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维生素

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摘要：

维生素A（vitaminA）又称视黄醇（其醛衍生物视黄醛）是一个具有酯环的不饱和一元醇，包括维生素A1、A2两种。

视黄醇可由植物来源的β-胡萝卜素合成，在体内β-胡萝卜素-15，15′-双氧酶（双加氧酶）催化下，可将β-胡萝卜素转变为两分子的视黄醛（retinal），视黄醛在视黄醛还原酶的作用下还原为视黄醇。

故β-胡萝卜素也称为维生素A原。

维生素A的生理功能：

维持视觉，促进生长发育，维持上皮结构的完整与健全，加强免疫能力，清除自由基等。

维生素A的工业合成，主要有Roche和BASF两条合成工艺路线。

关键字：

维生素A，概述分类，发现历史，合成路线，Roche合成路线，BASF合成路线，生理作用，医学新用途。

正文：

一、维生素vitamin　概述及分类

　　维生素又名维他命，通俗来讲，即维持生命的元素，是维持人体生命活动必须的一类有机物质，也是保持人体健康的重要活性物质。

维生素在体内的含量很少，但不可或缺。

各种维生素的化学结构以及性质虽然不同，但它们却有着以下共同点：

①维生素均以维生素原（维生素前体）的形式存在于食物中②维生素不是构成机体组织和细胞的组成成分，它也不会产生能量，它的作用主要是参与机体代谢的调节③大多数的维生素，机体不能合成或合成量不足，不能满足机体的需要，必须经常通过食物中获得④人体对维生素的需要量很小，日需要量常以毫克（mg）或微克（μg）计算，但一旦缺乏就会引发相应的维生素缺乏症，对人体健康造成损害。

维生素与碳水化合物、脂肪和蛋白质3大物质不同，在天然食物中仅占极少比例,但又为人体所必需。

有些维生素如B6、K等能由动物肠道内的细菌合成，合成量可满足动物的需要。

动物细胞可将色氨酸转变成烟酸（一种B族维生素）,但生成量不敷需要；维生素C除灵长类（包括人类）及豚鼠以外,其他动物都可以自身合成。

植物和多数微生物都能自己合成维生素，不必由体外供给。

许多维生素是辅基或辅酶的组成部分。

　　人和动物营养、生长所必需的某些少量有机化合物，对机体的新陈代谢、生长、发育、健康有极重要作用。

如果长期缺乏某种维生素，就会引起生理机能障碍而发生某种疾病。

一般由食物中取得。

现在发现的有几十种，如维生素A、维生素B、维生素C等。

　　维生素是人体代谢中必不可少的有机化合物。

人体犹如一座极为复杂的化工厂，不断地进行着各种生化反应。

其反应与酶的催化作用有密切关系。

酶要产生活性，必须有辅酶参加。

已知许多维生素是酶的辅酶或者是辅酶的组成分子。

因此，维生素是维持和调节机体正常代谢的重要物质。

可以认为，最好的维生素是以“生物活性物质”的形式，存在于人体组织中。

　　维生素是个庞大的家族，就目前所知的维生素就有几十种，大致可分为脂溶性和水溶性两大类。

（详见下表）有些物质在化学结构上类似于某种维生素，经过简单的代谢反应即可转变成维生素，此类物质称为维生素原，例如β-胡萝卜素能转变为维生素A；7-脱氢胆固醇可转变为维生素D3；但要经许多复杂代谢反应才能成为尼克酸的色氨酸则不能称为维生素原。

水溶性维生素从肠道吸收后,通过循环到机体需要的组织中,多余的部分大多由尿排出,在体内储存甚少。

脂溶性维生素大部分由胆盐帮助吸收,循淋巴系统到体内各器官。

体内可储存大量脂溶性维生素。

维生素A和D主要储存于肝脏,维生素E主要存于体内脂肪组织，维生素K储存较少。

水溶性维生素易溶于水而不易溶于非极性有机溶剂，吸收后体内贮存很少，过量的多从尿中排出；脂溶性维生素易溶于非极性有机溶剂，而不易溶于水，可随脂肪为人体吸收并在体内储积，排泄率不高。

二、维生素的发现

　　维生素的发现是20世纪的伟大发现之一。

1897年，艾克曼（ChristianEijkman）在爪哇发现只吃精磨的白米即可患脚气病，未经碾磨的糙米能治疗这种病。

并发现可治脚气病的物质能用水或酒精提取,当时称这种物质为“水溶性B”。

1906年证明食物中含有除蛋白质、脂类、碳水化合物、无机盐和水以外的“辅助因素”，其量很小，但为动物生长所必需。

1911年卡西米尔?

冯克（KazimierzFunk）鉴定出在糙米中能对抗脚气病的物质是胺类（一类含氮的化合物），它是维持生命所必需的，所以建议命名为“Vitamine”。

即Vital（生命的）amine（胺）,中文意思为“生命胺”。

以后陆续发现许多维生素，它们的化学性质不同,生理功能不同;也发现许多维生素根本不含胺，不含氮，但丰克的命名延续使用下来了,只是将最后字母“e”去掉。

最初发现的维生素B后来证实为维生素B复合体,经提纯分离发现,是几种物质，只是性质和在食品中的分布类似，且多数为辅酶。

有的供给量须彼此平衡,如维生素B1、B2和PP,否则可影响生理作用。

维生素B复合体包括：

泛酸、烟酸、生物素、叶酸、维生素B1（硫胺素）、维生素B2（核黄素）、吡哆醇（维生素B6）和氰钴胺（维生素B12）。

有人也将胆碱、肌醇、对氨基苯酸（对氨基苯甲酸）、肉毒碱、硫辛酸包括在B复合体内。

三、下面主要是维生素A的历史发展，合成工艺及生理作用。

维生素A（vitaminA）又称视黄醇（其醛衍生物视黄醛）是一个具有酯环的不饱和一元醇，包括维生素A1、A2两种。

视黄醇可由植物来源的β-胡萝卜素合成，在体内β-胡萝卜素-15，15′-双氧酶（双加氧酶）催化下，可将β-胡萝卜素转变为两分子的视黄醛（retinal），视黄醛在视黄醛还原酶的作用下还原为视黄醇。

故β-胡萝卜素也称为维生素A原。

　　化学式

　　维生素A1：

C20H30O

维生素A2：

C20H28O

一、发现历史

早在1000多年前，唐朝孙思邈在《千金方》中记载动物肝脏可治疗夜盲症。

1913年，美国台维斯等4位科学家发现，鱼肝油可以治愈干眼病。

并从鱼肝油中提纯出一种黄色粘稠液体。

　　1920年英国科学家曼俄特将其正式命名为维生素A。

国际上正式将维生素A看作营养上的必须因素，缺乏后会导致夜盲症。

二．维生素A的合成工艺

　　维生素A，也称视黄醇（retino1），分子式C20H30O，分子量286.44.化学名称全反式3,7-二甲基-9-（2,6,6-三甲基-1-环已稀）-2,4,6,8-壬四稀-l-醇。

　　维生素A是一种黄色片状晶体或结晶性粉末，属脂溶性维生素，不溶于水和甘油，能溶于醇、醚、烃、卤代烃等大多数有机溶剂。

虽然维生素A可从动物组织中提取，但资源分散，步骤烦杂，成本高。

商品维生索A都是化学合成产品。

世界上维生素A的工业合成，主要有Roche和BASF两条合成工艺路线。

1.RocheCl4+C6合成工艺

　β-紫罗兰酮为起始原料，格氏（Grignard）反应为特征，经Darzens反应，格氏反应，选择加氢，羟基溴化，脱溴化氢，六步反应完成了维生素A醋酸酯的合成。

　　Roche合成工艺的优点是技术较成熟，收率稳定，各反应中间体的立体构形比较清晰，不必使用很特殊的原料。

缺陷是使用的原辅材料高达40余种，数量较大。

该技术路线是世界上维生素A厂商采用的主要合成方法。

2.BASFC15+C5合成工艺

　　Pommer等人上世纪50年代研究开发的维生素A合成方法，为BASF技术路线奠定了基础，后经数十余年的不断改进完善，BASF公司1971年投入工业生产。

典型特征是Witting反应。

以β-紫罗兰酮为起始原料和乙炔进行格氏反应生成乙炔-β-紫罗兰醇，选择加氢得到乙烯―β―紫罗兰醇，再经Witting反应之后，在醇钠催化下，与C5醛缩合生成维生素A醋酸酯。

　　在Cl5+C5的合成工艺中，1992年Babbler等人使用亚磷酸四乙酯与Cl5醛反应，成功的合成了C15醛磷酸酯。

1994年田中光孝等人将其应用于维生素A醋酸酯的合成，从而开发了利用Witting反应制备维生素A的新方法，可避免传统BASF合成工艺使用价格高的三苯膦和剧毒的光气。

是一条潜在工业应用前景、值得深入研究的维生索A合成新工艺。

Roche合成工艺进展

　　我国维生素A的合成主要采用Roche合成工艺路线，对Roche合成工艺的技术进步尤其值得关注。

1.丁烯酮合成

　　当前丁烯酮工业合成主要采用Aldol缩合，丙酮和甲醛在碱催化下，缩合生成丁酮醇，再经脱水得到丁烯酮。

　　常压下Aldol缩合制备丁烯酮，得率不高。

文献报道加压下可获得较好的收率。

国外采用Mannichreaction合成丁烯酮，收率很高，丙酮和甲醛在二乙胺盐酸盐存在下缩合。

生成Mannich盐，经中和后，在减压下Mannich盐定量裂解为丁烯酮和二乙基胺。

　　这条工艺受压力影响很大，在合适压力下，总收率可超过90%。

比Aldol缩合工艺的收率成倍增加。

缺陷是需使用干盐酸气体，必须解决加压下的设备腐蚀问题。

2.六碳醇合成

　　六碳醇是Roche合成工艺的关键中间体。

乙炔和锂在低温下形成乙炔锂，再和丁烯酮反应，生成六碳醇-（3），再经硫酸转为得到六碳醇-

（1）。

　　硫酸催化稀丙基重排，生成顺式和反式六碳醇，顺式体在一定条件下会发生环合生成2,3-二甲基呋喃，并大量放热。

六碳醇受热也会发生快速聚合。

　　由硫酸催化烯丙基转位反应动力学研究得知，以水为溶剂的转位速度是苯作为溶剂的2-4倍，并与硫酸的浓度成正比。

进行温度，溶剂种类，酸浓度等工艺条件研究，难于完全消除反式体的生成，反式体的含量为14—18%的范围。

文献也报道了采用强酸型离子交换树脂作为烯丙基转位催化剂，可较大幅度提高得率，并可消除酸性废水。

Roche合成工艺的目标产物是全反式维生素A，只能以顺式六碳醇为原料。

反式六碳醇参与缩合反应，产物不是全反式维生素A。

因此研究开发六碳醇正、反式体的高效分离方法很重要。

　　由于丁烯酮在氨碱条件下，很容易自聚合，因此得率不高。

国外曾进行了以乙醚代替液氨作为溶剂合成六碳醇的研究，避开了碱性反应条件，可较大幅度提高收率。

　　许多文献披露了采用格氏反应制备六碳醇。

氯甲烷制备格氏试剂后与乙炔反应，得到的乙炔氯化镁，再与丁烯酮进行格氏反应，得到六碳醇-（3），经转位得到目标产物。

　　格氏法对六碳醇的传统合成工艺作了根本改变，具有反应时间短，不需深冷，乙炔用量也少，不存在氨回收的问题，可望获得好的收率，是合成六碳醇很值得深入研究的新工艺。

3.Darzens反应制备十四醛

　　β-紫罗兰酮与氯乙酸甲酯在强碱存在和低温下发生Darzens缩合反应，生成缩水甘油酯，再经水解脱羧生成十四醛。

　　Darzens反应制备十四醛当前存在最大问题是β-紫罗兰酮难于反应完全，残存于产物当中，由于十四醛与D一紫罗兰酮沸点相差很小，依靠精馏难于分离。

β-紫罗兰酮带入下工序参与反应，影响了缩合物质量。

1980年M.Rosenberger开发了一条可取代Darzens缩合的新工艺，可使β-紫罗兰酮反应完全，提高了十四醛的收率和质量。

M.Rosenberger最早是使用硫锚（CH3）3S+X-与β-紫罗兰酮反应，生成环氧化物中间体，继而水解得到十四醛。

并获得高收率。

　　同时，在M.Rosenberger的研究中，显示了Me3S+X-的X-对反应的收率和反应条件影响很大。

ME3S+I和Me3S+Br一般在Nail催化的条件下，可有相当高的收率，改用KOH或NaOH收率明显下降。

而ME3S+CI可以在PTC条件下，在两相系统中可以获得好的收率。

但是Me3S+XCI的制备困难，需高压反应。

经改进使用（CH3）SOSO2OCH3与β-紫罗兰酮反应，同样可以得到良好结果。

4.双格氏反应制备缩合物

　　六碳醇和十四醛进行双格氏反应构成了维生素A的主碳构架。

镁、卤代乙烷以乙醚或THF为溶剂，形成卤镁乙烷格氏试剂后与六碳醇进行格氏反应，生成的双卤镁六碳醇再与十四醛进行格氏反应，得到了缩合