CN105325454A

CN105325454A - 新型复合季鏻盐及其制备方法与抗菌应用

Info

Publication number: CN105325454A
Application number: CN201510804979.2A
Authority: CN
Inventors: 倪春林; 周家容; 叶辉青; 张正; 胡甜; 刘茵; 满丽敏
Original assignee: South China Agricultural University
Current assignee: South China Agricultural University
Priority date: 2015-11-20
Filing date: 2015-11-20
Publication date: 2016-02-17
Anticipated expiration: 2035-11-20
Also published as: CN105325454B

Abstract

本发明属于精细化学合成技术领域，具体涉及一种新型复合季鏻盐及其制备方法与抗菌应用，该复合季鏻盐具有以下通式所示的分子结构：，其中，R选自Cl、Br和NO₂基团中的一种，其稳定性好，抗菌性能优异，抑菌作用持续时间长；该制备方法包括合成溴化取代苄基三苯基膦、合成抗菌配合物、析晶等步骤，其操作简便可控，不需要大型仪器设备，显著降低了生产成本。

Description

新型复合季鏻盐及其制备方法与抗菌应用

技术领域

本发明属于精细化学合成技术领域，具体涉及一种新型复合季鏻盐及其制备方法与抗菌应用。

背景技术

抗菌剂，是指在一定时间内能杀死或抑制微生物活性的各种制剂，是对细菌、霉菌等微生物高度敏感的化学物质。抗菌剂的用途非常广泛，与人类生活密切相关，大量的应用于工业、农业以及动植物保护等方面。而季鏻盐作为一种水处理剂是在20世纪90年代初被发现的，1990年Gramham 指出，季鏻盐用于工业及油田水处理具有高效、快速、广谱、对环境和鱼类低毒、易降解和使用方便等优点，并指出早期研究的季鏻盐已初步显示出较好的抗菌性。

现有季鏻盐类杀菌剂虽具有抗菌作用快、抗菌谱广、抑制防霉效果好等优点，但其仍然具有一定的缺陷，如稳定性差、效果不够理想、抑制作用持续时间短等。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种新型复合季鏻盐，其稳定性好，抗菌性能优异，抑菌作用持续时间长；本发明还公开了所述新型复合季鏻盐的制备方法，其操作简便可控，不需要大型仪器设备，显著降低了生产成本。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

设计一种新型复合季鏻盐，具有以下通式所示的分子结构：

，其中，R选自Cl、Br和NO₂基团中的一种，优选Br。

该复合季鏻盐化合物可使细菌细胞中酶的代谢功能失调，丧失呼吸功能而失活，对细菌完成“触杀”，是优良的有机合成类抑菌、杀菌剂。

上述新型复合季鏻盐的制备方法，包括以下步骤：

（1）将取代苄基溴和三苯基膦溶解于丙酮中，于65～70ºC搅拌回流16～24小时，自然冷却后进行抽滤，并分别用少量丙酮和乙醚洗涤滤饼，以去除杂物和加速干燥，然后进行真空干燥，得到溴化取代苄基三苯基膦；所述取代苄基溴和三苯基膦之间的摩尔比为1：0.8～1.2；

（2）将所得溴化取代苄基三苯基膦和CuCl₂·2H₂O溶解于甲醇中，再加入少量盐酸，持续搅拌，同时加热回流0.5～2 h，自然冷却后过滤，将所得滤液静置，自然挥发，析出浅绿色晶体，即得；所述溴化取代苄基三苯基膦和CuCl₂·2H₂O之间的摩尔比为1.8～2.2：1。

其中，步骤1所用丙酮的量为10～20mL每摩尔取代苄基溴；步骤2所用甲醇的量为15～25mL每摩尔溴化取代苄基三苯基膦；步骤2所用盐酸为浓度37%的氯化氢水溶液，其用量为0.5～1.5mL每摩尔溴化取代苄基三苯基膦。

本发明具有以下积极有益效果：

本发明将季鏻盐阳离子与金属配阴离子复合，起到显著的协同促进作用，使所得新型复合季鏻盐兼具有机系的强敛性、持续性与无机系的安全性、耐热性，并且其合成价格低廉、原料用量少、抗菌性能高、稳定性好（尤其是单晶形态）。

对比所合成的溴化取代苄基三苯基膦及本发明复合季鏻盐，采用平板纸片法和试管二倍稀释法对其进行抗菌活性分析，实验结果表明，二者均有抗菌活性，但本发明复合季鏻盐表现出更加显著的性能，其中，[2BrBzTPP]₂[CuCl₄]化合物对大肠杆菌的最低抑菌浓度达到0.12μmol/L。另外，溴化取代苄基三苯基膦由于极易吸潮而变成糊状，难以保存；而本发明复合季鏻盐稳定性良好，晶体状态下更佳，方便长期保存。

附图说明

图1 为本发明复合季鏻盐A的晶体结构图(氢原子省略)。

图2 为本发明复合季鏻盐A的分子堆积图。

图3 为本发明复合季鏻盐B的晶体结构图(氢原子省略)。

图4 为本发明复合季鏻盐B的部分弱相互作用图。

图5为本发明复合季鏻盐B的分子堆积图。

图6为本发明复合季鏻盐C的晶体结构图(氢原子省略)。

图7为本发明复合季鏻盐C的分子堆积图。

具体实施方式

为了更好的了解本发明，下面通过具体的实施例来具体说明本发明的技术方案。

所用红外光谱检测方法如下：取适量样品，KBr 压片，用Avatar 360 FT-IR 红外光谱仪，在400～4000cm^-1范围内扫描。

所用晶体结构测定方法如下：选取大小合适的晶体置于Bruker Smart CCD X-射线单晶衍射仪上，用经石墨单色器单色化的Mo K α辐射为光源（λ= 0.71073 Å），常温下以φ-ω扫描方式在一定角度范围内收集衍射数据。全部数据还原和结构解析用SHELX-97 程序，对全部非氢原子的坐标及各向异性热参数进行了全矩阵最小二乘法精修，所有氢原子采用理论加氢。

实施例 1

一种单晶形态的复合季鏻盐A，具有上述通式所示分子结构，其中R为Cl。

其制备方法如下：

（1）将2-氯代苄基溴2 mmol和三苯基膦1.6mmol溶解于丙酮20mL中，于65～70ºC搅拌回流24小时，期间有白色沉淀生成，自然冷却后进行抽滤，并分别用少量丙酮和乙醚洗涤滤饼，以去除杂物和加速干燥，然后进行真空干燥，得到溴化2-氯代苄基三苯基膦，产率为79.3%；红外光谱分析：IR(cm^-1)：ν(苯环C–H)：3053；ν(CH₂)：2925、2884；ν(C=C)：1587、1432；ν(C–P)：1111；

（2）将所得溴化2-氯代苄基三苯基膦1 mmol和CuCl₂·2H₂O 0.45 mmol溶解于甲醇15mL中，再加入0.5mL盐酸，持续搅拌，同时加热回流0.5h，自然冷却后过滤，将所得滤液静置，自然挥发，2周后析出浅绿色晶体，即得，其产率为68.0%，其晶体学数据见表1，晶体结构见图1，主要键长和键角见表2，氢键作用见表3，晶胞分子堆积见图2。

表1 本发明复合季鏻盐的晶体学数据

。

表2本发明复合季鏻盐的主要键长和键角

。

表3本发明复合季鏻盐的氢键

。

实施例 2

一种单晶形态的复合季鏻盐B，具有上述通式所示的分子结构，其中R为Br。

其制备方法如下：

（1）将2-溴代苄基溴2 mmol和三苯基膦2 mmol溶解于丙酮30mL中，于65～70ºC搅拌回流20小时，期间有白色沉淀生成，自然冷却后进行抽滤，并分别用少量丙酮和乙醚洗涤滤饼，以去除杂物和加速干燥，然后进行真空干燥，得到溴化2-溴代苄基三苯基膦，产率为86.4%；红外光谱分析：IR(cm^-1)：ν(苯环C–H)：3053；ν(CH₃)：2922、2884；ν(C=C)：1584、1432；ν(C–P)：1114；

（2）将所得溴化2-溴代苄基三苯基膦1 mmol和CuCl₂·2H₂O 0.5 mmol溶解于甲醇20 mL中，再加入1mL盐酸，持续搅拌，同时加热回流1h，自然冷却后过滤，将所得滤液静置，自然挥发，2周后析出浅绿色晶体，即得，产率为83.0%，其晶体学数据见表1，晶体结构见图3，主要键长和键角见表2，氢键作用见表3，部分弱相互作用见图4，值得注意的是，除了氢键外，Br与苯环之间还存在弱的p…π作用（Br(2)到C(33)…C(38)苯环中心的距离为 3.732 Å），晶胞分子堆积见图5。

实施例 3

一种单晶形态的复合季鏻盐C，具有上述通式所示的分子结构，其中R为NO₂。

其制备方法如下：

（1）将2-硝基苄基溴2 mmol和三苯基膦2.4mmol溶解于丙酮40mL中，于65～70ºC搅拌回流16小时，期间有白色沉淀生成，自然冷却后进行抽滤，并分别用少量丙酮和乙醚洗涤滤饼，以去除杂物和加速干燥，然后进行真空干燥，得到溴化2-硝基苄基三苯基膦，产率为88.6%；红外光谱分析：IR(cm^-1)：ν(NH₂)：3341；ν(苯环C–H)：3050；ν(CH₂)：2922、2875；ν(C=C)：1581、1432；ν(NO₂)：1530、1335；ν(C–P)：1105。

（2）将所得溴化2-硝基苄基三苯基膦1 mmol和CuCl₂·2H₂O 0.56 mmol溶解于甲醇25 mL中，再加入1.5mL盐酸，持续搅拌，同时加热回流2h，自然冷却后过滤，将所得滤液静置，自然挥发，2周后析出浅绿色晶体，即得，产率为75.4%，其晶体学数据见表1，其晶体结构见图6，主要键长和键角见表2，氢键作用见表3，晶胞分子堆积见图7。

抗菌实验：

针对以上实施例中3种复合季鏻盐及其合成的阳离子原料，进行最低抑菌浓度(MIC)测定，采用平板纸片法和试管二倍稀释法的方法进行。其具体实施方法为：

（1）平板纸片扩散法测定抑菌圈

取活化后的金葡萄球菌和大肠杆菌，接种于琼脂斜面上，放入37℃恒温箱中培养，24 h后，将细菌接种于液体培养基中。将金葡萄球菌菌液稀释至浓度约为6.0×10⁶CFU·mL^-1，大肠杆菌的浓度约为2.0×10⁷CFU·mL^-1。配制复合季鏻盐A、B、C及其阳离子的试样水溶液 (1mmol·L^-1)。取一批琼脂培养皿，向其中注入20μL金葡萄球菌，向另外一批培养皿注入20μL大肠杆菌，使用涂布棒将菌液均匀涂布在培养皿中，用无菌镊子将经过灭菌和干燥的滤纸片（直径为0.60cm）紧贴于各个琼脂培养皿表面，在每片滤纸片中注入10μL所配制的试样水溶液，并用保鲜薄膜将培养皿密封。置于37℃的恒温恒湿培养箱中培养24h，测量其抑菌圈的直径大小，结果见表4。

表4 抑菌半径对比（单位：cm）

。

（2）试管二倍稀释法测定最小抑菌浓度（MIC）

取活化后的大肠杆菌，金葡萄菌，接种于琼脂的斜面上，在37 ℃下培养24 h后将其接种到液体培养基中，再将菌液稀释金葡萄球菌的浓度约为1.5×10⁶CFU·mL^-1，大肠杆菌的浓度约为5.0×10⁶CFU·mL^-1。取若干洁净并经高温灭菌的小试管，分别加入1mL液体培养基，再往第一支小试管中加入1mL浓度为1mmol·L^-1的试样水溶液，混合均匀后从中吸取1mL溶液加入到第二支小试管中，以此类推逐级稀释抗菌样品药液，使小试管中抗菌样品药液浓度按序号依次为原始药液浓度的1/2，1/4，1/8，1/16，……。最后每支试管再加入20μL菌液，在恒温恒湿箱中培养24h，观察试管的活菌情况(吴迪等， 2005)。实验完毕后采用高温高压灭菌。结果见表5。

表5 最小抑菌浓度对比（单位：μmol/L）

。

Claims

1.一种新型复合季鏻盐，具有以下通式所示的分子结构：

，

其中，R选自Cl、Br和NO₂基团中的一种。

2.根据权利要求1所述的新型复合季鏻盐，其特征在于：所述R为Cl，该复合季鏻盐为单晶形态，其晶系为正交晶系，空间群为Pbca ，晶胞参数为：a =18.947Å，b =18.450Å，c =26.981Å，z=8。

3.根据权利要求1所述的新型复合季鏻盐，其特征在于：所述R为Br，该复合季鏻盐为单晶形态，其晶系为正交晶系，空间群为Pbca ，晶胞参数为：a =18.949Å，b =18.574Å，c =27.000Å，z=8。

4.根据权利要求1所述的新型复合季鏻盐，其特征在于：所述R为NO₂，该复合季鏻盐为单晶形态，其晶系为单斜晶系，空间群为C2/c ，晶胞参数为：a =19.168Å，b =14.678Å，c =18.237Å，b=114.244°，z=4。

5.一种权利要求1～4任一项所述新型复合季鏻盐的制备方法，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤1所用丙酮的量为10～20mL每摩尔取代苄基溴。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤2所用甲醇的量为15～25mL每摩尔溴化取代苄基三苯基膦。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤2所用盐酸为浓度37%的氯化氢水溶液，其用量为0.5～1.5mL每摩尔溴化取代苄基三苯基膦。

9.权利要求1～4任一项所述新型复合季鏻盐的抗菌应用。