CN109730067B - 一种含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

一种含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂及其制备方法和应用，本发明涉及表面活性剂杀菌剂及其制备方法。本发明是要解决现有的表面活性剂作为杀菌剂使用时加入量大的技术问题。本发明的杀菌剂的结构式为：

其中R＝C_nH_2n+1，n＝10～18，X为卤素。制法：用N‑乙酰基‑(1,5‑萘二氧基)‑N,N‑二甲基乙二胺和卤乙酰基烷基胺反应后蒸发、重结晶后，得到。该杀菌剂的应用是将它用于杀灭细菌。该杀菌剂对大肠杆菌和沙门氏菌的最小抑菌浓度达到0.17～0.66μM，对链球菌的最小抑菌浓度为0.17～1.32μM，对金黄葡萄球菌的最小抑菌浓度可达到0.043～0.085μM。可用作畜禽、畜舍和带畜消毒领域。

Description

一种含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂及其制备方法和 应用

技术领域

本发明涉及表面活性剂杀菌剂及其制备方法。

背景技术

季铵盐表面活性剂由于其高表面活性、优良的吸附和杀菌性能，已广泛应用于洗涤、杀菌、乳化、化妆品、印染、采油等多个领域。在近几年，表面活性剂在杀菌领域的发展速度很快，获准上市的消毒剂相关产品的种类与数量在不断增加。目前将表面活性剂加入到消毒剂中得到的消毒产品具有很强的杀菌作用。

如公开号为CN108191955A的中国专利公开了一种肽两亲分子，它具有杀菌作用，它对大肠杆菌的最小抑菌浓度为6.4μM，对金黄葡萄球菌的最小抑菌浓度达到22.2μM。现有的含有苯环和多官能团的单链季铵盐阳离子表面活性剂对革兰式阳性菌和阴性菌的最低杀菌浓度可低至24.4μg/mL。公开号为CN105478054A的中国专利公开的一种具有较低临界胶束浓度的新型单链萘酚衍生物季铵盐阳离子表面活性剂；公开号为CN107176913A的中国专利公开了一种新型的轴手性联萘酚衍生物Gemini型两亲分子，然而并没有公开它们的杀菌作用。

现有的表面活性剂作为杀菌剂使用时，因为抑菌浓度比较高，使表面活性剂的加入量较大，导致消毒剂具有刺激性强、稳定性差的缺陷。

发明内容

本发明是要解决现有的表面活性剂作为杀菌剂使用时加入量大的技术问题，而提供一种含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂及其制备方法和应用。

本发明的含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂的结构式为：

其中R＝C_nH_2n+1，n＝10～18，X为卤素。

本发明提供的含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂在杀菌过程中，阳离子头基与细菌的负电荷表面发生静电相互作用，萘环刚性链接基和长链烷基与细胞膜发生疏水相互作用以及酰胺键与细胞膜发生氢键作用，这两方面均促进细菌死亡。

上述的含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂的制备方法，按以下步骤进行：

一、将溶剂Ⅰ加入容器中，再加入N-乙酰基-(1,5-萘二氧基)-N,N-二甲基乙二胺和卤乙酰基烷基胺，其中N-乙酰基-(1,5-萘二氧基)-N,N-二甲基乙二胺与卤乙酰基烷基胺的摩尔比为1:(1～6)，升温至100℃～150℃并搅拌26h～72h，得到粗产物；

二、将步骤一得到的粗产物旋转蒸发，得白色固体；

三、利用溶剂Ⅱ对白色固体重结晶，得到含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂，用C_nNDDA表示。

上述的含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂的应用，是将该含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂用作杀灭细菌。

本发明所述的含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂的制备反应过程如下：

本发明以N-乙酰基-(1,5-萘二氧基)-N,N-二甲基乙二胺和卤乙酰基烷基胺为原料合成了一种新型的以萘环为刚性连接基并含有多官能团结构的双子季铵盐杀菌剂。制备方法工艺简单，反应条件易于控制，产物易于分离、纯化。

本发明的含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂C_nNDDA具有较好的杀菌能力，根据国标GB15981–1995测定对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的杀菌能力，C_nNDDA对大肠杆菌和沙门氏菌的最小抑菌浓度达到0.17～0.66μM，对链球菌的最小抑菌浓度为0.17～1.32μM，对金黄葡萄球菌的最小抑菌浓度可达到0.043～0.085μM。这种杀菌剂用量低，杀菌效果好，高效、低毒、易于降解并且对环境污染小。该杀菌剂可用作畜禽、畜舍和带畜消毒剂的主要成分。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂的结构式为：

其中R＝C_nH_2n+1，n＝10～18，X为卤素；用C_nNDDA表示。

具体实施方式二：具体实施方式一所述的含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂的制备方法，按以下步骤进行：

一、将溶剂Ⅰ加入容器中，再加入N-乙酰基-(1,5-萘二氧基)-N,N-二甲基乙二胺和卤乙酰基烷基胺，其中N-乙酰基-(1,5-萘二氧基)-N,N-二甲基乙二胺与卤乙酰基烷基胺的摩尔比为1:(1～6)，升温至100℃～150℃并搅拌26h～72h，得到粗产物；

二、将步骤一得到的粗产物旋转蒸发，得白色固体；

三、利用溶剂Ⅱ对白色固体重结晶，得到含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是步骤一中的溶剂Ⅰ为有机混合溶剂；其它与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是有机混合溶剂为异丙醇和甲苯混合溶剂、正丙醇和水混合溶剂、正丁醇和水混合溶剂、丙酮和二甲亚砜混合溶剂、乙醇和二甲亚砜混合溶剂、二甲亚砜和水混合溶剂、丙酮和甲苯混合溶剂、乙酸乙酯和二甲亚砜混合溶剂；其它与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二至四之一不同的是：步骤一中卤乙酰基烷基胺的结构式为

其中R₁＝C_nH_2n+1，n＝10～18；X表示卤素。其它与具体实施方式二至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二至五之一不同的是：所述的卤乙酰基烷基胺为氯乙酰基癸胺、氯乙酰基十二胺、氯乙酰基十四胺、氯乙酰基十六胺、氯乙酰基十八胺。其它与具体实施方式二至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式二至六之一不同的是：步骤一中N-乙酰基-(1,5-萘二氧基)-N,N-二甲基乙二胺和卤乙酰基烷基胺的质量之和与溶剂Ⅰ的体积的比为1g:(1～100)mL；其它与具体实施方式二至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式二至七之一不同的是步骤三中，溶剂Ⅱ为丙酮与石油醚混合溶剂、乙酸乙酯与石油醚混合溶剂、乙醇与石油醚混合溶剂、丙酮与环己烷混合溶剂，丙酮与二氯甲烷混合溶剂，异丙醇与乙醚混合溶剂、三氯甲烷与正戊烷混合溶剂或者为乙腈与正己烷混合溶剂；其它与具体实施方式二至七之一相同。

本实施方式中溶剂Ⅱ为混合溶剂，混合溶剂中各组分按任意比混合。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式二至八之一不同的是步骤三中，所述的旋转蒸发操作条件是：转速为80r/min～200r/min，水浴温度为40℃～90℃。其它与具体实施方式二至八之一相同。

具体实施方式十：具体实施方式一所述的含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂的应用，是将该含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂用作杀灭细菌。

具体实施方式十一：本实施方式与实施方式十不同的是所述的细菌为革兰氏阳性菌或革兰氏阴性菌；其中革兰氏阳性菌包括金黄葡萄球菌和链球菌；革兰氏阴性菌包括大肠杆菌和沙门氏菌；其他与具体实施方式十相同。

具体实施方式十二：本实施方式与实施方式十一不同的是所述的革兰氏阳性菌为金黄葡萄球菌或链球菌；革兰氏阴性菌为大肠杆菌或沙门氏菌；其他与具体实施方式十一相同。

用下面的实施例验证本发明的有益效果。

实施例1：本实施例的含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂的制备方法，按以下步骤进行：

一、向三口烧瓶中依次加入60mL由正丁醇与水按体积比为1：1混合而成的溶剂、3.892g氯乙酰基癸胺和1.503g N-乙酰基-(1,5-萘二氧基)-N,N-二甲基乙二胺，在温度为110℃的条件下搅拌67h，即得粗产物；

二、在转速为110r/min、水浴温度为60℃的条件下旋转蒸发粗产物，得粘稠状膏体；

三、利用乙醇与石油醚的体积比为1：1的混合溶剂对粘稠状膏体进行重结晶，得到白色固体，即为含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂，记为C₁₀NDDA。

本实施例制备的C₁₀NDDA的傅立叶红外光谱FT-IR数据如下：

FT-IR(KBr pellet)v cm^-1:3389(N-H),3072(-C-H),3018(＝C-H),2923(-CH₃),2849(-CH₂-),1680(-C＝C),1677(-C＝O),1094(-C-O-C-).

本实施例制备的C₁₀NDDA的¹H-NMR数据如下：

¹H-NMR(600MHz,CDCl₃):δppm 8.790(s,1H),8.579(d,J＝6Hz,1H),8.032(d,J＝8.4Hz,1H),7.381(t,J＝7.8Hz,1H),6.761(d,J＝7.2Hz,1H),4.804(s,2H),4.293(s,2H),3.734(s,2H),3.668(s,2H),3.190(dd,J＝7.2Hz,2H),3.119(s,6H),1.526(t,J＝6.9Hz,2H),1.283(dd,J＝8.8Hz,15H),0.883(t,J＝5.7Hz,3H).

通过FT-IR、¹H-NMR对C₁₀NDDA化铵的表征，可知C₁₀NDDA的结构式为：

实施例2：本实施例的含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂的制备方法，按以下步骤进行：

一、向三口烧瓶中依次加入45mL由丙酮与二甲亚砜按体积比为1：1混合而成的混合溶剂、15.625g氯乙酰基十二胺和7.812g N-乙酰基-(1,5-萘二氧基)-N,N-二甲基乙二胺，在温度为130℃的条件下搅拌37h，即得粗产品；

二、在转速120r/min、水浴温度为80℃的条件下旋转蒸发粗产品，得粘稠状膏体；

三、利用由丙酮与环己烷按体积比为1：1混合而成的混合溶剂对粘稠状膏体进行重结晶，得到白色固体，即为含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂，记为C₁₂NDDA。

本实施例制备的C₁₂NDDA的傅立叶红外光谱FT-IR数据如下：

FT-IR(KBr pellet)νcm^-1:3389(N-H),3061(-C-H),3033(＝C-H),2948(-CH₃),2851(-CH₂-),1689(C＝C),1668(C＝O),1086(C-O-C).

本实施例制备的C₁₂NDDA的¹H-NMR数据如下：

¹H-NMR(600MHz,CDCl₃):δppm 9.787(s,1H),9.606(s,1H),9.038(d,J＝8.4Hz,1H),8.388(t,J＝8.1Hz,1H),7.760(d,J＝7.8Hz,1H),5.811(s,2H),5.299(s,2H),4.737(s,2H),4.675(s,2H),4.195(dd,J＝7.0Hz,2H),4.111(s,6H),2.531(t,J＝7.2Hz,1H),2.301(dd,J＝6.6Hz,4H),2.238(s,14H),1.887(t,J＝7.2Hz,3H).

通过FT-IR、¹H-NMR对C₁₂NDDA的表征，可知C₁₂NDDA的结构式为：

实施例3：本实施例的含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂的制备方法，按以下步骤进行：

一、向三口烧瓶中依次加入45mL由丙酮与二甲亚砜按体积比为1：2混合而成的混合溶剂、15.625g氯乙酰基十四胺和7.812g N-乙酰基-(1,5-萘二氧基)-N,N-二甲基乙二胺，在温度为130℃的条件下搅拌37h，即得粗产品；

二、在转速120r/min，水浴温度为80℃的条件下旋转蒸发粗产品，得粘稠状膏体；

三、利用由丙酮与环己烷按体积比为1：2混合而成的混合溶剂对粘稠状膏体进行重结晶，得到白色固体，即为含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂，记为C₁₄NDDA。

本实施例制备的C₁₄NDDA的傅立叶红外光谱FT-IR数据如下：

FT-IR(KBr pellet)v cm^-1:3392(N-H),3070(-C-H),3041(＝C-H),2922(-CH₃),2856(-CH₂-),1671(-C＝O),1086(-C-O-C-).

本实施例制备的C₁₄NDDA的¹H-NMR数据如下：

¹H-NMR(600MHz,CDCl₃):δppm 9.797(s,1H),9.607(s.1H),9.040(d,J＝8.4Hz,1H),8.390(t,J＝8.4Hz,1H),5.816(s,2H),5.296(s,2H),4.735(s,2H),4.665(s,2H),4.195(dd,J＝6.8Hz,2H),4.104(s,6H),2.530(dd,J＝7Hz,2H),2.237(s,24H),1.888(t,J＝6.9Hz,3H).

通过FT-IR、¹H-NMR对C₁₄NDDA的表征，可知C₁₄NDDA的结构式为：

实施例4：本实施例的含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂的制备方法，按以下步骤进行：

一、向三口烧瓶中依次加入45mL由丙酮与二甲亚砜按体积比为1：5混合而成的混合溶剂、15.625g氯乙酰基十六胺和7.812g N-乙酰基-(1,5-萘二氧基)-N,N-二甲基乙二胺，在温度为130℃的条件下搅拌37h，即得粗产品；

二、在转速120r/min，水浴温度为80℃的条件下旋转蒸发粗产品，得粘稠状膏体；

三、利用由丙酮与环己烷按体积比为1：2混合而成的混合溶剂对粘稠状膏体进行重结晶，得到白色固体，即为含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂，记为C₁₆NDDA。

本实施例制备的C₁₆NDDA的傅立叶红外光谱FT-IR数据如下：

FT-IR(KBr pellet)v cm^-1:3366(N-H),3069(-C-H),2917(-CH₃),2843(-CH₂-),1685(-C＝C),1662(-C＝O),1086(-C-O-C-).

本实施例制备的C₁₆NDDA的¹H-NMR数据如下：

¹H-NMR(600MHz,CDCl₃):δppm 9.800(s,1H),9.558(s,1H),9.043(d,J＝7.8Hz,1H),8.379(s,1H),7.771(d,J＝7.8Hz,1H),5.829(s,2H),5.299(s,2H),4.756(s,2H),4.665(s,2H),4.183(d,J＝4.8Hz,2H),4.102(s,6H),2.521(d,J＝7.2Hz,2H),2.304(dd,J＝6.2Hz,4H),2.249(d,J＝7.2H,24H),1.889(t,J＝6.9Hz,3H).

通过FT-IR、¹H-NMR对C₁₆NDDA的表征，可知C₁₆NDDA的结构式为：

实施例5：本实施例的含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂的制备方法，按以下步骤进行：

一、向三口烧瓶中依次加入45mL由丙酮与二甲亚砜按体积比为1：8混合而成的混合溶剂、15.625g氯乙酰基十八胺和7.812g N-乙酰基-(1,5-萘二氧基)-N,N-二甲基乙二胺，在温度为130℃的条件下搅拌37h，即得粗产品；

二、在转速120r/min、水浴温度为80℃的条件下旋转蒸发粗产品，得粘稠状膏体；

三、利用由丙酮与环己烷按体积比为1：3混合而成的混合溶剂对粘稠状膏体进行重结晶，得到白色固体，即为含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂，记为C₁₈NDDA。

本实施例制备的C₁₈NDDA的傅立叶红外光谱FT-IR数据如下：

FT-IR(KBr pellet)v cm^-1:3289(N-H),3088(-C-H),3031(＝C-H),2917(-CH₃),2847(-CH₂-),1683(-C＝C),1556(-C＝O),1094(-C-O-C-).

本实施例制备的C₁₈NDDA的¹H-NMR数据如下：

¹H-NMR(600MHz,CDCl3):δppm 9.783(s,1H),9.522(s,1H),9.032(d,J＝7.2Hz,1H),8.368(s,1H),7.766(d,J＝7.2Hz,1H),5.822(s,2H),5.299(s,2H),4.750(d,J＝1.2Hz,2H),4.667(s,2H),4.168(s,2H),4.114(s,6H),2.515(d,J＝6.6Hz,2H),2.305(dd,J＝7.2Hz,4H),2.250(d,J＝8.4H,31H),1.889(t,J＝3.6Hz,3H).

通过FT-IR、¹H-NMR对C₁₈NDDA的表征，可知C₁₈NDDA的结构式为：

按国家标准GB15981-1995消毒与灭菌效果的评价方法与效果，对实施例1～5制备的含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂进行试验，试验菌种有大肠杆菌(Escherichiacoli)、沙门氏菌(Salmonella enteriditis)、链球菌(Streptococcus)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)。具体试验步骤如下：

按国标GB15981-1995的方法，用PBS将指示菌制成5×10⁵-5×10⁶CFU/mL的菌悬液。将0.01％的含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂用灭菌蒸馏水2倍系列稀释成6个不同浓度，各吸取0.5mL分别加入试管内，然后在试管中分别加入0.5mL菌悬液，混匀并均匀涂于琼脂培养基上，放入37±2℃培养箱中，于24h后平板计数，计算杀灭率，其中的杀灭率＝(对照组菌数-样品组菌数)/对照组菌数×100％；最小抑菌浓度(MIC)是杀死90％以上的细菌所需杀菌剂的浓度，可以用来衡量杀菌剂的活性。试验结果如下：

对大肠杆菌的最低抑菌浓度检测结果如表1所示。

表1对大肠杆菌的最低抑菌浓度测定结果

注：起始菌数为5×10⁶CFU/mL

由表1可以看出，C₁₀NDDA，C₁₂NDDA，C₁₄NDDA，C₁₆NDDA和C₁₈NDDA对大肠杆菌的最小抑菌浓度分别为0.66μM，0.33μM，0.33μM，0.17μM和0.17μM。

对沙门氏菌的最低抑菌浓度检测结果如表2所示。

表2对沙门氏菌的最低抑菌浓度测定结果

注：起始菌数为5×10⁶CFU/mL

由表2可以看出，C₁₀NDDA，C₁₂NDDA，C₁₄NDDA，C₁₆NDDA和C₁₈NDDA对沙门氏菌的最小抑菌浓度分别为0.66μM，0.33μM，0.33μM，0.17μM和0.17μM。

对链球菌的最低抑菌浓度检测结果如表3所示。

表3对链球菌的最低抑菌浓度测定结果

注：起始菌数为5×10⁶CFU/mL

由表3可以确定，C₁₀NDDA，C₁₂NDDA，C₁₄NDDA，C₁₆NDDA和C₁₈NDDA对链球菌的最小抑菌浓度分别为1.32μM，0.66μM，0.66μM，0.33μM和0.17μM。

对金黄色葡萄球菌的最低抑菌浓度检测结果如表4所示。

表4对金黄色葡萄球菌的最低抑菌浓度测定结果

注：起始菌数为5×10⁶CFU/mL

由表4可以看出，C₁₀NDDA，C₁₂NDDA，C₁₄NDDA，C₁₆NDDA和C₁₈NDDA对金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度分别为0.085μM，0.085μM，0.043μM，0.043μM和0.043μM。

通过表1-4可以看出，本发明的含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂C_nNDDA具有高效、广谱杀菌性，对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的杀菌效果均非常突出。对革兰氏阳性菌的最小抑菌浓度可达到0.043μM，比已公开的表面活性剂的最低抑菌浓度低1～2个数量级。

Claims (7)

1.一种含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂，其特征在于该杀菌剂的结构式为：

其中R＝C_nH_2n+1，n＝10～18，X为卤素。

2.制备权利要求1所述的一种含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：

一、将溶剂Ⅰ加入容器中，再加入N-乙酰基-(1,5-萘二氧基)-N,N-二甲基乙二胺和卤乙酰基烷基胺，其中N-乙酰基-(1,5-萘二氧基)-N,N-二甲基乙二胺与卤乙酰基烷基胺的摩尔比为1:(1～6)，升温至100℃～150℃并搅拌26h～72h，得到粗产物；其中所述的溶剂Ⅰ为异丙醇和甲苯混合溶剂、正丙醇和水混合溶剂、正丁醇和水混合溶剂、丙酮和二甲亚砜混合溶剂、乙醇和二甲亚砜混合溶剂、二甲亚砜和水混合溶剂、丙酮和甲苯混合溶剂或者乙酸乙酯和二甲亚砜混合溶剂；

二、将步骤一得到的粗产物旋转蒸发，得白色固体；

三、利用溶剂Ⅱ对白色固体重结晶，得到含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂；其中所述的溶剂Ⅱ为丙酮与石油醚混合溶剂、乙酸乙酯与石油醚混合溶剂、乙醇与石油醚混合溶剂、丙酮与环己烷混合溶剂、丙酮与二氯甲烷混合溶剂、异丙醇与乙醚混合溶剂、三氯甲烷与正戊烷混合溶剂或者为乙腈与正己烷混合溶剂。

3.根据权利要求2所述的一种含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂的制备方法，其特征在于步骤一中卤乙酰基烷基胺的结构式为

其中R₁＝C_nH_2n+1，n＝10～18；X表示卤素。

4.根据权利要求2所述的一种含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂的制备方法，其特征在于所述的卤乙酰基烷基胺为氯乙酰基癸胺、氯乙酰基十二胺、氯乙酰基十四胺、氯乙酰基十六胺或氯乙酰基十八胺。

5.权利要求1所述的一种含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂的应用，其特征在于该应用是用含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂杀灭细菌。

6.根据权利要求5所述的一种含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂的应用，其特征在于所述的细菌为革兰氏阳性菌或革兰氏阴性菌。

7.根据权利要求6所述的一种含萘环刚性连接基的双子季铵盐杀菌剂的应用，其特征在于革兰氏阳性菌为金黄葡萄球菌或链球菌；革兰氏阴性菌为大肠杆菌或沙门氏菌。