介绍
葡萄糖二酸（Glucaric acid, GAA）是一种天然、无毒的含有 4 个手性碳原子的葡萄糖衍生物，在水溶液常以四种形式存在，分别为手性葡萄糖二酸、葡萄糖二酸-1,4-内酯、葡萄糖二酸-3,6-内酯和葡萄糖二酸-1,4,3,6-内酯。
图一 葡萄糖二酸
来源
早在20世纪七八十年代，就有研究者在多肉植物的胶乳、绿豆幼苗、裸子植物的幼苗和针叶、不同多肉植物的叶或茎和番茄叶中发现葡萄糖二酸。随后，GAA在甜樱桃果实和柑橘类水果中也被检测到。GAA还被证明存在于人体及少数的哺乳类动物中，是哺乳动物内糖醛酸途径的终产物。自2004年起，美国能源部（DOE）确定GAA为12种“最具有价值的生物炼制产品”（Topvalueaddedchemicals frombiomass）之一，作为合成多种高效环保的新兴生物质能源的原料，GAA具有巨大的潜在经济价值。
功能
葡萄糖二酸在医学和化工领域都发挥着重要作用。在医学方面，GAA作为哺乳动物的代谢终产物可以抑制与癌症相关的β-葡萄糖醛酸酶的活性，从而在治疗癌症方面发挥重要作用。GAA可作为抗惊厥药物诱导人体中肝微粒体酶的产生。此外，葡萄糖二酸在降低胆固醇和调控激素方面也发挥着重要作用，抑制啮齿类动物乳腺、结肠和皮肤肿瘤的发生。
葡萄糖二酸作为一种高附加值平台化合物，在化工领域应用较广泛，其可直接使用或经进一步加工生产各种高价值化工产品。研究者发现将葡萄糖二酸内酯与二胺缩聚可以生产可降解的羟基化尼龙，将葡萄糖二酸盐和烷基二铵1：1混合可以合成高分子量聚酰胺，应用于纺织、塑料和材料等领域。GAA与α,ω-二氨基烷基聚二甲基硅氧烷反应可以制备出新型的碳水化合物分段的硅聚酰胺，有效提升了分子主链的柔性以及聚酰胺材料的溶解度和加工性能，并且支持电子传输，在光电领域获得良好的应用效果。此外，GAA可作为缓释肥料、碳水化合物酸酰胺和各种薄膜的合成原料，还可生产无毒、可生物降解的磷酸盐替代物和金属防腐的螯合剂用于家用洗涤剂和电镀等。
合成
使用TEMPO的衍生物氮氧化物氧化催化剂4-AcNH-TEMPO（4-Acetamido-2,2,6,6-Tetramethylpiperidoxyl,4-乙酰氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物）将葡萄糖氧化为葡萄糖二酸，使用元素氯或溴作为末端氧化剂，通过沉淀分离和纯化，最终获得收率为70-85%的葡萄糖二酸[1]。
图二 4-AcNH-TEMPO以氯为末端氧化剂氧化葡萄糖生成葡萄糖二酸
参考文献
[1]王庆秀. 葡萄糖二酸的酶催化合成[D]. 天津:天津科技大学,2024.