脱镁叶绿酸锌的制备及红外光谱研究

孙彩云

（河北联合大学 轻工学院，河北 唐山 063009）

脱镁叶绿酸锌的制备及红外光谱研究

孙彩云

（河北联合大学 轻工学院，河北 唐山 063009）

以蚕沙为原料，提取叶绿素，制备成脱镁叶绿酸，再与ZnSO4反应得脱镁叶绿酸锌，所得成品为墨绿色固体，不溶于水、乙醇、丙酮及酸性溶液中，但可溶于碱性溶液中，其红外吸收光谱证明锌离子结合在脱镁叶绿酸卟啉环外侧链羧基处。

锌；脱镁叶绿酸；脱镁叶绿酸锌

锌是人体必需的微量元素之一，是人体内多种酶的组成成分，它参与核酸和蛋白质的合成，对性腺及多种酶起着重要的生理和营养功能[1]。它能增强人体的免疫力，对促进儿童生长发育、提高智力水平有着十分重要的作用，被誉为“生命元素”。人体缺锌会造成生长停滞、自发性味觉减退和创伤愈合不良等严重问题。我国由于膳食营养结构不合理，缺锌现象较为严重。传统的补锌剂多为无机盐，如 ZnSO4、Zn(Ac)2等，但由于都具有异味，口味不好，且对肠胃有刺激作用，吸收率低。目前多以葡萄糖酸锌作为补锌剂，见效快，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钙为原料，造价较高。本文研究以蚕沙为原料，合成脱镁叶绿酸锌，制备方法简单，且造价低，有望发展成为廉价、无毒的天然补锌剂新品种。

1 材料与方法

1.1 原料、试剂、仪器

原料：蚕沙（唐山，研细过30目筛备用）。

试剂：无水乙醇、氢氧化钠、硫酸锌、石油醚、盐酸，均为分析纯。

仪器： HH-S数显恒温水浴锅（江苏金坛）；AEL-160电子天平；F7230型分光光度计（厦门）；220A双波长扫描分光光度计（日本）；Nicolet Mangna-IR 750 Fourier红外光谱仪。

1.2 制备方法

1.2.1 脱镁叶绿酸的制备

采用碱法水解制备脱镁叶绿酸。

称取50g蚕沙，加30mL水软化5h以上，然后加入丙酮-95%乙醇（1：1）混合溶液200mL作提取剂，于45℃水浴加热提取2h，提取2次，过滤、收集叶绿素提取液于烧瓶中，加入10%的NaOH溶液，调节pH=12左右，以控制加碱量，60°C水浴皂化回流1h，然后减压蒸馏回收溶剂。皂化液用等体积石油醚反复萃取 3～5次，弃去上层黄色油相（类胡萝卜素和植物醇），收集下层水相墨绿色皂化液，搅拌滴加1：5 HCl，调节pH＝2～3，水浴45°C加热0.5h，生成深褐色的脱镁叶绿酸沉淀。

将脱镁叶绿酸溶于丙酮中，用紫外-可见分光光度计（UV-Vis）扫描其吸收曲线。

1.2.2 脱镁叶绿酸锌的制备

将1.2.1制备出的脱镁叶绿酸溶于10%NaOH溶液中，调节pH＝8～9，加入足量20%ZnSO4溶液，立即生成翠绿色沉淀，过滤，洗涤，干燥得墨绿色脱镁叶绿酸锌固体，扫描其红外光谱。

2 结果与讨论

2.1 脱镁叶绿酸的UV-Vis光谱

图1 脱镁叶绿酸和叶绿素的UV-Vis吸收光谱

脱镁叶绿酸的soret带最大吸收峰出现在405nm，与叶绿素的426nm相比蓝移了21nm，而且脱镁叶绿酸比叶绿素多了500nm，540nm两个Q(β)带吸收峰。脱镁叶绿酸的Q(α)带吸收峰出现在691nm，与叶绿素Q(α)带660nm的吸收峰位置相比红移了约30nm，这是由于卟啉环外侧链基团发生变化，使得卟啉环上电子云流动性增大，分子中π-π*跃迁所需能量降低，最大吸收波长向长波方向移动的结果。

2.2 脱镁叶绿酸锌的红外吸收光谱

2.2.1 1 000～1 500 cm-1波段

脱镁叶绿酸（碱法水解制得）的IR光谱图中可观测到在 1 120cm-1、1 440cm-1附近有二个较尖锐的峰。其中1 120cm-1处峰最强，是卟啉环的 C-C骨架伸缩振动峰；1 440cm-1处是卟啉环的C-N的对称伸缩振动峰。当它成盐后，形成的脱镁叶绿酸锌在这个波段的二个尖峰强度都明显减弱、有精细结构，并可观测到这一波段1 460cm-1处的峰相对较强，说明锌离子对卟啉环中心的 C-N对称伸缩振动影响较小，而对卟啉环C-C骨架伸缩振动影响较大，这也可间接证明Zn2+没有进入卟啉环中心形成锌叶绿酸，而是结合在卟啉环外。

图2 脱镁叶绿酸和脱镁叶绿酸锌的红外光谱

2.2.2 在1 500～2 000 cm-1波段

为叶绿素的υC=O、υC=C、υC=N等双键基团的伸缩振动区，这三种振动波数较为接近，相互叠加，难以分辨清楚。脱镁叶绿酸和脱镁叶绿酸锌在此波段都可观察到一个形状相似的较宽强吸收带，但位置有移动，精细结构有不同。主要表现为：脱镁叶绿酸在1 580cm-1处有强峰，而脱镁叶绿酸锌的最强峰在1 710cm-1。这可能是由于大环的共轭效应、氢键效应和离子的诱导效应等共同作用结果。共轭效应和氢键效应引起峰位向低波数移动，所以脱镁叶绿酸的强峰位于低波段。成盐后羧酸H+为Zn2+取代，Zn2+通过静电作用使羧酸酯羰基C=O电子云分布发生变化，从而引起化学键力常数的变化，影响基团振动频率，峰位向高波数移动到了1 710cm-1，这说明成盐后锌离子对酯羰基C=O的影响较大，也证明锌离子链接到了侧链处。

2.2.3 2 500～4 000 cm-1波段

H键区，主要包括υO-H、υC-H和υN-H。在2 800～3 000cm-1处，两种物质有类似的吸收谱带。这是链式 C-H的对称（υsC-H）及反对称（υasC-H）伸缩振动，所以呈双峰：脱镁叶绿酸（2 850cm-1，2 920cm-1），脱镁叶绿酸锌（2 850cm-1，2 930cm-1），而且反对称伸缩振动频率要高，即υasC-H＞υsC-H。这些峰很尖锐，位置比较恒定。

在3 200～3 500cm-1为O-H键的伸缩振动（υO-H）区，羟基（-OH）是强极性基团，能形成氢键，电偶极矩增大，在此处表现为强而宽的峰，它是判断有无羟基（-OH）的重要依据，所以脱镁叶绿酸有此特征吸收带（3 340cm-1， 3 410cm-1，3 500cm-1）。而脱镁叶绿酸锌由于环外侧链羟基（-OH）的H+被Zn2+取代后，分子结构中没有了O-H键，所以此处υO-H吸收峰强度明显减弱，峰形变得平坦，成为Zn2+结合到环外侧链羧基（-COOH）处的显著特征。

3 结论

脱镁叶绿酸锌为墨绿色固体，不溶于水、乙醇、丙酮及1：5盐酸中，可溶于碱性溶液，稳定性好，室内放置长时间不变色。通过IR光谱分析证明Zn2＋结合在脱镁叶绿酸的侧链羧基（COO-）处。但是Zn2＋与COO-的结合方式：例如是一个 Zn2＋结合两个脱镁叶绿酸分子还是一个 Zn2＋与一个脱镁叶绿酸的两个COO-相结合，还有待更深入的研究。

脱镁叶绿酸锌可用作补锌剂，在胃液中（酸性）不易离解出锌离子，但能在肠液中（碱性）离解锌离子。锌离子易在肠中被吸收，因而不会刺激胃。且脱镁叶绿酸是叶绿素的衍生物，是一种卟啉化合物，也是人体必需的重要物质，易代谢排出体外，无毒性，脱镁叶绿酸锌原料来源丰富，价格低廉，制备工艺简单，可预期成为一种理想的补锌品或食品添加剂。

[1] 才红,郑炳灿.叶绿素锌钠制备的研究[J].食品研究与开发, 2006,127(5)：19-21.

[2] 陶海鹏,李晓勇.脱镁叶绿酸钙的制备[J].华西药学杂志, 2002,17(2)：120.

[3] 焦杰英,李赛君,陈建,等.过渡金属叶绿素的合成和光谱研究[J].自然科学进展,1999,5(9)：405-412.

[4] 洪法水,魏正贵,赵贵文,等.金属叶绿素a配位结构的研究[J].生物化学与生物物理进展,2001,28(3)：381-388.

[5] 王章阳,周滢.从蚕砂中制备脱镁叶绿酸的工艺研究[J].中国药房,2001,12(3)：148-149.

[6] 黄森科.水浮莲叶制取叶绿素铜钠盐的工艺研究[J].食品科技,2002,23(6)：37-38.

（责任编辑、校对：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

孙彩云（1972-），女，河北遵化人，硕士，河北联合大学轻工分院讲师，研究方向为天然化合物。

O657.33

A

1009-9115(2011)05-0034-03