脫鎂葉綠酸鋅的制備及紅外光譜研究

孫彩云

（河北聯(lián)合大學(xué) 輕工學(xué)院，河北 唐山 063009）

脫鎂葉綠酸鋅的制備及紅外光譜研究

孫彩云

（河北聯(lián)合大學(xué) 輕工學(xué)院，河北 唐山 063009）

以蠶沙為原料，提取葉綠素，制備成脫鎂葉綠酸，再與ZnSO4反應(yīng)得脫鎂葉綠酸鋅，所得成品為墨綠色固體，不溶于水、乙醇、丙酮及酸性溶液中，但可溶于堿性溶液中，其紅外吸收光譜證明鋅離子結(jié)合在脫鎂葉綠酸卟啉環(huán)外側(cè)鏈羧基處。

鋅；脫鎂葉綠酸；脫鎂葉綠酸鋅

鋅是人體必需的微量元素之一，是人體內(nèi)多種酶的組成成分，它參與核酸和蛋白質(zhì)的合成，對(duì)性腺及多種酶起著重要的生理和營(yíng)養(yǎng)功能[1]。它能增強(qiáng)人體的免疫力，對(duì)促進(jìn)兒童生長(zhǎng)發(fā)育、提高智力水平有著十分重要的作用，被譽(yù)為“生命元素”。人體缺鋅會(huì)造成生長(zhǎng)停滯、自發(fā)性味覺減退和創(chuàng)傷愈合不良等嚴(yán)重問題。我國(guó)由于膳食營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)不合理，缺鋅現(xiàn)象較為嚴(yán)重。傳統(tǒng)的補(bǔ)鋅劑多為無機(jī)鹽，如 ZnSO4、Zn(Ac)2等，但由于都具有異味，口味不好，且對(duì)腸胃有刺激作用，吸收率低。目前多以葡萄糖酸鋅作為補(bǔ)鋅劑，見效快，吸收率高，但有一定的副作用，且其合成多以葡萄糖或葡萄糖酸鈣為原料，造價(jià)較高。本文研究以蠶沙為原料，合成脫鎂葉綠酸鋅，制備方法簡(jiǎn)單，且造價(jià)低，有望發(fā)展成為廉價(jià)、無毒的天然補(bǔ)鋅劑新品種。

1 材料與方法

1.1 原料、試劑、儀器

原料：蠶沙（唐山，研細(xì)過30目篩備用）。

試劑：無水乙醇、氫氧化鈉、硫酸鋅、石油醚、鹽酸，均為分析純。

儀器： HH-S數(shù)顯恒溫水浴鍋（江蘇金壇）；AEL-160電子天平；F7230型分光光度計(jì)（廈門）；220A雙波長(zhǎng)掃描分光光度計(jì)（日本）；Nicolet Mangna-IR 750 Fourier紅外光譜儀。

1.2 制備方法

1.2.1 脫鎂葉綠酸的制備

采用堿法水解制備脫鎂葉綠酸。

稱取50g蠶沙，加30mL水軟化5h以上，然后加入丙酮-95%乙醇（1：1）混合溶液200mL作提取劑，于45℃水浴加熱提取2h，提取2次，過濾、收集葉綠素提取液于燒瓶中，加入10%的NaOH溶液，調(diào)節(jié)pH=12左右，以控制加堿量，60°C水浴皂化回流1h，然后減壓蒸餾回收溶劑。皂化液用等體積石油醚反復(fù)萃取 3～5次，棄去上層黃色油相（類胡蘿卜素和植物醇），收集下層水相墨綠色皂化液，攪拌滴加1：5 HCl，調(diào)節(jié)pH＝2～3，水浴45°C加熱0.5h，生成深褐色的脫鎂葉綠酸沉淀。

將脫鎂葉綠酸溶于丙酮中，用紫外-可見分光光度計(jì)（UV-Vis）掃描其吸收曲線。

1.2.2 脫鎂葉綠酸鋅的制備

將1.2.1制備出的脫鎂葉綠酸溶于10%NaOH溶液中，調(diào)節(jié)pH＝8～9，加入足量20%ZnSO4溶液，立即生成翠綠色沉淀，過濾，洗滌，干燥得墨綠色脫鎂葉綠酸鋅固體，掃描其紅外光譜。

2 結(jié)果與討論

2.1 脫鎂葉綠酸的UV-Vis光譜

圖1 脫鎂葉綠酸和葉綠素的UV-Vis吸收光譜

脫鎂葉綠酸的soret帶最大吸收峰出現(xiàn)在405nm，與葉綠素的426nm相比藍(lán)移了21nm，而且脫鎂葉綠酸比葉綠素多了500nm，540nm兩個(gè)Q(β)帶吸收峰。脫鎂葉綠酸的Q(α)帶吸收峰出現(xiàn)在691nm，與葉綠素Q(α)帶660nm的吸收峰位置相比紅移了約30nm，這是由于卟啉環(huán)外側(cè)鏈基團(tuán)發(fā)生變化，使得卟啉環(huán)上電子云流動(dòng)性增大，分子中π-π*躍遷所需能量降低，最大吸收波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)的結(jié)果。

2.2 脫鎂葉綠酸鋅的紅外吸收光譜

2.2.1 1 000～1 500 cm-1波段

脫鎂葉綠酸（堿法水解制得）的IR光譜圖中可觀測(cè)到在 1 120cm-1、1 440cm-1附近有二個(gè)較尖銳的峰。其中1 120cm-1處峰最強(qiáng)，是卟啉環(huán)的 C-C骨架伸縮振動(dòng)峰；1 440cm-1處是卟啉環(huán)的C-N的對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰。當(dāng)它成鹽后，形成的脫鎂葉綠酸鋅在這個(gè)波段的二個(gè)尖峰強(qiáng)度都明顯減弱、有精細(xì)結(jié)構(gòu)，并可觀測(cè)到這一波段1 460cm-1處的峰相對(duì)較強(qiáng)，說明鋅離子對(duì)卟啉環(huán)中心的 C-N對(duì)稱伸縮振動(dòng)影響較小，而對(duì)卟啉環(huán)C-C骨架伸縮振動(dòng)影響較大，這也可間接證明Zn2+沒有進(jìn)入卟啉環(huán)中心形成鋅葉綠酸，而是結(jié)合在卟啉環(huán)外。

圖2 脫鎂葉綠酸和脫鎂葉綠酸鋅的紅外光譜

2.2.2 在1 500～2 000 cm-1波段

為葉綠素的υC=O、υC=C、υC=N等雙鍵基團(tuán)的伸縮振動(dòng)區(qū)，這三種振動(dòng)波數(shù)較為接近，相互疊加，難以分辨清楚。脫鎂葉綠酸和脫鎂葉綠酸鋅在此波段都可觀察到一個(gè)形狀相似的較寬強(qiáng)吸收帶，但位置有移動(dòng)，精細(xì)結(jié)構(gòu)有不同。主要表現(xiàn)為：脫鎂葉綠酸在1 580cm-1處有強(qiáng)峰，而脫鎂葉綠酸鋅的最強(qiáng)峰在1 710cm-1。這可能是由于大環(huán)的共軛效應(yīng)、氫鍵效應(yīng)和離子的誘導(dǎo)效應(yīng)等共同作用結(jié)果。共軛效應(yīng)和氫鍵效應(yīng)引起峰位向低波數(shù)移動(dòng)，所以脫鎂葉綠酸的強(qiáng)峰位于低波段。成鹽后羧酸H+為Zn2+取代，Zn2+通過靜電作用使羧酸酯羰基C=O電子云分布發(fā)生變化，從而引起化學(xué)鍵力常數(shù)的變化，影響基團(tuán)振動(dòng)頻率，峰位向高波數(shù)移動(dòng)到了1 710cm-1，這說明成鹽后鋅離子對(duì)酯羰基C=O的影響較大，也證明鋅離子鏈接到了側(cè)鏈處。

2.2.3 2 500～4 000 cm-1波段

H鍵區(qū)，主要包括υO(shè)-H、υC-H和υN-H。在2 800～3 000cm-1處，兩種物質(zhì)有類似的吸收譜帶。這是鏈?zhǔn)?C-H的對(duì)稱（υsC-H）及反對(duì)稱（υasC-H）伸縮振動(dòng)，所以呈雙峰：脫鎂葉綠酸（2 850cm-1，2 920cm-1），脫鎂葉綠酸鋅（2 850cm-1，2 930cm-1），而且反對(duì)稱伸縮振動(dòng)頻率要高，即υasC-H＞υsC-H。這些峰很尖銳，位置比較恒定。

在3 200～3 500cm-1為O-H鍵的伸縮振動(dòng)（υO(shè)-H）區(qū)，羥基（-OH）是強(qiáng)極性基團(tuán)，能形成氫鍵，電偶極矩增大，在此處表現(xiàn)為強(qiáng)而寬的峰，它是判斷有無羥基（-OH）的重要依據(jù)，所以脫鎂葉綠酸有此特征吸收帶（3 340cm-1， 3 410cm-1，3 500cm-1）。而脫鎂葉綠酸鋅由于環(huán)外側(cè)鏈羥基（-OH）的H+被Zn2+取代后，分子結(jié)構(gòu)中沒有了O-H鍵，所以此處υO(shè)-H吸收峰強(qiáng)度明顯減弱，峰形變得平坦，成為Zn2+結(jié)合到環(huán)外側(cè)鏈羧基（-COOH）處的顯著特征。

3 結(jié)論

脫鎂葉綠酸鋅為墨綠色固體，不溶于水、乙醇、丙酮及1：5鹽酸中，可溶于堿性溶液，穩(wěn)定性好，室內(nèi)放置長(zhǎng)時(shí)間不變色。通過IR光譜分析證明Zn2＋結(jié)合在脫鎂葉綠酸的側(cè)鏈羧基（COO-）處。但是Zn2＋與COO-的結(jié)合方式：例如是一個(gè) Zn2＋結(jié)合兩個(gè)脫鎂葉綠酸分子還是一個(gè) Zn2＋與一個(gè)脫鎂葉綠酸的兩個(gè)COO-相結(jié)合，還有待更深入的研究。

脫鎂葉綠酸鋅可用作補(bǔ)鋅劑，在胃液中（酸性）不易離解出鋅離子，但能在腸液中（堿性）離解鋅離子。鋅離子易在腸中被吸收，因而不會(huì)刺激胃。且脫鎂葉綠酸是葉綠素的衍生物，是一種卟啉化合物，也是人體必需的重要物質(zhì)，易代謝排出體外，無毒性，脫鎂葉綠酸鋅原料來源豐富，價(jià)格低廉，制備工藝簡(jiǎn)單，可預(yù)期成為一種理想的補(bǔ)鋅品或食品添加劑。

[1] 才紅,鄭炳燦.葉綠素鋅鈉制備的研究[J].食品研究與開發(fā), 2006,127(5)：19-21.

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[4] 洪法水,魏正貴,趙貴文,等.金屬葉綠素a配位結(jié)構(gòu)的研究[J].生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展,2001,28(3)：381-388.

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（責(zé)任編輯、校對(duì)：琚行松）

Preparation and Study on Infrared Spectra of Zinc Pheophorbin

SUN Cai-yun

(School of Light Industry, Hebei United University, Tangshan 063009, China)

Pheophorbin was made from chlorophyll extracted from silkworm excrement.Then reacted with ZnSO4to synthesize zinc pheophorbin. The end product was a dark green solid. It was insoluble in water, alchol, acetone and acid solution, but was soluble in basic solution. According to IR spetrum, zinc was coordinated with carboxylic groups to produce zinc pheophorbin.

zinc; pheophorbin; zinc pheophorbin

2011-05-24

孫彩云（1972-），女，河北遵化人，碩士，河北聯(lián)合大學(xué)輕工分院講師，研究方向?yàn)樘烊换衔铩?/p>

O657.33

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1009-9115(2011)05-0034-03