3,3'-二氢氧啉酸的应用与研究

简述

3,3'-二氢氧啉酸别名3,3'-二硫代二丙酸、二巯基丙二酸等，其分子式为C₆H₁₀O₄S₂，分子量为210.271，属于高纯有机试剂，具有强烈的恶臭味。通常情况下，该物质的外观与形状为白色、黄色至黄绿色粉末，可溶于水和一些有机溶剂，如乙醇和氯化物。文献报道的3,3'-二氢氧啉酸部分物性数据包括：密度1.452 g/cm³；熔点155-158ºC；沸点431.1ºC at 760 mm Hg；折射率1.736；闪光点则为214.5ºC。

应用

在有机合成反应中，3,3'-二氢氧啉酸可用作抗氧化剂，生产硫代酯类抗氧剂，还常用来将硝化芳香烃还原成对应的氨基化合物。在有机化学实验中，它可将醛、酮等官能团还原成对应的醇或烃。除此之外，3,3'-二硫代二丙酸还可用作金属离子的配体，用于合成络合物。譬如使用3,3'-二氢氧啉酸、4,4′-联吡啶和硝酸锰在水热条件下可以反应合成相应的金属锰配合物[1]，配合物由3,3'-二氢氧啉酸配体和不同氮杂环分子以及金属离子构筑，形成了二维层状的结构。氢键和π-π作用进一步将二维结构拓展成三维超分子网络。

3,3'-二氢氧啉酸还可用作草莓等水果的味道增强剂，用于食品工业及精细化工领域。有关研究[2]报道了一种壳聚糖凝胶增稠剂在沐浴露中的应用，本发明的增稠剂由壳聚糖和3,3'-二氢氧啉酸合成。在沐浴时的弱酸环境下一部分增稠剂分解为壳聚糖和3,3'-二氢氧啉酸，分解的壳聚糖附着在皮肤上具有保湿的作用；3,3'-二氢氧啉酸附着在皮肤上可以清除皮肤分泌的油脂，防止皮肤代谢产物阻塞毛孔，促进皮肤的健康；本发明的壳聚糖增稠剂可以包裹对身体有益且难溶于水的叶绿素，增加叶绿素在沐浴露中的溶解度，保护皮肤不受外部的紫外线的伤害；本发明的沐浴露能够平衡皮肤微环境水平衡和抑制与清除皮肤分泌的油脂，具有保湿和清洁的功能[2]。

3,3'-二氢氧啉酸还可以作为合成原料制备复杂化合物，像是3,3ˊ-二硫代二丙酸双(N-羟基琥珀酰亚胺酯)。合成步骤如下：称取3,3'-二氢氧啉酸0.028mol，N-羟基琥珀酰亚胺0.06mol，EDC盐酸盐0.06mol，放入容器中，加入40mL二氯甲烷，室温搅拌，固体逐渐溶解，反应过夜，有白色固体生成，过滤，烘干，得产品。本发明合成的3,3ˊ-二硫代二丙酸双(N-羟基琥珀酰亚胺酯)的产率高，且结晶效果好，纯度高，为后续的化学和生物实验提供高纯度的标样或样品[3]。

制法

3,3'-二氢氧啉酸可以通过硫化氢与丙二酮反应而合成。具体步骤包括将硫化氢气体通入乙醚中，然后逐渐加入丙二酮，最终得到产物。也可以硫氢化钠，丙烯腈，碘溶液，酸为原料，依次通过Michael加成，酸化，氧化，水解三个步骤得到二硫醚化合物的粗品，最后通过重结晶提纯得到二硫醚化合物3,3'-二氢氧啉酸。相比现有技术，该合成方法安全，绿色，环保，工艺简单，产品收率高，生产成本低廉[4]。

有关研究

紫杉醇(PTX)作为广谱抗肿瘤药物应用广泛，但它在治疗过程中存在生物利用度低且会对正常组织产生毒性等缺陷。为了提高紫杉醇的生物相容性和降低对正常细胞的毒性，将紫杉醇负载于纳米颗粒进行治疗的研究已成为热点。天然产物植物甾醇不仅具有抗肿瘤，抗氧化和降血脂等多种生理活性和良好的生物相容性，而且具有刚性疏水骨架，可以通过自组装形成纳米结构，然后装载抗肿瘤药物形成纳米载药体系，因此其可以作为载体运送药物达到更好的抗肿瘤效果。有关研究以豆甾醇为结构母核，通过共价键接枝3,3'-二氢氧啉酸，引入二硫键，继而构建具有多重刺激响应性的纳米载体，研究其对紫杉醇装载释放特性，并对纳米载药体系对HT-29结肠癌细胞的抑制作用进行了研究。体外实验研究接枝衍生物对HT-29人结肠癌细胞的抑制作用；细胞吞噬实验结果表明，随着时间增长，细胞吞噬的负载异硫氰酸荧光素的纳米颗粒越多，呈现良好的时间依赖性；MTT实验结果表明，相比于游离紫杉醇和单独载体SDNs，接枝衍生物对HT-29的抑制效果最好，其IC_(50)值为0.159μg/mL(以PTX当量计)，显著优于游离药物PTX组(IC_(50)=4.337μg/mL)；细胞形态学观察结果发现加药48h后，大量HT-29细胞死亡从六孔板壁脱落，表明改性后的化合物具有良好的抗肿瘤效果[5]。

以三羟甲基丙烷三缩水甘油醚(TTE)为基体，2,2′-(1,4-亚苯基)-双[4-硫醇1,3,2-二氧杂戊烷](BDB)和3,3'-二氢氧啉酸(DTPA)为交联剂，通过环氧-巯基"点击"反应和环氧-羧酸酯化反应，制备了基于多重动态共价键(硼酸酯键,二硫键和酯键)的环氧类玻璃网络。利用红外光谱和拉曼光谱对其结构进行了表征，结果表明，环氧类玻璃中不仅存在硼酸酯键，二硫键和酯键，还存在可逆氢键，并且大量氢键的存在能提高环氧类玻璃的交联度。对所得环氧网络的热稳定性，热机械性能和力学性能进行了测试，并对基于多重动态共价键环氧网络进行了自修复，焊接，形状记忆和再加工能力测试。结果表明，在80℃下可实现网络的完全自修复，再加工与焊接，且焊接后样品的力学性能(拉伸强度)恢复率在80%以上，具有优异的功能性[6]。

受传统化石资源的枯竭和环境污染的影响，利用生物质资源开发新型高分子材料具有十分重要的意义。首先利用衣康酸(IA)和乙二醇(EG)与3,3'-二氢氧啉酸(DTPA)在高温下发生缩聚酯化反应，得到生物基不饱和聚酯光敏预体(IED)。然后，将IED和生物基活性稀释剂甲基丙烯酸四氢糠基酯(THFMA)，光引发剂2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦(TPO)复配得到光固化不饱和聚酯树脂(IEDT)。通过RT-IR监测IEDT的双键转化率和最大转化速率等光固化动力学参数，并测试了光固化材料的力学，热力学等性能。所得光固化材料具有较高的生物基含量(质量分数45.0%~61.1%)和优异的力学性能(拉伸强度最高可达35.3 MPa)。此外，树脂材料中含有动态双硫键，高温下可以发生动态交换，实现了IEDT材料的热压回收和重复利用。将最优树脂进一步应用于数字光处理(DLP)-3D打印，并测量其工作曲线，成功地打印了不同结构的模型。总体来说，该生物基不饱和聚酯树脂(IEDT)在光固化3D打印等领域有良好的应用潜力[7]。

参考文献

[1]刘继伟,关淑霞,谷长生.两个含3,3′-硫代二丙酸配体的锰和铜配合物的合成、晶体结构与性质(英文)[J].无机化学学报, 2018.DOI:CNKI:SUN:WJHX.0.2018-11-017.

[2]邱元栏.一种壳聚糖凝胶增稠剂在沐浴露中的应用:CN202010286967.6[P].CN111467256A.

[3]史凤丽.3,3′-二硫代二丙酸双(N-羟基琥珀酰亚胺酯)合成方法:CN201410333562.8[P].CN105315191A.

[4]刘秀君,吴林茂,赵乐.二硫醚化合物3,3'-二硫代二丙酸的的制备方法:CN201510569327.5[P].

[5]李旭东.豆甾醇衍生物纳米载药体系的构建及其对HT-29细胞抑制作用[D].哈尔滨工业大学.

[6]杨伟明席澳千杨斌曾艳宁.基于多重动态共价键的环氧类玻璃网络的制备与性能[J].高等学校化学学报, 2022, 43(11):268-278.DOI:10.7503/cjcu20220308.

[7]仇宇昊,朱国强,赵平,等.3D打印用紫外光固化衣康酸基不饱和聚酯树脂的制备与性能[J].林业工程学报, 2023, 8(3):182-189.