
　　以微晶纤维素为载体，通过与胆碱类似物3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵的醚化反应实现胆碱催化活性基团的负载。采用单因素实验优化反应条件，结果表明当稀释剂异丙醇为40mL，添加4mL50％CHPTA溶液与6mL5mol/L NaOH溶液，反应3.5h，滴定法测得负载化胆碱的碱量为1.10mmol/g，元素分析测得其含氮量为1.64％。结合红外光谱及X射线衍射等表征证明胆碱成功负载化。
　　负载化胆碱催化酯交换反应制备GPC的优化条件为:磷脂的甲醇溶液浓度10mmol/L，催化剂添加量为27g/L，反应温度为60℃，搅拌速率为275rpm的条件下反应240min，PC转化率达到98.9％，GPC收率达92.3％。催化剂经过滤、洗涤回收，重复使用四次后仍保持94.3％的初始催化活力。采用液相色谱法对产物GPC与标品GPC进行对比，证明成功制备了GPC。
　　推测该催化反应符合甲氧基(CH3O-)反应机理，并推导该酯交换反应的动力学方程，对实验数据进行模拟。结果表明，该反应符合一级反应动力学模型，按照Arrhenius方程计算得到反应的活化能为72.1kJ/mol。

目录

声明

摘要

第一章 综述

1．1．2 甘油磷脂酰胆碱的生理功能

1．2 GPC的制备方法

1．2．1 GPC国内外研究现状

1．2．2 化学定向合成法

1．2．3 酯交换反应制备法

1．3 酯交换反应介绍

1．4 酯交换反应催化剂

1．4．1 均相酸碱催化剂

1．4．2 固体酸催化剂

1．4．3 固体碱催化剂

1．4．4 生物酶催化反应

1．5 酯交换反应机理与动力学发展

1．5．1 酯交换反应机理

1．5．2 酯交换反应动力学

1．6 选题意义及研究思路

1．6．1 选题意义

1．6．2 主要内容与研究思路

第二章 催化剂的制备与酯交换反应的方法

2．1 试剂与仪器

2．1．1 试剂与药品

2．1．2 仪器与设备

2．2 催化剂负载化胆碱的制备与表征

2．2．1 胆碱类似物3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵的制备

2．2．2 CHPTA熔点的测定

2．2．3 CHPTA的元素分析

2．2．4 CHPTA的红外分析

2．2．5 CHPTA含量的测定

2．3 负载化胆碱的制备和表征

2．3．1 微晶纤维素的碱化

2．3．2 负载化胆碱的制备

2．3．3 负载化胆碱碱值的测定

2．3．4 负载化胆碱的红外分析

2．3．5 负载化胆碱的元素分析

2．3．6 负载化胆碱的XRD分析

2．3．7 催化剂BET表征

2．4 酯交换反应的过程及分析方法

2．4．1 酯交换反应的装置与流程图

2．4．2 酯交换反应的分析方法

第三章 催化剂负载化胆碱的制备结果与讨论

3．1 CHPTA理化性质测定结果

3．1．1 CHPTA熔点测定结果

3．1．2 CHPTA红外测定结果

3．1．3 CHPTA元素测定结果

3．2 合成CHPTA的正交试验设计及条件优化

3．2．1 正交试验方案

3．2．2 正交试验结果

3．4 负载化胆碱制备条件探究

3．4．1 反应稀释剂的选择

3．4．2 反应温度对催化剂碱值的影响

3．4．3 CHPTA用量对催化剂碱值的影响

3．4．4 氢氧化钠的浓度对催化剂碱值的影响

3．4．5 异丙醇用量对催化剂碱值的影响

3．4．6 反应时间对催化剂碱值的影响

3．5 负载化胆碱的表征

3．5．1 负载化胆碱的红外分析

3．5．2 负载化胆碱的元素测定

3．5．3 负载化胆碱的X射线衍射图

3．6 本章小结

4．1 反应条件探究

4．1．1 PC与甲醇的酯交换反应原理

4．1．2 酯交换反应时间的确定

4．1．3 搅拌速率对酯交换反应的影响

4．1．4 催化剂添加量对酯交换反应的影响

4．1．5 温度对酯交换反应的影响

4．1．6 PC初始浓度对酯交换反应的影响

4．2 催化剂回收次数

4．3 产物GPC鉴定

4．4 本章小结

第五章 负载化胆碱催化天然磷脂酯交换反应的动力学探究

5．1 PC酯交换反应制备GPC的反应机理

5．2 酯交换反应模型的建立过程

5．2．1 外扩散影响的消除

5．2．2 内扩散影响的消除

5．2．3 反应简化

5．2．4 反应模型的建立

5．2．5 确定动力学参数

5．2．6 计算反应活化能

5．3 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢