3-羟基丁酸的制备与有关研究

简述

3-羟基丁酸又名DL-3-羟基丁酸，β-羟基丁酸，英文名称3-Hydroxybutyric Acid，分子式为C₄H₈O₃，分子量为104.11。该物质一般含有两种结构，分别为L-体和D-体，L-体易潮解得单斜晶体，易溶于水、乙醇、乙醚，微溶于苯。D-体易潮解得糖浆物，和水蒸气一起蒸发，易溶于水、乙醇、乙醚，不溶于苯。

关于3-羟基丁酸的物理数据，主要包括以下数据：密度（g/mL,25/4℃）1.126；熔点48~50℃；沸点130℃（常压）；折射率(n20D)1.4430；闪点>110℃。

生物研究

利用试验生态学方法，研究3-羟基丁酸对雨生红球藻光系统Ⅱ(photosystem Ⅱ，PSⅡ)光化学活性与色素合成的影响。结果发现，3-羟基丁酸对雨生红球藻PSⅡ光反应中心造成胁迫损伤，细胞PSⅡ光化学最大光能转化效率(Fv/Fm)、有效光能转化效率(Yield)和表观电子传递速率(electron transfer rate,ETR)的参数均出现不同程度降低，其中0.02、0.10μg/L处理组的作用最明显。3-羟基丁酸造成雨生红球藻叶绿素a含量波动变化并最终下降至较低水平。3-羟基丁酸能够促进雨生红球藻合成并积累虾青素，其中0.01μg/L浓度的促进作用最强，虾青素最高产量为7.57 mg/L。3-羟基丁酸影响了雨生红球藻自身资源在光合作用与抗逆合成之间的权衡分配。研究结果为使用3-羟基丁酸作为外源诱导物促进雨生红球藻生产虾青素提供了依据[1]。

为研究3-羟基丁酸对HeLa癌细胞生长与凋亡的影响，采用四唑盐(MTT)比色法测定细胞活力，AO/EB荧光染色观察细胞凋亡与坏死的形态学变化，单细胞凝胶电泳检测细胞DNA的损伤，流式细胞仪检测细胞凋亡，蛋白质免疫印迹法(Western Blot)检测凋亡蛋白的表达。结果表明，3-羟基丁酸能够抑制HeLa癌细胞增殖，使HeLa癌细胞DNA受到损伤。通过caspase依赖性细胞凋亡途径诱导HeLa癌细胞凋亡。在HeLa癌细胞与人脐带正常细胞共培养条件下，3-羟基丁酸诱导HeLa癌细胞先于人脐带正常细胞凋亡。实验为肿瘤的生酮饮食疗法和酮体疗法提供了理论依据[2]。

制备方法

3-羟基丁酸作为生物降解塑料的重要原料，实现其工业化生产是治理“白色污染”、推动生物降解塑料研究、开发和应用的关键。因此，高质高效的制备3-羟基丁酸具有十分重要的意义[3]。

生物法

利用单因素法和响应面中心试验法对假单胞菌(Psedomonas sp.)DS1001a降解聚3-羟基丁酸酯(PHB)制备3-羟基丁酸(3-HB)的条件进行了优化。结果表明，该菌株降解PHB制备3-HB的最适培养基条件为：0.2%PHB，0.05%NH₄Cl，1.01%Na₂HPO₄·12H₂O，0.39%KH₂PO₄，0.07%MgSO₄·7H₂O，0.0005%CaCl₂·2H₂O。最适培养条件为：培养温度40℃，装液量150mL，接种量1%，初始pH值6.28，培养时间18h。优化后3-HB的质量浓度为1.555mg/mL，回收率为77.75%，是单因素优化后的1.56倍[4]。

化学法

以乙醛为原料，经羟醛缩合制备3-羟基丁醛，再通过3-羟基丁醛的液相氧化合成3-羟基丁酸。利用压力反应装置，通过催化剂选择实验和正交试验，确定了3-羟基丁醛氧化反应的合适催化剂和最佳反应条件。最佳反应条件为：催化剂为钴醋酸盐，催化剂用量0.5% (质量)，溶剂为有机酸酯，溶剂用量80% (质量)，反应时间30h，反应温度60℃，反应压力0.8MPa。在最佳反应条件下，3-羟基丁酸的平均收率达81.75 %[5]。

气相色谱分析

采用BF₃-CH₃OH酯化衍生法，以正辛酸作内标，建立了3-羟基丁酸，巴豆酸，3-羟基丁醛，巴豆醛等混合体系中3-羟基丁酸的气相色谱分析方法，利用标准样对照并结合质谱分析确定了化学合成3-羟基丁酸反应混合物的组成。该法线性范围为0.40～160.67g/L，相关系数为r=0.9995。该方法快速，简单，重现性好，并用于化学合成3-羟基丁酸反应混合物的分析，结果令人满意[6]。

参考文献

[1]黄莹,张娟,窦勇,等.3-羟基丁酸对雨生红球藻PSⅡ光化学活性与色素合成的影响[J].食品研究与开发,2023,44(22):7-13.

[2]苏佳佳,曾杰,邵邻相.3-羟基丁酸对HeLa癌细胞生长与凋亡的影响[J].浙江师范大学学报(自然科学版),2019,42(02):195-200.DOI:10.16218/j.issn.1001-5051.2019.02.013.

[3]李海霞,杨文玲,马沛生.3-羟基丁酸的应用及生产方法[J].精细石油化工,1999(02):33-35.

[4]张春雨,李凡,时东方,等.利用假单胞菌DS1001a降解聚3-羟基丁酸酯制备3-羟基丁酸[J].东北师大学报(自然科学版),2015,47(01):111-118.DOI:10.16163/j.cnki.22-1123/n.2015.01.021.

[5]杨文玲,马沛生,王加宁,等.3-羟基丁酸的化学合成工艺研究[J].化学工程,2002(05):74-78+6.

[6]杨文玲,马沛生,寇登民.3-羟基丁酸的气相色谱分析[J].分析化学,2000(09):1161-1164.