基本介紹
化合物簡介,化合物的性質,化合物的合成,套用,醫藥,浮選,濕法冶金,展望,
化合物簡介
羥肟酸類化合物是一類對金屬離子具有高效選擇性的典型螯合劑。由於其分子結構中具有含孤對電子的氧和氮並且位置相互靠近，使它能與金屬離子螯合生成穩定的螯合物。這樣的特殊結構，使得羥肟酸類化合物已被廣泛用於金屬氧化礦的浮選、溶劑萃取、廢水處理以及醫藥等領域。
化合物的性質
羥肟酸類化合物主要包括羥肟酸和羥肟酸高分子兩大類，其中羥肟酸高分子又包括線型羥肟酸高分子和具有三維交聯結構的羥肟酸螯合樹脂。羥肟酸具有羥肟酸和氧肟酸兩種互變異構體，故也稱為氧肟酸或異羥肟酸。這兩種互變異構體同時存在，不可分離，通常以氧肟酸的形式為主。
羥肟酸可以看做是羧酸的衍生物，它的酸性比相應的羧酸弱。在酸性介質中，羥肟酸易水解呈羥氨和羧酸。羥肟酸高分子同時含有羰基和肟基，其中的肟基存在著位置相互靠近的氧和氮，並且這兩種原子帶有孤對電子，使羥肟酸高分子具有較強的螯合能力。能與Pb2+、Co2+、Ti4+、La3+、Ta5+等過渡金屬離子發生螯合作用，形成穩定的多元環金屬螯合物。
羥肟酸類化合物的這些性質，使其在許多領域都有廣泛的套用，如羥肟酸在醫藥中用作抗腫瘤藥物；在金屬氧化礦物中的浮選用作捕收劑；在冶金中，線型羥肟酸高分子可以用作絮凝劑和沉澱劑等，羥肟酸高分子可用作有色金屬萃取劑，羥肟酸螯合樹脂則可用作吸附劑。
化合物的合成
有關羥肟酸的合成方法的報導已有許多，常用的方法有羥胺法、硝基烷烴重排法、胺類氧化法、硝基烷烴還原法和亞硝基化合物與醛反應製取法等。高分子化學改性法是國內外合成羥肟酸高分子聚合物最常用的方法，主要是以聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯腈等高分子為骨架進行羥肟化改性，引入羥肟酸配位基。近年來也有一些單體聚合法製備羥肟酸高分子的報導。
羥肟酸的合成方法
1.羥胺法
羥胺法分為羥胺的游離和羥肟化兩步反應。根據羥肟化原料的不同，可以分為：羥胺-酯法、羥胺-醯氯法和羥胺羧酸法。反應可以看成在鹼性條件下，羧酸或其衍生物R—CO—L（L為OH、Cl、OR 等）與羥胺發生肟化反應。對反應進行熱力學和動力學的理論分析可得，羥胺與羧酸或羧酸衍生物的反應活性為：醯氯>酯>羧酸。但在實際生產中，因羥胺-醯氯法對設備和反應條件要求高而受到一定的限制。主要採用的是羥胺-酯法。
2. 硝基烷烴重排法
硝基烷烴重排法可分為濃硫酸重排法和光電重排法。兩種重排法都是通過一定的外界條件，使硝基烷烴發生異構重排，得到羥肟酸。這種方法的優點在於原料來源廣、成本低，並且避免使用羥胺，因此大大降低了成本。
3. 醯胺氧化法
以H2O2 和FeCl3 為氧化劑氧化某些醯胺化合物可製得羥肟酸，但乙醯胺、丙醯胺和草酸醯胺除外。此法對原料的要求較高，一直處於實驗室研究階段。
4. 硝基烷烴還原法
硝基脂肪酸酯可在醇介質下，以氯化銨和鋅粉為還原劑，還原成羥肟酸，產率可以達到85%。
5. 亞硝基化合物與醛反應製取法
亞硝基化合物和醛在酸催化下，以水為介質，發生親核取代反應生成羥肟酸，可以獲得95%的高轉化率。
除了上述方法，還有一些合成方法，如熱裂解法、固相合成法、微波法和生物轉化法等，這些方法由於反應條件苛刻，產率低等原因的限制，均未得到廣泛套用。
羥肟酸高分子的合成
1. 聚丙烯酸酯羥肟化法
聚丙烯酸酯羥肟化法是將帶有酯基的高分子或將酯基引入到高分子骨架上後，與羥胺在鹼性條件下肟化反應，將酯基轉化為羥肟酸基團。該法反應條件溫和，反應效率高，已成為製備含羥肟基聚合物的重要方法之一。
以三氯矽基丙酸甲酯對沸石進行化學改性，然後與羥胺在25℃下羥肟化，製備出了以沸石為骨架的羥肟酸吸附劑。鐘宏等將高相對分子質量的水溶性丙烯酸聚合物粉體分散在極性有機溶劑中，與烷基化試劑進行非均相酯化反應，然後與羥胺溶液進行非均相異羥肟酸化反應，生成高相對分子質量的含羥肟酸基團的水溶性聚合物。
2. 聚丙烯醯胺羥肟化法
醯胺基肟化的反應活性略低於酯基，在羥肟酸高分子的合成中套用也較多。分別以N,N，-亞基雙丙烯醯胺（N型）和乙二醇二（甲基丙烯酸）酯（E型）為交聯劑的交聯丙烯醯胺在鹼性條件下與羥胺進行羥肟化反應，製備出了兩種聚羥肟酸水凝膠。以聚丙烯醯胺和二乙烯基苯為原料製備出交聯聚丙烯醯胺樹脂，並於羥胺在75～80℃、鹼性條件下肟化反應3天，製備出羥肟酸樹脂。
3.分子印跡氧肟酸樹脂
分子印跡是一項具備特異識別功能的新興技術，以其高選擇性的獨特優點吸引了各國研究人員的注意，已成為吸附樹脂製備的重要發展方向之一。以La（Ⅲ）、Ce（Ⅲ）、Nd（Ⅲ）等為印跡離子，以丙烯基氧肟酸為單體進行本體聚合，成功製備了對印跡離子具有良好吸附選擇性的分子印跡氧肟酸樹脂。
套用
羥肟酸類化合物因其特殊的結構和高效的螯合作用，用途廣泛，特別是在醫藥、浮選和冶金領域有著重要的影響。
醫藥
隨著癌症發病率的升高，抗癌活性藥物的設計合成在世界範圍內備受關注。經有關研究證實，惡性腫瘤的發生髮展與組蛋白去乙醯化狀態的失衡密切相關，而組蛋白去乙醯化酶抑制劑通過增加細胞內組蛋白的乙醯化程度，能選擇性地抑制腫瘤細胞的增殖，誘導細胞分化和凋亡。羥肟酸類組蛋白去乙醯化酶抑制劑是組蛋白去乙醯化酶抑制劑的一類，其羥肟酸基團可與組蛋白去乙醯化酶中具有催化活性的金屬離子結合，抑制組蛋白去乙醯化酶的活性，從而提高組蛋白乙醯化程度。其具有結構多樣、活性高、特異性強的特點，近年來已引起國內外的生物化學家的重視，已是抗癌藥物領域中的研究熱點之一。
羥肟酸類組蛋白去乙醯化酶抑制劑TSA通過對p21 等基因的去乙醯化作用，能夠增加p21的表達水平，阻斷胃腫瘤細胞的生物周期循環，抑制腫瘤細胞的增殖，為胃癌的治療提供了一種新方法。在考察靜脈注射或口服給藥對腫瘤的用藥安全性、生物活性和作用機理的臨床研究中，辛二醯苯胺異羥肟酸（SAHA）能很好的抑制腫瘤細胞的活化和增殖，並誘導其發生凋亡。其對腎功能及血清膽固醇、血細胞的毒副作用也較小。
羥肟酸類組蛋白去乙醯化酶抑制劑與其他藥物的聯合治療，能夠協同增效，並且未增加副作用，有望為癌症的臨床治療提供聯合使用、互補的新方向和可能。辛二醯苯胺異羥肟酸和硼替佐米、拉克黴素聯合使用，相比其單獨使用，對治療乳腺腫瘤有顯著的效果。辛二醯雙異羥肟酸與另一種蛋白去乙醯化酶抑制劑（MS275）綜合使用，被證實能加強抗腫瘤藥物奧沙利鉑對直腸癌的治療效果。
浮選
羥肟酸是一種早已為人們熟悉，廣泛套用於礦物浮選的螯合類捕收劑。羥肟酸具有捕收強力強、選擇性好、低毒等優點，在鎢礦、稀土礦、錫礦和鈦鐵礦等礦石的浮選方面，取得了較理想的選別效果，是一種具有發展前景的氧化礦捕收劑。
合成了對叔丁基苯甲羥肟酸，考察了其對鈦鐵礦的浮選性能。浮選試驗結果表明，對叔丁基苯甲羥肟酸對實際礦物的浮選效果比傳統選鈦捕收劑更好。合成了6種新型羧基羥肟酸，並研究了這些羥肟酸對一水硬鋁石、高嶺石和伊利石的捕收性能。藥劑對礦物的可浮性大小均為：水硬鋁石>高嶺石>伊利石。這一類羧基羥肟酸因其好的選擇性浮選，可以用於一水硬鋁石型鋁土礦的正浮選脫矽，具有較大的套用潛質。羥肟酸捕收劑浮選方解石、石英和燒綠石時，在不加pH值調整劑的情況下，羥肟酸對燒綠石的浮選回收率能達90%。同時，也能很好地浮選方解石。為了從碳酸鹽脈石中分離燒綠石，使用偏磷酸鈉做抑制劑，能達到很好的分離效果。羥肟酸也能用於銅礦的浮選，辛基羥肟酸被證實在硫化銅和氧化銅的混合礦的浮選中，對氧化銅礦有較好的浮選回收率，且對硫化銅礦的浮選沒有有害的影響。
如果將羥肟酸和黃原酸鹽組合使用，其對硫化銅和氧化銅的混合礦的浮選，比單獨使用藥劑的浮選效果更好。對於羥肟酸捕收劑與礦物作用的原理已經有很多研究者進行了研究，普遍認為是捕收劑在礦物表面進行了化學或物理吸附。也有研究者從量子化學和溶液化學角度探討捕收機理。
濕法冶金
羥肟酸類化合物作為萃取劑使用
羥肟酸類化合物具有較高的萃取選擇性。因其對銅有較好的選擇性，可以從多種元素中優先萃取銅，已廣泛套用於銅萃取工業中。
美國早期研究開發的以磷酸三丁酯（TBP）為溶劑的輻照鈾燃料的萃取法後處理技術，是普遍認可的可行、經濟的後處理方法。在TBP-煤油組成的有機萃取相中加入乙醯羥肟酸，經多次實驗研究證實，經還原萃取後的鈾燃料，用含乙醯羥肟酸的有機萃取相處理，能夠很好的實現鈾與鈽的分離和淨化，並能有效回收廢液中的錒系元素。
肟酸高分子作為絮凝劑和沉澱劑使用
羥肟酸高分子因其穩定的螯合作用，在各種難以處理的廢水和赤泥脫水處理中受到廣泛套用。
羥肟酸類絮凝劑具有上清液澄清度好，壓縮帶液固比低等優勢，但其沉降速度相對較慢，因此，提高羥肟酸類絮凝劑的沉降速度是的研究熱點。陳鋒等合成了乙基苯乙烯-丙烯醯胺-丙烯羥肟酸聚合物以及一種帶苯環結構的羥肟酸類絮凝劑，並考察這兩種羥肟酸類絮凝劑對赤泥沉降效果。
研究表明，對於乙基苯乙烯-丙烯醯胺-丙烯羥肟酸絮凝劑，當乙基苯乙烯的含量大於10.5%，絮凝劑的總相對分子質量為11×106 時，對赤泥的沉降速度快，絮凝效果最好。而含苯環結構的羥肟酸類絮凝劑相比國內外廣泛使用的羥肟酸絮凝劑，能使赤泥的沉降速度更快，淨化效果更好。羥肟酸能高效的捕集重金屬離子，常用於處理金屬行業中的廢水。
羥肟酸樹脂作為螯合樹脂使用
羥肟酸樹脂是一類具有羥基和肟基雙配體的典型螯合樹脂，具有良好的吸附性能，可以用於金屬的富集和分離分析。螯合樹脂是一類具有選擇性吸附能力，具有套用前景的新材料。
根據軟硬酸鹼理論，稀土元素屬於硬酸，易與屬於硬鹼或中間鹼的含O、N 原子基團形成配位鍵，氧肟酸螯合樹脂具有羰基和肟基雙配位體，是稀土元素吸附的首選。
研究吸附選擇性高、容量大的氧肟酸吸附樹脂，對實現稀土元素高效分離具有重大意義。
展望
羥肟酸類化合物的研究雖然受到越來越廣泛的重視，其合成和套用也已經有了一定的發展。但仍有一些問題存在，需要在未來的研究中解決。
（1）羥肟酸類抑制劑的研究較為深入，它具有作用靶點明確、活性高等特點，但也存在在人體內不穩定、生物利用率低、臨床套用有毒性等問題。因此，設計合成新型高效、低臨床毒性異羥肟酸類抑制劑將會是世界範圍內抑制劑類藥物的重要研究方向。
（2）由於羥肟酸捕收劑的生產成本高，新的羥肟酸捕收劑的研究報導較少以及其與礦物作用機理爭議較大等原因，限制了羥肟酸在礦物浮選中的進一步推廣套用。通過對羥肟酸基本性質和合成方法的研究，開發工藝簡單、高效和低成本的新合成思路，並且加強對羥肟酸與礦物作用機理的研究。可以為開發研究新型羥肟酸捕收劑提供理論基礎，同時也能推動羥肟酸捕收劑的工業套用。
（3）羥肟酸類高分子化合物和羥肟酸樹脂，因其具有較高的萃取選擇性、高效絮凝性、吸附容量大選擇性高等優點，在冶金領域用途廣泛。但是已有的合成含羥肟酸基團的聚合物的報導還是很少，因此設計合成具有不同結構的含羥肟酸基團的聚合物將是化學研究領域的熱點之一。
