羟基乙酸对皮肤的作用与功效

副标题：二氧化碳转化率可达70%的前生源二氧化碳还原

二氧化碳（CO2）是早期地球以及其他行星大气中的主要组成部分。因此，二氧化碳被认为是前生源条件下合成有机物的原料。然而，传统认知中，还原二氧化碳需要多于化学计量当量的氢气或金属单质，往往还需要高温高压条件，这与早期地球环境并不匹配；而且，即便这种条件下二氧化碳的转化效率也并不算很高，能得到的对生命起源有意义的有机物的产率更是低得可怜。二氧化碳对生命起源到底有没有意义？如果有，二氧化碳又是以何种方式参与其中？

最近， Nature Chemistry 杂志在线发表的英国剑桥分子生物学实验室（MRC Laboratory of Molecular Biology）John Sutherland教授课题组的研究论文，展示了一种全新的 光还原二氧化碳化学 ，被作者称之为“ 羧亚硫酸化学 （Carboxysulfitic Chemistry）”。在碱性条件下（pH = 9），用紫外光照射含有碳酸氢钠（50 mM）和亚硫酸钠（100 mM）的水溶液，持续光照4小时之后，二氧化碳的转化率可达44%，其中仅甲酸的产量就达到18 mM（产率为36%）。而提高反应原料以及增加光照时长之后，二氧化碳的转化效率最高可接近70%，其中仅甲酸的产量就达到53 mM （产率为53 %），鉴定出来的产物包括三种一碳化合物（C1）：甲酸（ 2 ）、羟甲磺酸（ 3 ）、甲醇（ 4 ），三种二碳化合物（C2）：草酸（ 10 ）、羟基乙酸（ 5 ）、乙酸（ 6 ），三种三碳化合物（C3）：羟基丙二酸（ 7 ）、丙二酸（ 8 ）、β-羟基丙酸（ 11 ），以及一种四碳化合物（C4）：酒石酸（外消旋酒石酸 9a 和内消旋酒石酸 9b ）。与此同时，氢气作为一个主要副产物也通过核磁共振波谱法（NMR）检测到。之后作者利用碳-13标记的碳酸氢钠作为原料，重复了该反应，得到了对应的碳-13标记的产物。表明以上的产物都是二氧化碳还原的产物。随后作者调整了碳酸氢钠和亚硫酸钠的浓度，当碳酸氢钠的起始浓度很低时（5 mM），产物以C2和C3化合物为主。当碳酸氢钠的起始浓度提高到20 mM以上时，产物以甲酸（ 2 ）为主。

表1. 以不同浓度碳酸氢钠以及亚硫酸钠作为起始原料的羧亚硫酸化学产物浓度及产率表

随后作者提出了光化学还原二氧化碳的自由基反应机理。亚硫酸根在紫外光的照射下，激发出一个电子，亚硫酸根变成亚硫酸自由基。碳酸氢钠溶液在该条件下会存在少量的水合二氧化碳，电子可以还原水合二氧化碳到二氧化碳自由基（ 12 ）。二氧化碳自由基可以二聚生成草酸（ 10 ），也可以夺取亚硫酸氢根中的氢原子生成甲酸（ 2 ）。甲酸（ 2 ）可以继续被电子还原成为甲醛（ 16 ）以及甲醇（ 4 ）。由于亚硫酸根的存在，甲醛（ 16 ）在水溶液中会以羟甲磺酸（ 3 ）的形式存在。而二氧化碳自由基（ 12 ）可以发生二聚反应得到草酸（ 10 ）以及其他C2-C3的化合物。有趣的是，甲酸（ 2 ）还可以被水溶液中的亚硫酸自由基氧化成为二氧化碳自由基（ 12 ），从而得到与二氧化碳还原一样的中间体。利用碳-13标记的甲酸作为起始原料，与亚硫酸钠在相同条件下光照同样可以得到碳-13标记的C1-C3化合物。这也证明了碳酸氢根和甲酸根在这一条件下可以互相转化，之后发生同样的自由基反应。为了进一步证明这一机理，作者进一步做了超快泵浦-探针光谱（Ultrafast Pump-Probe Spectroscope），研究了水合电子对甲酸（ 2 ）和草酸（ 10 ）的还原速率。由于草酸（ 10 ）的还原速率高于甲酸（ 2 ），因此当二氧化碳起始浓度很低时，二氧化碳与甲酸（ 2 ）互相转化的过程中，一旦发生自由基二聚得到草酸（ 10 ）会被迅速还原成其他的C2-C3产物，而其他C1产物不会积累。作者也利用气态二氧化碳为反应原料，重复了以上实验，得到了同样的结果。

图1. 以二氧化碳为起始原料的羧亚硫酸化学自由基反应机理

为了进一步研究这一体系，作者将二氧化碳还原得到的产物继续在同一条件下和亚硫酸钠进行光照反应。在这一系列反应中，最引人注目的是以羟基乙酸（ 5 ）为起始原料的反应。在这个反应中，羟基乙酸被亚硫酸自由基氧化生成羟基乙酸自由基，此自由基二聚生成酒石酸（ 9a 和 9b ）。酒石酸（ 9a 和 9b ）被还原可以得到苹果酸，继续被还原可以得到琥珀酸。酒石酸（ 9a 和 9b ）被氧化得到酒石酸自由基，和另一分子羟基乙酸自由基结合可以得到二羟基柠檬酸，进一步还原之后可以得到羟基柠檬酸以及柠檬酸。

根据对早期太阳光照强度的模拟计算得知，原始太阳的光照强度要远低于实验室所用的低压汞灯，并且太阳光谱为广谱。作者利用了低光照强度的广谱氙灯为光源的StarLab重复了之前的反应。这个反应器可以模拟早期岩石星球表面的太阳辐照。在这个反应器中，所有反应的产物与以汞灯为光源的产物大致相同。

随后作者讨论了这一反应与生命起源的相关性。根据地质学的碱性湖泊假说（ PNAS , 2020 , 117 , 883 Geochim. Cosmochim. Acta , 2019 , 260 , 124），在这些湖泊中，空气中的二氧化碳以及由于火山喷发的二氧化硫很容易在湖泊中富集。因此，这种光还原二氧化碳的反应在岩石类行星上发生可称得上是顺理成章。并且根据现有火星地质学证据（ Nature , 2000 , 404, 50 Science , 2015 , DOI: 10.1126/science.aac7575 Science , 2017 , DOI: 10.1126/science.aah6849），这一反应也极有可能在早期火星上发生。在这些条件下，早期火星表面可能会存在大量的甲酸（ 2 ）、草酸（ 10 ）、乙酸（ 6 ）和丙二酸（ 8 ）。丙二酸（ 8 ）可能发生脱羧反应得到乙酸（ 6 ）。因此作者推断，现在火星的表面上可能会存在大量的甲酸盐、草酸盐以及乙酸盐。二氧化碳的还原产物中，羟基乙酸（ 5 ）、乙酸（ 6 ）、丙二酸（ 8 ）以及羟基丙酸（ 11 ）都是现代生物体内不同代谢途径所必须的原料。羟基乙酸（ 5 ）不仅是二氧化碳的还原产物之一，也是氰硫化学的主要产物。而羟基乙酸（ 5 ）进一步反应可以得到的苹果酸、琥珀酸以及柠檬酸则是三羧酸循环中的主要物种。因此，这些证据表明，在前生源阶段，这些代谢途径的中间体已经在地球上存在，并且等待被利用以形成现代生命（图2）。

图2. 以氰硫化学以及羧亚硫酸为基础的异 养生 命起源

该工作中的羧亚硫酸化学由 John Sutherland 教授课题组的 刘紫微 博士首先发现，随后与哈佛大学 Dimitar Sasselov 教授课题组、加州理工大学 Woodward Fischer 教授课题组共同合作完成。

Prebiotic photoredox synthesis from carbon dioxide and sulfite

Ziwei Liu, Long-Fei Wu, Corinna L. Kufner, Dimitar D. Sasselov, Woodward W. Fischer &John D. Sutherland

Nat. Chem ., 2021 , DOI: 10.1038/s41557-021-00789-w

1、化学清洗：羟基乙酸70%溶液主要用作清洁剂，2%的羟基乙酸和1%的甲酸混合酸是一种效率高、成本低的清洗剂，可以用作空调、锅炉、电厂输送管道、冷凝器、热交换器等的主要清洗原料。2、生物降解材料：广泛用于制备体内埋植型缓释药物系统、埋植型修复器械、生物吸收外科缝合线、人造骨胳和器官材料等，非常具有开发前景。聚乳酸和聚乙醇酸已成为新材料领域的开发重点。3、杀菌剂：由于羟基乙酸含有羟基和羧基的特殊结构，可与金属阳离子通过配位键形成亲水螯合物，因此对铁氧化细菌的生长具有明显的抑制作用，可用作杀菌剂，还可用在多种矿石浮选中作抑制剂。4、日用化工品：99%羟基乙酸是疗效较好的去除死皮和汗毛药剂，可合成抗皮肤衰老、美白化妆品原料果酸，可以达到保湿、滋润肌肤、促进表皮更新的功效。乙醇酸的分子量非常小，它可以有效地渗透皮肤毛孔，在短时间内解决皮肤老化，皱纹，黑斑，暗疮等问题，因此被医学美容界一致推崇。5、电镀表面处理：乙醇酸还可用于电镀行业，乙醇酸钠盐、钾盐可用作电镀添加剂，也可作电镀研磨、金属酸洗、皮革染色和鞣制剂的绿色化工原料。乙醇酸也是化学镀镍的络合剂，具有耐腐蚀、反应快、光洁度好等优点，是提高化学镀镍质量的最好配剂原料。另外，乙醇酸在纺织行业可以用于染整羊毛纤维及纤维素织品交联耦合剂或含羧基纤维织物的交联催化剂；还可用作粘接剂、石油破乳剂、焊接剂和涂料的配料及合成多种医药、农药和化学助剂等。

a)羟基乙酸与碱反应生成羟基乙酸盐；

b)羟基乙酸盐与醇的金属盐反应生成羟基乙酸二价盐。

反应式如下：

hoch2cooh+mx→hoch2coom；

hoch2coom+rom'→m'och2coom+roh；

其中，mx为碱，所述碱可以为本领域技术人员熟知的碱性化合物，本发明优选为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠或碳酸氢钾，更优选为氢氧化钠、碳酸钠或碳酸氢钠，最优选为氢氧化钠。

rom＇为醇的金属盐，所述醇的金属盐优选为c1～8的醇的钾盐或钠盐，更优选为甲醇钠、甲醇钾、乙醇钠、乙醇钾、叔丁醇钠、叔丁醇钾、异辛醇钠或异辛醇钾。

步骤a)中，当碱为一元碱时，羟基乙酸与碱的摩尔比优选为1：(0.98～1.02)，更优选为1：1；当碱为二元碱时，羟基乙酸与碱的摩尔比优选为1：(0.49～0.51)，更优选为1：0.5。

羟基乙酸与碱的反应温度优选为20～60℃，更优选为20～40℃。所述反应的时间优选为0.2～1h，更优选为0.4～0.6h。

羟基乙酸与碱反应完毕，优选减压蒸出其中的水。本发明优选的，将反应液减压蒸干至水分≤0.3％。

步骤b)中，羟基乙酸盐与醇的金属盐的摩尔比优选为1：(1～1.2)，更优选为1：(1～1.1)，最优选为1：(1.02～1.04)；羟基乙酸盐与醇的金属盐中的金属阳离子，即m和m＇，可以相同也可以不同，为便于生产处理通常选用相同的金属阳离子。

所述羟基乙酸盐与醇的金属盐的反应温度优选为20～60℃，更优选为20～40℃。所述反应的时间优选为0.5～1.5h。

然后将所述羟基乙酸二价盐与1,2,4-三氯苯在催化剂的作用下，进行反应，制备2,4-二氯苯氧乙酸盐，反应方程式如下：

所述催化剂优选为四丁基溴化铵、三辛基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵和三乙基苄基氯化铵中的一种或多种，更优选为三乙基苄基氯化铵。

所述1,2,4-三氯苯与羟基乙酸二价盐的摩尔比优选为1：(1～1.4)，更优选为1：(1～1.1)，最优选为1：(1.02～1.06)。

所述催化剂的用量优选为1,2,4-三氯苯重量的0.1％～1％。

所述1,2,4-三氯苯与羟基乙酸二价盐的反应温度优选为40～160℃，更优选为60～120℃。所述反应的时间优选为2～4h。

制备得到2,4-二氯苯氧乙酸盐后，对其进行酸化，即可得到2,4-二氯苯氧乙酸。

具体的，将2,4-二氯苯氧乙酸盐与酸反应即可。

所述酸可以为盐酸、硫酸、硝酸、甲酸等本领域常规酸性化合物，优选为盐酸或硫酸，最优选为硫酸。

所述酸化的温度优选为40～100℃，更优选60～80℃。

所述酸化中，反应液的ph值优选为0～2。

即加入酸至反应液ph值为0～2。

与现有技术相比，本发明提供了一种2,4-二氯苯氧乙酸的制备方法，包括以下步骤：a)式(ⅰ)所示的羟基乙酸二价盐与1,2,4-三氯苯在催化剂的作用下，反应生成式(ⅱ)所示的2,4-二氯苯氧乙酸盐；b)2,4-二氯苯氧乙酸盐酸化，得到2,4-二氯苯氧乙酸。本发明创造性的使用1,2,4-三氯苯代替苯酚和氯代苯酚，与羟基乙酸盐经过缩合反应，制得2,4-二氯苯氧乙酸盐，然后水解制得2,4-二氯苯氧乙酸，该方案有效避免了苯酚或氯代苯酚的使用，解决了操作场所和产出的三废存在的异味问题，大幅改善了生产场所的操作环境，具有良好的环保效益，同时反应具有较高的收率和纯度。

图1为本发明实施例1制备的2,4-二氯苯氧乙酸的核磁共振氢谱图。

具体实施方式

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的2,4-二氯苯氧乙酸的制备方法进行详细描述。

实施例1：

称取130.4g70％的羟基乙酸(1.2mol)水溶液，于20℃下缓慢滴加入97.9g50％的氢氧化钠(1.224mol)，滴加完毕于此温度下保温反应0.5h，反应完毕将反应液减压蒸干至水分≤0.3％，得羟基乙酸钠待用。向制得的羟基乙酸钠中加入98.2g99.8％的乙醇钠(1.44mol)，然后加入300g无水乙醇，搅拌下于40℃保温反应1h，得羟基乙酸二钠盐的乙醇溶液。向其中加入1.8g四丁基溴化铵，加入183.8g99％的1,2,4-三氯苯(1mol)，升温至60℃反应3h。反应完毕，减压蒸馏回收乙醇，加入300g水，升温至60℃，加入50％的稀硫酸至ph为0.7，降温至室温过滤、烘干得2,4-二氯苯氧乙酸217.7g，含量98.2％，以1,2,4-三氯苯计反应总收率97.6％。

对制备的2,4-二氯苯氧乙酸结构进行表征，其核磁共振谱图如图1所示，由图1可知，本发明制备得到2,4-二氯苯氧乙酸。

实施例2：

称取113.0g70％的羟基乙酸(1.04mol)水溶液，于40℃下缓慢滴加入116.7g50％的氢氧化钾(1.04mol)，滴加完毕于此温度下保温反应0.5h，反应完毕将反应液减压蒸干至水分≤0.3％，得羟基乙酸钾待用。向制得的羟基乙酸钾中加入252.5g30％的甲醇钾(1.08mol)的甲醇溶液，搅拌下于20℃保温反应1h，得羟基乙酸二钾盐的甲醇溶液。向其中加入0.72g十六烷基三甲基溴化铵，加入183.8g99％的1,2,4-三氯苯(1mol)，升温至40℃反应3h。反应完毕，减压蒸馏回收甲醇，加入300g水，升温至40℃，加入30％的盐酸至ph为0.2，降温至室温过滤、烘干得2,4-二氯苯氧乙酸217.9g，含量98.4％，以1,2,4-三氯苯计反应总收率97.9％。

实施例3：

称取152.1g70％的羟基乙酸(1.4mol)水溶液，于60℃下缓慢滴加入190.7g50％的碳酸钾(0.69mol)，滴加完毕于此温度下保温反应0.5h，反应完毕将反应液减压蒸干至水分≤0.3％，得羟基乙酸钾待用。向制得的羟基乙酸钾中加入576.0g30％的叔丁醇钾(1.54mol)的叔丁醇溶液，搅拌下于40℃保温反应1h，得羟基乙酸二钾盐的叔丁醇溶液。向其中加入1.3g三乙基苄基氯化铵，加入183.8g99％的1,2,4-三氯苯(1mol)，升温至90℃反应3h。反应完毕，减压蒸馏回收叔丁醇，加入300g水，升温至80℃，加入30％的盐酸至ph为1.3，降温至室温过滤、烘干得2,4-二氯苯氧乙酸216.5g，含量98.1％，以1,2,4-三氯苯计反应总收率97.3％。

实施例4：

称取141.2g70％的羟基乙酸(1.3mol)水溶液，于60℃下缓慢滴加入344.5g20％的碳酸钠(0.65mol)，滴加完毕于此温度下保温反应0.5h，反应完毕将反应液减压蒸干至水分≤0.3％，得羟基乙酸钠待用。向制得的羟基乙酸钠中加入659.7g30％的异辛醇钠(1.3mol)的异辛醇溶液，搅拌下于60℃保温反应1h，得羟基乙酸二钠盐的异辛醇溶液。向其中加入0.2g三辛基氯化铵，加入183.8g99％的1,2,4-三氯苯(1mol)，升温至120℃反应3h。反应完毕，减压蒸馏回收异辛醇，加入300g水，升温至100℃，加入30％的盐酸至ph为1.9，降温至室温过滤、烘干得2,4-二氯苯氧乙酸218.8g，含量98.5％，以1,2,4-三氯苯计反应总收率98.5％。

由上述实施例可知，本发明以1,2,4-三氯苯为原料，成功制备得到2,4-二氯苯氧乙酸，且反应具有较高的收率，产物具有较高的纯度。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

2、农业上用作植物生长刺激剂，有内源生长素吲哚乙酸的作用特点和生理功能。

3、如促进细胞分裂与扩大，诱导形成不定根、增加分蘖，提高成穗率，增加坐果、防止落果、改变雌雄花的比例率等。

4、其经叶片、树枝的嫩表皮、种子等进入植株内，随营养流输导至起作用的部位。

5、羟基乙酸钾在较高浓度下，有抑制生长的作用。对水稻浸秧和小麦浸种可增产。也可防止果树和棉花的脱落，促使各种植物插条生根、开花、提高发芽率、使农作物早熟、多产，防止落花落果及形成无子果实。

1：H2NCH2-CO-O-CH2-COOH，这个是羧基和羟基的酯化反应

2：HOOC-CH2-NH-CO-CH2-OH，这个是羧基和氨基脱水，生成的肽键，

两分子间脱水的直链产物，应该就这两种吧

2.H2N-CH2-COOH---->(催化剂） -[-HN-CH2-CO-]n- + nH2O

3.(C6H10O5)n + nH2O ---->(催化剂）nC6H12O6

但是根据动车化妆品携带相关要求，定妆喷雾、防晒喷雾、雅漾喷雾等带有自喷压力容器的喷雾最多可以带120ml。

旅客携带物品的规定：

1、工具类：小扳手、测电笔、家用手电钻、老虎钳、螺丝刀等不受限制；铁锤子、铲子、大扳、斧子严禁携带。

2、食品、饮料类：自热火锅和自热米饭不可以携带；还活着的螃蟹、小龙虾不允许携带；花生油、食用油、菜籽油、香油可以携带；饮料、奶茶、牛奶、矿泉水能带，不过，过安检时会被要求喝一下。

3、毛发用品：吹风机、脱毛膏、脱毛仪、卷发棒、护发素、护肤精油、洗发水等可以带；染发剂容量不超过20毫升。

4、利器：瑞士军刀、餐刀、陶瓷刀、尖头剪刀、菜刀、美工刀、水果刀等用品不可以携带；刮毛刀、修眉刀、儿童手工剪刀、指甲刀可以携带。

5、电池：锂电池、纽扣电池、5号电池允许携带；含有氢氧化钾固体、注有酸液或碱液的蓄电池不允许携带。

6、代步工具：婴儿车与轮椅等可以带；平衡车、电动滑板、自行车要用纸箱等硬质的包装物装着才能带上车。