技术领域
本发明涉及一种含硒氨基酸化合物的合成方法，具体涉及一种动物营养添 加剂氨基酸——硒代蛋氨酸的合成方法。
背景技术
硒已被证明为动物和人体必须的营养微量元素之一，硒进入机体主要通过生 物地球化学食物链。在动物体内，硒是谷胱甘肽过氧化酶、5，-脱碘酶的必需组成 部分，同时又是体内许多蛋白质的组成成分。统计表明，我国约有2/3的地区缺 硒，只有在畜、禽日粮中添补一定量的硒，才能发挥其正常生产性能，因此补硒 在我国动物生产以及人民身体健康都上有重要的意义。
目前，生产中一直采用给畜、禽日粮添补无机态的亚硒酸钠(NaSeO3)来 满足其需要，无机硒除利用率低外，还有许多不利因素：①对饲料厂工人的身体 健康有潜在毒性；②毒性大，动物易发生中毒；③同许多无机微量元素一样，不 易被肠道吸收，未被吸收的硒随粪便排出，污染环境。对于无机硒的缺陷人们早 已深入研究并达成共识，但目前又找不到合适的有机硒代替产品。既要解决补硒 问题，又要克服无机硒带来的不足，目前对有机硒——特别是饲用有机硒的研究 已引起国内外研究者的高度重视。
与无机硒相比，有机硒有以下几种优势：①可降低肉品的滴水损失；②提高 畜禽产品质量；③对动物机体抗应激、提高免疫力有重要的作用；④有很高的生 物学效价和抗氧化性能；⑤增强动物的繁殖能力；⑥具有吸收率高、生物活性强、 环境污染小等特点。
目前有机硒主要有化学合成和生物发酵两种方法得到，化学合成的有机硒产 品很多，如硒化亚油酸、硒化脂多糖、硒化卡拉胶、肌醇硒酸酯等，这些产品由 于生产工艺复杂、价格昂贵，除在实验室研究外，实际生产应用的报道很少。在 饲料生产上，目前试用的主要为酵母硒，主要采用生物转化方法，以无机硒亚硒 酸钠为原料，通过生物发酵，将无机硒转化为有机硒，在酵母硒中，有机硒的基 本形式主要为硒代蛋氨酸，硒以还原价态存在，与氨基酸结合。但酵母硒也存在 以下几方面问题：①硒含量很低，目前只有0.03％-0.1％；达到满足动物的营养 需要量，成本很高；②产品的形态、纯度不稳定，质量不易被控制，添加的剂量 难于把握；③生产工艺复杂，投资成本高；④生产效率低、投资规模大；⑤在发 酵过程中，无机硒转化率低，大部分无机硒以废水形式排出，对环境造成严重污 染。因此，酵母硒技术无法大量推广应用。
采用化学合成法合成有机硒——硒代蛋氨酸，目前主要有以下几种：
(1)液氨法(Na/liq NH3)制备硒代蛋氨酸：先制备苄基硒代高半胱氨酸， 再用金属钠/液氨反应切除苄基，然后甲基化得到硒代蛋氨酸。(徐辉碧主编，硒 的化学、生物化学及其在生命科学中的应用，第50页，武汉：华中理工大学出 版社，1994)这种方法由于反应温度非常低，操作极不方便，需要特殊的装置， 大规模工业化生产中，使用的原料金属钠和液氨极不安全；
(2)甲基锂法(Johannes Romer；Peter Mading；Frank Rosch.Appl. Radiat.Isot 1992，43，495-501.)：在无水四氢呋喃溶剂中，硒与甲基锂反应生成甲 基硒化锂，再与4-氯-α-氨基丁酸酯的衍生物反应得到硒代蛋氨酸，这种方法由 于用到的是极易燃烧的甲基锂，需要无水无氧装置，要实现工业化也非常困难；
(3)氨基丁内酯氢溴酸盐法(宋连卿、林钰等，郑州粮食学院学报，1999， 20，62-64)即从γ-丁内酯出发，经过溴化、氨代等5步，收率很低，生产成本 较高也不适宜工业化生产；
(4)董国臣提出甲硒基丙醛法制备硒代蛋氨酸(董国臣，CN1369483A)， 即用丙烯醛与甲硒醇先发生加成反应制得甲硒基丙醛，然后用氰化钠环化得到甲 硒基乙内酰脲，再水解、中和得到硒代蛋氨酸，这种方法也只是在实验室研究水 平，因为该方法还有以下问题需要解决：原料甲硒醇不易得到，且沸点特别低； 需要用到剧毒物质氰化钠，因而安全性得不到保障。
(5)以蛋氨酸为原料来制备硒代蛋氨酸(Troels Koch，Ole Buchardt Synthesis 1993，11，1065-1067；魏学红，董国臣，郝俊生等CN1295214C)，将蛋氨酸与碘甲 烷反应，然后用NaHCO3水溶液水解，加盐酸酸化、酯化得到α-氨基丁内酯盐 酸盐，然后在氮气保护下，α-氨基丁内酯盐酸盐与无水乙醇的甲硒醇钠溶液中加 热回流反应6小时，冷却、酸化、过滤得产品。该方法共5步，步骤较长，总产 率很低，特别是α-氨基丁内酯盐酸盐与甲硒醇钠的反应，很多研究都表明收率非 常低。
(6)以二卤代乙基哌啶二酮为原料制备硒代蛋氨酸(Otto Pphl GB1281293)，方法中仍然要用到硒和甲基锂反应制备甲硒醇锂盐，该路线也很 难实现工业化生产。
总之，现有的合成方法中存在以下问题：①甲硒醇负离子的制备都是采用极 易燃烧试剂甲基锂；②路线中原料来源困难，如液氨或是甲硒醇，需要特殊设备， 反应条件极为苛刻；③工艺路线较长、收率低，成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种条件温和、操作简便、安全性好、成本低、产率高 的硒代蛋氨酸合成方法，以实现工业化生产，满足有机硒在饲料添加剂及其它领 域的需要。
本发明以二甲基二硒醚为原料，经过硼氢化金属或其取代的硼氢化金属在碱 性水溶液中还原得到甲硒醇负离子，再与4-卤-α-氨基酸或其衍生物反应，经过 水解、调节pH值，得到硒代蛋氨酸，反应方程式如下：
本发明的合成方法包括以下具体步骤：
(1)将二甲基二硒醚溶于极性非质子溶剂，搅拌均匀，再加入强碱的水溶 液，分批次加入定量的金属硼氢化物或取代的硼氢化金属，其中二甲二硒醚与金 属硼氢化物或取代的硼氢化金属物质量之比为0.5～5，在0～100℃反应0.5～25 小时，得到甲硒醇盐的水溶液；
(2)向甲硒醇盐的水溶液中加入4-卤-α-氨基酸或其衍生物的水溶液，其 中4-卤-α-氨基酸或其衍生物物质量与甲硒醇负离子物质量之比为0.5～5，搅拌， 在10～100℃反应0.5～20小时，反应结束后，水解，酸化，浓缩至干，用醇溶 解，滤液用碱调节pH＝6～7，得到硒代蛋氨酸。
上述步骤(1)中，所述极性非质子溶剂选用DMF、DMSO或HMPA，优先 选择DMF；所述强碱是指氢氧化物，如：KOH、NaOH、LiOH或Ba(OH)2，优 先选择NaOH、KOH，强碱溶液浓度为1～20M，优选6～10M；所述金属硼氢 化物选用NaBH4、KBH4、LiBH4、硼氢化锌、三乙基硼氢化锂或氰基硼氢化钠， 优先选择NaBH4、KBH4；
上述步骤(2)中，所述4-卤-α-氨基酸或其衍生物具体指以下两种类型：
①Y为H时，结构式如下：
X：C1、Br、I，优先选择Cl、Br；
R：H、C1-C4的烷基，如：甲基、乙基、丙基、丁基，优先选择甲基、乙基；
②Y为酰基时，结构式如下：
X：Cl、Br、I，优先选择Cl、Br；
R：H、C1-C4的烷基，如：甲基、乙基、丙基、丁基，优先选择甲基、乙基；
R1：H、C1-C3的烷基，如：甲基、乙基、丙基，优先选择甲基、乙基；
所述的酸是指稀的强酸溶液，如：HCl、H2SO4或HNO3，优先选择HCl、 H2SO4，酸的浓度为0.1M～6M，优先选择1～3M；所述的醇为C1-C4的一元醇 和二元醇，如：甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、乙二醇等，另 外也指丙三醇，优先选择甲醇、乙醇；所述的碱为氨水和有机胺类，如二甲胺、 三甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、丙胺等，优先选择三乙胺、氨水。
本发明提出以二甲基二硒醚为原料，在碱的水溶液中，经硼氢化物还原剂还 原得到甲硒醇负离子，再与4-卤-α-氨基酸或其衍生物的水溶液反应，水解、酸 化，调节pH＝6～7的两步反应法制备硒代蛋氨酸。本发明的反应体系均是在水 溶液中进行，反应体系不需要惰性气体保护，避开无水、无氧操作；反应中用到 的都是常见原料，安全性好；不需要特殊装置、反应条件温和、易于操作、产率 较高(55％～75％)的特点，易于进行工业化生产。
具体实施方式
以下列举具体实施例对本发明进行说明。实施例只用于对本发明作进一步说 明，不代表本发明的保护范围，其他人根据本发明做出的非本质的修改和调整， 仍属于本发明的保护范围。
实施例1
在500ml反应瓶中加入50g CH3SeSeCH3，加入20mlDMSO稀释，在搅拌下 加入100ml浓度为6M NaOH水溶液，维持温度在25℃，分批加入总量为6g的 NaBH4，充分搅拌反应5小时，得到透明溶液。
向上述所得溶液中加入35g 4-溴-α-氨基丁酸甲酯氢溴酸盐，升温60℃，搅 拌反应3小时，反应结束后，加3M的盐酸酸化，浓缩至干，用乙醇溶解，过滤， 收集滤液，用氨水调节pH＝6～7，过滤，洗涤，干燥得到金属光泽的硒代蛋氨酸 14.85g，产率60％，HPLC含量分析98％，硒的含量38.5％。
实施例2
在1000ml反应瓶中加入150g CH3SeSeCH3，加入100ml DMF稀释，在搅拌 下加入300ml浓度为8M KOH水溶液，维持温度在60℃，分批加入总量为64.5g 的KBH4，充分搅拌反应4小时，得到透明溶液。
向上述所得溶液中加入135g 4-氯-α-(N-乙酰基)氨基丁酸甲酯，升温40℃， 搅拌反应8小时，反应结束后，加2M的盐酸酸化，浓缩至干，用乙醇溶解，过 滤，收集滤液，用氨水调节pH＝6～7，过滤，洗涤，干燥得到金属光泽的硒代蛋 氨酸75.2g，产率55％，HPLC含量分析97％，硒的含量38.0％。
实施例3
在50ml反应瓶中加入5g CH3SeSeCH3，加入5ml HMPA稀释，在搅拌下加 入10ml浓度为1M NaOH水溶液，维持温度在20℃，分批加入总量为0.6g的 NaBH4，充分搅拌反应10小时，得到透明溶液。
向上述所得溶液中加入7g 4-溴-α-氨基丁酸氢溴酸盐，升温50℃，搅拌反应 5小时，反应结束后，加3M的盐酸酸化，浓缩至干，用乙醇溶解，过滤，收集 滤液，用氨水调节pH＝6～7，过滤，洗涤，干燥得到金属光泽的硒代蛋氨酸3.18g， 产率61％，HPLC含量分析98％，硒的含量38.5％。
实施例4
在500ml反应瓶中加入50g CH3SeSeCH3，加入20ml DMF稀释，在搅拌下 加入50ml浓度为20M NaOH水溶液，维持温度在40℃，分批加入总量为6g的 NaBH4，充分搅拌反应5小时，得到透明溶液。
向上述所得溶液中加入95g 4-碘-α-氨基丁酸甲酯氢碘酸盐，升温50℃，搅 拌反应7小时，反应结束后，加6M的盐酸酸化，浓缩至干，用乙醇溶解，过滤， 收集滤液，用三乙胺调节pH＝6～7，过滤，洗涤，干燥得到金属光泽的硒代蛋氨 酸39.15g，产率75％，HPLC含量分析96％，硒的含量37.9％。
实施例5
在250ml反应瓶中加入10g CH3SeSeCH3，加入10mlDMF稀释，在搅拌下 加入20ml浓度为8M NaOH水溶液，维持温度在30℃，分批加入总量为2g的 NaBH4，充分搅拌反应4小时，得到透明溶液。
向上述所得溶液中加入25g 4-溴-α-(N-乙酰基)氨基丁酸甲酯，升温60℃， 搅拌反应3小时，反应结束后，加3M的盐酸酸化，浓缩至干，用乙醇溶解，过 滤，收集滤液，用氨水调节pH＝6～7，过滤，洗涤，干燥得到金属光泽的硒代蛋 氨酸12g，产率58.5％，HPLC含量分析98.2％，硒的含量38.6％。