簡述

3-羥基丁酸又名DL-3-羥基丁酸，β-羥基丁酸，英文名稱3-Hydroxybutyric Acid，分子式為C₄H₈O₃，分子量為104.11。該物質(zhì)一般含有兩種結(jié)構(gòu)，分別為L-體和D-體，L-體易潮解得單斜晶體，易溶于水、乙醇、乙醚，微溶于苯。D-體易潮解得糖漿物，和水蒸氣一起蒸發(fā)，易溶于水、乙醇、乙醚，不溶于苯。

關(guān)于3-羥基丁酸的物理數(shù)據(jù)，主要包括以下數(shù)據(jù)：密度（g/mL,25/4℃）1.126；熔點48~50℃；沸點130℃（常壓）；折射率(n20D)1.4430；閃點>110℃。

生物研究

利用試驗生態(tài)學(xué)方法，研究3-羥基丁酸對雨生紅球藻光系統(tǒng)Ⅱ(photosystem Ⅱ，PSⅡ)光化學(xué)活性與色素合成的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3-羥基丁酸對雨生紅球藻PSⅡ光反應(yīng)中心造成脅迫損傷，細胞PSⅡ光化學(xué)最大光能轉(zhuǎn)化效率(Fv/Fm)、有效光能轉(zhuǎn)化效率(Yield)和表觀電子傳遞速率(electron transfer rate,ETR)的參數(shù)均出現(xiàn)不同程度降低，其中0.02、0.10μg/L處理組的作用最明顯。3-羥基丁酸造成雨生紅球藻葉綠素a含量波動變化并最終下降至較低水平。3-羥基丁酸能夠促進雨生紅球藻合成并積累蝦青素，其中0.01μg/L濃度的促進作用最強，蝦青素最高產(chǎn)量為7.57 mg/L。3-羥基丁酸影響了雨生紅球藻自身資源在光合作用與抗逆合成之間的權(quán)衡分配。研究結(jié)果為使用3-羥基丁酸作為外源誘導(dǎo)物促進雨生紅球藻生產(chǎn)蝦青素提供了依據(jù)[1]。

為研究3-羥基丁酸對HeLa癌細胞生長與凋亡的影響，采用四唑鹽(MTT)比色法測定細胞活力，AO/EB熒光染色觀察細胞凋亡與壞死的形態(tài)學(xué)變化，單細胞凝膠電泳檢測細胞DNA的損傷，流式細胞儀檢測細胞凋亡，蛋白質(zhì)免疫印跡法(Western Blot)檢測凋亡蛋白的表達。結(jié)果表明，3-羥基丁酸能夠抑制HeLa癌細胞增殖，使HeLa癌細胞DNA受到損傷。通過caspase依賴性細胞凋亡途徑誘導(dǎo)HeLa癌細胞凋亡。在HeLa癌細胞與人臍帶正常細胞共培養(yǎng)條件下，3-羥基丁酸誘導(dǎo)HeLa癌細胞先于人臍帶正常細胞凋亡。實驗為腫瘤的生酮飲食療法和酮體療法提供了理論依據(jù)[2]。

制備方法

3-羥基丁酸作為生物降解塑料的重要原料，實現(xiàn)其工業(yè)化生產(chǎn)是治理“白色污染”、推動生物降解塑料研究、開發(fā)和應(yīng)用的關(guān)鍵。因此，高質(zhì)高效的制備3-羥基丁酸具有十分重要的意義[3]。

生物法

利用單因素法和響應(yīng)面中心試驗法對假單胞菌(Psedomonas sp.)DS1001a降解聚3-羥基丁酸酯(PHB)制備3-羥基丁酸(3-HB)的條件進行了優(yōu)化。結(jié)果表明，該菌株降解PHB制備3-HB的最適培養(yǎng)基條件為：0.2%PHB，0.05%NH₄Cl，1.01%Na₂HPO₄·12H₂O，0.39%KH₂PO₄，0.07%MgSO₄·7H₂O，0.0005%CaCl₂·2H₂O。最適培養(yǎng)條件為：培養(yǎng)溫度40℃，裝液量150mL，接種量1%，初始pH值6.28，培養(yǎng)時間18h。優(yōu)化后3-HB的質(zhì)量濃度為1.555mg/mL，回收率為77.75%，是單因素優(yōu)化后的1.56倍[4]。

化學(xué)法

以乙醛為原料，經(jīng)羥醛縮合制備3-羥基丁醛，再通過3-羥基丁醛的液相氧化合成3-羥基丁酸。利用壓力反應(yīng)裝置，通過催化劑選擇實驗和正交試驗，確定了3-羥基丁醛氧化反應(yīng)的合適催化劑和最佳反應(yīng)條件。最佳反應(yīng)條件為：催化劑為鈷醋酸鹽，催化劑用量0.5% (質(zhì)量)，溶劑為有機酸酯，溶劑用量80% (質(zhì)量)，反應(yīng)時間30h，反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)壓力0.8MPa。在最佳反應(yīng)條件下，3-羥基丁酸的平均收率達81.75 %[5]。

氣相色譜分析

采用BF₃-CH₃OH酯化衍生法，以正辛酸作內(nèi)標(biāo)，建立了3-羥基丁酸，巴豆酸，3-羥基丁醛，巴豆醛等混合體系中3-羥基丁酸的氣相色譜分析方法，利用標(biāo)準(zhǔn)樣對照并結(jié)合質(zhì)譜分析確定了化學(xué)合成3-羥基丁酸反應(yīng)混合物的組成。該法線性范圍為0.40～160.67g/L，相關(guān)系數(shù)為r=0.9995。該方法快速，簡單，重現(xiàn)性好，并用于化學(xué)合成3-羥基丁酸反應(yīng)混合物的分析，結(jié)果令人滿意[6]。

參考文獻

[1]黃瑩,張娟,竇勇,等.3-羥基丁酸對雨生紅球藻PSⅡ光化學(xué)活性與色素合成的影響[J].食品研究與開發(fā),2023,44(22):7-13.

[2]蘇佳佳,曾杰,邵鄰相.3-羥基丁酸對HeLa癌細胞生長與凋亡的影響[J].浙江師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2019,42(02):195-200.DOI:10.16218/j.issn.1001-5051.2019.02.013.

[3]李海霞,楊文玲,馬沛生.3-羥基丁酸的應(yīng)用及生產(chǎn)方法[J].精細石油化工,1999(02):33-35.

[4]張春雨,李凡,時東方,等.利用假單胞菌DS1001a降解聚3-羥基丁酸酯制備3-羥基丁酸[J].東北師大學(xué)報(自然科學(xué)版),2015,47(01):111-118.DOI:10.16163/j.cnki.22-1123/n.2015.01.021.

[5]楊文玲,馬沛生,王加寧,等.3-羥基丁酸的化學(xué)合成工藝研究[J].化學(xué)工程,2002(05):74-78+6.

[6]楊文玲,馬沛生,寇登民.3-羥基丁酸的氣相色譜分析[J].分析化學(xué),2000(09):1161-1164.