甘氨酸与亚铁离子配位反应的动力学研究

 
摘要：本论文用紫外-可见光谱法研究甘氨酸与亚铁离子配位反应．考察了温度、离子强度、配位比及pH值等因素对配位反应的影响。结果表明：当I=0.02；甘氨酸与亚铁离子的配位比为4：1；pH=5.0时，甘氨酸亚铁有最大的反应速率。在此条件，根据Arrhenius方程和Absolute-rate theory方程求得其活化能 为4291.35J/mol，自由能△G≠为1786.60J/mol。而温度对配位反应的影响表现不是很突出。在甘氨酸与亚铁离子分别大量过量的条件下得出配位反应是二级反应。最后本文提出了可能的配位反应机理，为制备高纯甘氨酸亚铁提供理论依据。
 
关键词：甘氨酸亚铁 配位反应 紫外可见光谱法  动力学 
  

UV-visible spectroscopy study of glycine    and ferrous ions phenomenon Coordination
 
Abstract: In this dissertation，the complexation between glycine and ferrous ions was studied by UV - Vis spectroscopy .The influences of complexation, such as temperature, ionic strength, coordination and pH value were observed. The result shows that: the ionic strength I = 0.02;the complex rate of glycine and ferrous ions (Gly / Fe) is 4:1; pH = 5.0，the rate constant of the complexation had the largest separately．It wsa accounted that the Activation energy Ea was 4291.35J/mol by the equation of Arrhenius, and free energy △G≠ was 1786.60J/mol by the equation of Absolute-rate theory，and the temperature was not affect the the formation rate obviously. the complexation between glycine and ferrous ions was second-order reaction when glycine excess and ferrous ions excess. In the end，The theoretical basis was provided for the preparation of high purity ferrous glycine.
Key words: iron(Ⅱ)-glycine  UV-visible spectroscopy  Coordination reaction dynamics

目  录
中文摘要    I
英文摘要    II
目录    III
1. 绪论    1
1.1 引言    2
1.2 甘氨酸亚铁配合物的分子结构    4    
1.3 甘氨酸的制备方法    4
1.3.1 直接铁盐合成法    4
1.3.2 复分解合成法    5
1.3.3 还原法     5
1.3.4 固相法    5
2. 实验部分    6
2.1 实验仪器和材料    6
2.1.1 实验材料    6
2.1.2 实验仪器      6
2.2 实验装置和实验方程    6
2.2.1 缓冲溶液的配置      6
2.2.2 贮存溶液的配置      6
2.2.3 配合物的吸收光谱     7
2.2.4 配合物组成的确定    7
2.2.5 甘氨酸和亚铁离子反应级数的确定     7
2.2.6 温度、离子强度、溶液介电常数及pH对甘氨酸与亚铁离子配位反应的影响    8
2.3 典型的实验过程     8
3. 结果与讨论    8
3.1 配合物的吸收光谱     8
3.2 配合物的组成    9
3.2.1 甘氨酸亚铁     9
3.3 甘氨酸与亚铁离子配位反应的级数     11
3.3.1 亚铁离子大量过量     11
3.3.2 甘氨酸大量过量      12
3.4 温度对甘氨酸与亚铁离子配位反应的影响    13
3.5 离子强度对甘氨酸与亚铁离子配位反应的影响     15
3.6 pH值对甘氨酸与亚铁离子配位反应的影响      17
3.7 讨论     19
4．小结    20
5．总结与展望    21
致谢    22
参考文献    23
 

 
1．绪论
1.1引言
铁是人和动物体所必须的微量元素之一，制造血红素、肌红蛋白和细胞色素都必须依赖铁。正常人体内铁的含量为35～60 mg/kg。其中65～70%存在于循环红细胞的血红蛋白中25～30%为贮存铁，以铁蛋白及含铁血红素的形式存在于网状内皮系统（肝、脾、骨髓等）中，约5%存在于肌红蛋白及各种含铁的酶（过氧化氢酶、过氧化物酶、细胞色素等）中。在血浆中转运的铁仅占0.1%左右[1]。
人体需要的铁来源于食物和衰老红细胞破坏后释放的铁。一般食物中所含的铁仅5～10%能被吸收。植物中的铁盐吸收率低，而肉类中，铁吸收率高，二价铁比三价铁容易吸收。维生素C、果糖，氨基酸以及胃液中的盐酸均有利于铁的吸收，而食物中的磷酸、草酸，植酸则阻碍铁的吸收。
根据世界卫生组织（Word Health Organization, WHO）的报告，全世界约 30%的人口存在铁缺乏，是全球最为普遍的营养性疾病，发达国家以及发展中国家均受其影响[2]；WHO同时断言全球超过3/4的人口存在可生物利用的铁经膳食摄入不足的现象。在我国，缺铁性贫血也很普遍。有些地区，婴幼儿和中小学生缺铁性贫血患者高达64.4%，妇女达47%[3]。铁在人体中是高度保守的，每天男性最低损失0.60毫克的铁，非经期妇女最低损失0.64毫克，经期妇女最低损失1.20毫克（Green et al., 1968）。大多数损失的铁随粪便排泄。铁的损失也可能发生在尿液，消化道和皮肤，分别约为0.08，0.60和0.20-0.30毫克的铁（Green et al., 1968; IOM, 2001）[10]。迄今为止，人们已认识到铁缺乏和缺铁性贫血是一个极其严重的问题, 严重缺铁时不仅发生贫血，也可引起体内含铁的酶类缺乏，导致细胞呼吸发生障碍，影响组织器官的功能，临床上可发生胃肠道、循环、神经等系统的功能障碍。由于贫血，携氧不足，更使功能障碍加重。
目前控制缺铁性贫血的策略主要包括膳食途径、食物强化等。现今，越来越多的国家开始致力于食物强化计划的发展。对于强化食物而言，铁是最难以加入食物的矿物质，铁强化食物的开发和制作过程存在一些技术障碍，主要是铁强化剂和食物载体这两者如何进行选择。首先必须选择最适合的铁强化剂，既无口感和颜色的变化，又能确保食物具有较高的铁生物利用率；其次必须选择良好的食物载体，避免食物载体中含有植酸等抑制铁吸收的物质，尽量平衡影响铁吸收的促进因子和抑制因子。总之，所加入铁剂的可吸收性及其避免与膳食中铁吸收抑制剂反应是一个铁食物强化项目能否成功的关键。
在发达国家，人们已经可以通过市场获得高含量微量元素的机能性食品，这些微量元素中包括铁。许多早餐谷物食品中至少含有每日推荐摄入铁量的25%，美国有些食品甚至含有100%的推荐摄入铁量。另外，还有许多针对婴幼儿的各种铁强化饼干和果汁。铁强化乳和谷物在对抗缺铁性补血中已初步显示出其效果。多年来各国研究人员一直在探求副作用小、生物利用率高的铁营养强化剂。本世纪初铁元素作为饲料及食品添加剂以来，已经历了三个发展阶段。第一代铁强化剂是硫酸亚铁等无机铁盐，第二代铁强化剂是乳酸亚铁、葡萄糖酸亚铁、富马酸亚铁等有机酸铁盐。国内外现在常用的食品铁强化剂主要是第一、第二代产品。第三代铁营养强化剂为氨基酸螯合铁。

微量元素氨基酸络合物在60年代就开始研究。70年代后期，最先由美国  Albion实验室，以动植物蛋白和铁元素为原料合成了蛋白铁（Iron Proteinase）的复合物，由此开始了氨基酸螯合物的研究和开发。从文献报道来看，关于氨基酸螯合铁的研究多集中于生物学效价评定和实际应用效果上，而且有关蛋氨酸铁和甘氨酸铁的研究报道较多，研究结果也有很大变差。Ashmead（1975）[5]也研究了蛋氨酸铁对哺乳仔猪的相对生物学效价，结果为180%～227%（硫酸亚铁为100%）。许丽（1994）[6]指出，添加甘氨酸螯合铁可以预防仔猪贫血。同时也有相反的报道：Kessler（1995）[7]分别对肉用仔鸡和猪的研究表明，蛋氨酸铁的生物学效价并不高于硫酸亚铁, 甘氨酸螯合铁（处理柠檬酸）以无机形式非血红素铁进入小肠腔内池。吸收甘氨酸螯合铁在肠道预计将遵循一般机制吸收氨基酸金属螯合物（ 1985），其中甘氨酸螯合铁吸收完好无损通过二肽水解途径，随后纳入其各自的铁和甘氨酸组成部分肠黏膜。在研究中FeSO4和甘氨酸螯合铁（ 55Fe - Ferrochel ®（商品名，西布朗公司1990美国上市））的吸收以及在整个玉米或小麦面粉餐（Allen et al., 1998; Bovell-Benjamin et al., 2000; Layrisse et al., 2000）过程中,和铁明显被吸到完整的粘膜细胞的小肠（Allen et al., 1998; Bovell-Benjamin et al.）的甘氨酸螯合铁相比，硫酸亚铁没有任何吸收。表明甘氨酸螯合铁（Ferroch, 2000; Layrisse et al., 2000）的效果要好于硫酸亚铁[10]。