CN112714778B - 用于抗微生物应用的酸敏感性可降解咪唑鎓聚合物 - Google Patents

用于抗微生物应用的酸敏感性可降解咪唑鎓聚合物 Download PDF

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Abstract

本公开涉及具有下式(I)的聚合物及其制备方法：
Figure DDA0002976646240000011
其中L1是优选含有缩醛或原甲酸酯基团的可降解接头。本公开还涉及包含该聚合物的抗微生物组合物及其在抑制或杀伤微生物、用于治疗性和非治疗性应用中的用途。

Description

用于抗微生物应用的酸敏感性可降解咪唑鎓聚合物
对相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年9月20日提交的新加坡申请号10201808211U的优先权，其公开内容通过引用合并于此。
技术领域
本发明涉及咪唑鎓(imidazolium)基低聚物和聚合物，特别是可以显示出抗微生物活性的咪唑鎓基低聚物和聚合物。此类低聚物可用于治疗和非治疗目的的抗微生物组合物中。
背景技术
抗微生物剂抗性(Antimicrobial resistance,AMR)是现代社会面临的关键挑战之一，据预测，到2050年，每年由抗微生物剂抗性微生物导致的死亡人数约为1000万。由于住院时间更长和发病率更高，治疗抗生素抗性感染的费用每年固定在1.5亿至300亿美元之间。最令人担忧的是，有关对所有现有药物具有抗性的菌株引起的细菌感染的新报告的出现，强调了解决细菌抗性问题的迫切需要。
抗性菌株可能直接来自动物、水和空气或社区。更重要的是，已经发现，对现有抗微生物剂治疗的抗性可能是由于在环境中对微生物滥用抗生素或者将微生物长时间暴露在抗生素下所致。过多地将抗生素用于治疗性和非治疗性应用，例如农业和环境消毒，导致低水平抗生素在生态系统中长期积累。这些抗生素残留物最终可能进入食物链，在那里它们会进一步污染下游农产品。在环境中暴露于这些低水平抗生素的情况增加，可能导致细菌抗性菌株的产生，这些菌株可以通过自然选择过程存活并增殖。
咪唑鎓基低聚物和聚合物因其对多种细菌和真菌的高效、选择性和快速杀伤动力学而显示出作为抗微生物化合物的广阔前景。然而，由于人们越来越担心这种聚合物可能随时间在环境中积累，从而促进了细菌抗性菌株的发展，因此这种聚合物的开发受到了相当大的限制。因此，必须修饰或制备规避或减少对抗性微生物菌株选择的新咪唑鎓聚合物。特别是，本发明的目的是，提供用作抗微生物剂的新咪唑鎓基聚合物，其中可以安全地生产和使用咪唑鎓基聚合物，而没有风险或在环境中积累的风险大大降低。本发明的另一个目的是，提供这类对环境友好的抗微生物剂，而不损害它们的抗微生物特性或功效。
发明概述
一方面，提供了具有下式(I)的聚合物，或其盐或水合物：
Figure BDA0002976646220000021
其中
L1具有下述结构：
Figure BDA0002976646220000022
其中R1和R2在每个实例中相同或不同，并且独立地选自由氢、任选取代的烷基和任选取代的烷氧基组成的组；
A1和A2在每个实例中相同或不同，并且是任选取代的芳基；
L2在每个实例中选自由任选取代的烷基、任选取代的烯基、任选取代的炔基和任选取代的芳基组成的组；
X在每个实例中相同或不同，并且是卤素；
n为至少1的整数。
有利的是，本文所述式(I)的聚合物在中性或酸性条件下能降解。在一些实施方案中，该聚合物在pH 6至pH 8能够降解。在一个优选的实施方案中，在pH 6的条件下，该聚合物的半衰期小于9小时，或优选为约6小时。这些有利的性质可以归因于该聚合物能够在L1位被切割。因此，该聚合物不会保留或由蒸馏产生(entrained)于自然环境中。这可以减少抗微生物剂在生态系统中的生物积累，这对于减少、预防或避免产生抗微生物剂抗性微生物至关重要。
更有利的是，与已知的不可降解的抗微生物类似物相比，该聚合物可以显示出改进的或相当的抗微生物活性。这可以归因于L1的结构充当疏水区，从而在该聚合物的咪唑鎓主链上形成两亲构象。在实施方案中，该聚合物可有效抵抗多种微生物，包括但不限于金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、大肠杆菌(Escherichia coli)、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)和白假丝酵母菌(Candida albicans)。在一个优选的实施方案中，微生物活性可以在10分钟内降低到约1％。在另一个优选的实施方案中，微生物活性可以在180分钟内降低到约0.1％。同样有利的是，该聚合物的毒性低且溶血少于10％。
甚至更有利的是，该聚合物的降解产物可具有弱抗微生物活性或基本没有抗微生物活性以及具有小于10％溶血的低毒性。这可能导致很少或基本没有抗生素残留进入生态系统，从而减少了二次环境污染的可能性。
在另一方面，提供了用于制备本文所述聚合物的方法，该方法包括以下步骤：
使具有下式(II)的二咪唑与具有下式(III)的二卤化物接触：
Figure BDA0002976646220000031
其中L1具有下述结构：
Figure BDA0002976646220000032
其中R1和R2在每个实例中相同或不同，并且独立地选自由氢、任选取代的烷基和任选取代的烷氧基组成的组；且A1和A2在每个实例中相同或不同，并且是任选取代的芳基；
X-L2-X
式(III)
其中L2在每一实例中选自由任选取代的烷基、任选取代的烯基、任选取代的炔基和任选取代的芳基组成的组；并且X在每一实例中相同或不同，并且是卤素。
在另一方面，提供了包含本文所述聚合物或其盐或水合物的抗微生物组合物。
在另一方面，提供了用于杀伤微生物或抑制微生物生长的方法，该方法包括使所述微生物与本文所述抗微生物组合物离体接触。
在另一方面，提供了本文所述抗微生物组合物在用于离体杀伤微生物或抑制微生物生长中的非治疗性用途。
在另一方面，提供了用作抗生素的本文所述抗微生物组合物。
在另一方面，提供了用于治疗微生物感染的方法，该方法包括向个体施用本文所述的抗微生物组合物。
在另一方面，提供了本文所述抗微生物组合物在制造用于治疗微生物感染的药物中的用途。
附图简要描述
图1a是显示IBN-AP2和IBN-OP4在4μg/ml或8μg/ml的浓度抗E.coli的效率的图。在纯Mueller Hinton肉汤(MHB)中生长的E.coli用作对照。数据表示为三次重复的存活的菌落形成单位的平均值±标准偏差。一式三份获得数据。
图1b是显示IBN-AP4和IBN-OP3在4μg/ml或8μg/ml的浓度抗E.coli的效率的图。在纯Mueller Hinton肉汤(MHB)中生长的E.coli用作对照。数据表示为存活的菌落形成单位的平均值±标准偏差。一式三份获得数据。
图2a是在14天内缩醛连接的聚合物IBN-AP2的浓度的图。该图描绘了IBN-AP2聚合物的降解，是通过将浓度为4mg/ml的聚合物孵育在pH 6、7和8的100mM Sorenson磷酸盐缓冲液中而测得的。
图2b是在14天内缩醛连接的聚合物IBN-AP4的浓度的图。该图描绘了IBN-AP4聚合物的降解，是通过将浓度为4mg/ml的聚合物孵育在pH 6、7和8的100mM Sorenson磷酸盐缓冲液中而测得的。
图2c是在14天中原甲酸酯连接的聚合物IBN-OP2的浓度的图。该图描绘了IBN-OP2聚合物的降解，是通过将浓度为4mg/ml的聚合物孵育在pH 6、7和8的100mM Sorenson磷酸盐缓冲液中而测得的。
图2d是在14天内原甲酸酯连接的聚合物IBN-OP3的浓度的图。该图描绘了IBN-OP3聚合物的降解，是通过将浓度为4mg/ml的聚合物孵育在pH 6、7和8的100mM Sorenson磷酸盐缓冲液中而测得的。
图2e是在14天中原甲酸酯连接的聚合物IBN-OP4的浓度的图。该图描述了IBN-OP4聚合物的降解，是通过将浓度为4mg/ml的聚合物孵育在pH 6、7和8的100mM Sorenson磷酸盐缓冲液而测得的。
图3a是在不同pH的溶液中IBN-AP4对E.coli的MIC值变化的图。
MIC值是通过将IBN-AP4聚合物分别溶解在雨水和pH为6、7和8的
Sorenson磷酸盐缓冲液中来测量的。该聚合物在给定点的相对活性表示为在第0天时其MIC相对在测量时其MIC的分数。
图3b是在不同pH的溶液中IBN-AP4对金黄色葡萄球菌的MIC值变化的图。MIC值是通过将IBN-AP4聚合物分别溶解在雨水和pH为6、7和8的Sorenson磷酸盐缓冲液中来测量的。该聚合物在给定点的相对活性表示为在第0天时其MIC相对在测量时其MIC的分数。
图3c是在不同pH的溶液中IBN-OP3对E.coli的MIC值变化的图。MIC值是通过将IBN-OP3聚合物分别溶解在雨水和pH为6、7和8的Sorenson磷酸盐缓冲液中来测量的。该聚合物在给定点的相对活性表示为在第0天时其MIC相对在测量时其MIC的分数。
图3d是在不同pH的溶液中IBN-OP3对金黄色葡萄球菌的MIC值变化的图。MIC值是通过将IBN-OP3聚合物分别溶解在雨水和pH为6、7和8的Sorenson磷酸盐缓冲液中来测量的。该聚合物在给定点的相对活性表示为在第0天时其MIC相对在测量时其MIC的分数。
图4是d6-DMSO中IBN-OP3在δ6.5–10.3ppm区域的1H NMR光谱。显示了对应于咪唑(δ6.9或7.2ppm)质子401和咪唑鎓质子402(δ9.5–9.4ppm)的峰。求这些峰下面积的积分，以确定聚合物中咪唑和咪唑鎓质子的数量。
图5a是在D2O内pH为6的100mM PBS中，IBN-AP4的1H NMR光谱叠加图，其是在4天内测量的。通过在约δ1.5-1.7ppm处二甲基缩醛质子(504)的消失和降解产物的烯烃质子(501)的出现，观察到IBN-AP4聚合物的降解。
图5b是在D2O中独立制备的F-diol4(F-二醇4)的1H NMR光谱，假定F-diol4是降解产物之一。
图5c是说明在酸性条件下IBN-AP4降解为F-diol4的示意图。相应地分配了可用于观察IBN-AP4降解的质子。
图6a是在D2O内pH为6的100mM PBS中，IBN-OP3的1H NMR光谱的叠加图，其是48h内测量的。通过在约δ1-1.2ppm处原甲酸-OCH2CH3基团CH3质子(604)逐渐消失和甲酸乙酯的-CH3质子(606)、乙醇的–CH3质子(605)的出现，以及在约δ8.0ppm处甲酸盐质子(601)的出现观察到IBN-OP3聚合物的降解。
图6b是在D2O中独立制备的F-diol3(F-二醇3)的1H NMR光谱，假定F-diol3为降解产物之一。
图6c是说明在酸性条件下IBN-OP3降解为F-diol3的示意图。相应地分配了用于观察IBN-OP3降解的质子。
定义
本文使用的下列词语和术语应具有所示的含义：
在下面许多取代基的定义中，叙述了“基团可以是端基或桥连基”。这旨在表示该术语的使用意在涵盖该基团是分子的两个其他部分之间的接头以及其是末端部分的情况。以术语烷基为例，一些出版物会将术语“亚烷基”用于桥连基，因此在这些其他出版物中，术语“烷基”(端基)和“亚烷基”(桥连基)之间存在区别。在本申请中，没有做出这样的区分，并且大多数基团可以是桥连基或端基。
本文所用的术语“两亲构象”是指具有离散的以两亲拓扑交替排列(即亲水区和疏水区彼此相对)的亲水区和疏水区的结构。
本文所用的术语“聚合物”是指由重复单元组成的大分子或高分子。聚合物可包含至少一个重复单元，并且可包含无数个重复单元。
术语“烷基”作为基团或基团的一部分，除非另有说明，是指具有但不限于1-16个碳原子的直链或支链脂肪族烃基，例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、13、14、15或16个碳原子，优选C1-C16烷基、C1-C12烷基，更优选C1-C10烷基，最优选C1-C6烷基。合适的直链和支链烷基取代基的实例包括但不限于甲基、乙基、1-丙基、异丙基、1-丁基、2-丁基、异丁基、叔丁基、戊基(amyl)、1,2-二甲基丙基、1,1-二甲基丙基、戊基(pentyl)、异戊基、己基、4-甲基戊基、1-甲基戊基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、2,2-二甲基丁基、3,3-二甲基丁基、1,2-二甲基丁基、1,3-二甲基丁基、5-甲基庚基、1-甲基庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、2,2,3-三甲基-十一烷基、十二烷基、2,2-二甲基-十二烷基、十三烷基、2-甲基-十三烷基、2-甲基十三烷基、十四烷基、2-甲基-十四烷基、十五烷基、2-甲基-十五烷基、十六烷基、2-甲基-十六烷基等。该基团可以是端基或桥连基。如下文术语“任选取代的”所定义，烷基可以被任选地一个或多个基团取代。
作为要解释的术语“芳基”是基团或基团的一部分，广义地表示(i)优选每环具有5-12个原子的任选取代的单环或稠合多环、芳族碳环(环结构均具有均为碳原子的环结构)，其中任选的取代可以是二取代或三取代。芳基的实例包括苯基、萘基等；(ii)任选取代的部分饱和的双环芳族碳环部分，其中苯基和C5-C7环烷基或C5-C7环烯基稠合在一起形成环状结构，例如四氢萘基、茚基或茚满基。该基团可以是端基或桥连基。通常，芳基是C6-C20芳基。如下文术语“任选取代的”所定义，芳基可以任选地被一个或多个基团取代。
本文所用的术语“芳烃”是指在形成环的碳原子之间具有σ键和离域π电子的烃。芳烃也可以指芳族烃。芳烃可以是单环或多环的。芳烃可具有但不限于至少6个碳原子、6-20个碳原子或6-12个碳原子。芳烃的实例包括但不限于苯、甲基苯、乙苯、二甲苯(xylene)和二乙苯。如下文术语“任选取代的”所定义，芳烃可以任选地被一个或多个基团取代。
要广义解释的术语“烷氧基(alkyloxy)”或“烷氧基(alkoxy)”是指烷基-O-基团，其中烷基如本文所定义。烷氧基是C1-C16烷氧基、C1-C12烷氧基，更优选C1-C10烷氧基，最优选C1-C6烷氧基。实例包括但不限于甲氧基、乙氧基和丙氧基。该基团可以是端基或桥连基。术语烷氧基(alkyloxy)可以与术语“烷氧基(alkoxy)”互换使用。如下文术语“任选取代的”所定义，烷氧基(alkyloxy)或烷氧基(alkoxy)可以任选地被一个或多个基团取代。
术语“烯基”作为基团或基团的一部分表示这样的脂肪族烃基，其含有至少一个碳-碳双键，并且可以是在正链中具有但不限于至少2个碳原子、2-20个碳原子、2-10个碳原子、2-6个碳原子或落入这些范围内的任何数目的碳原子的直链或支链。该基团可在正链中含有多个双键，并且在适用的情况下，每个双键的取向都独立地为E、Z、顺式或反式。示例性的烯基包括但不限于乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基、己烯基、庚烯基、辛烯基和壬烯基。该基团可以是端基或桥连基。如下文术语“任选取代的”所定义，烯基可以任选地被一个或多个基团取代。
本文所用的术语“炔基”在其含义内包括，具有但不限于至少2个碳原子或2-20个碳原子并且在碳链中的任何位置具有至少一个三键的不饱和脂肪族烃基。炔基的实例包括但不限于乙炔基、1-丙炔基、1-丁炔基、2-丁炔基、1-甲基-2-丁炔基、3-甲基-1-丁炔基、1-戊炔基、1-己炔基、甲基戊炔基、1-庚炔基、2-庚炔基、1-辛炔基、2-辛炔基、1-壬基、1-癸炔基等。该基团可以是端基或桥连基。如下文术语“任选取代的”所定义，炔基可任选地被一个或多个基团取代。
本文所用的术语“卤代”或“卤素”是指氟、氯、溴和碘。
本文所用的术语“二卤化物”是指含有两个卤素原子的化合物，其中两个卤素原子可以相同或不同，并且各自可以键合至碳原子。
本文所用的术语“原甲酸酯接头”是指含有三个连接至一个碳原子的烷氧基的官能团。原甲酸酯接头可具有通式
Figure BDA0002976646220000081
其中R可以是任选取代的烷基。
本文所用的术语“缩醛接头”是指含有两个连接至一个碳原子的烷氧基的官能团。缩醛接头可以具有通式
Figure BDA0002976646220000091
其中R1和R2可以是任选取代的烷基。
本文所用的术语“醇”是指羟基官能团(-OH)结合至碳的化合物。醇可具有但不限于至少1个碳原子、1-20个碳原子、1-12个碳原子、1-6个碳原子、2-6个碳原子或2-4个碳原子。醇的实例包括但不限于甲醇、乙醇、丙-1-醇、丙-2-醇、2-甲基丙-1-醇、2-甲基丙-2-醇、丁-1-醇和丁-2-醇。如以下术语“任选取代的”所定义，醇可以任选地被一个或多个基团取代。
本文所用的术语“二醇”是指含有两个羟基基团(-OH基)的化合物。
本文所用的术语“最低抑制浓度(minimum inhibitory concentration,MIC)”是指未观察到有意义的微生物生长时的抗微生物剂的浓度。微生物的生长可以通过以下方式检测：细胞计数方法、显微镜技术、通过测量分离自培养基的细胞的重量或通过测量培养基的浊度。可以使用浊度计或通过光谱手段，例如通过测定特定波长下培养基的光密度，来测量培养基的浊度。
本文所用的术语“溶血”是指红细胞破裂(裂解)且其内容物(细胞质)释放到周围流体(例如血浆)中。溶血可能发生在体内或体外。
本文所用的术语“离体”是指在自然条件改变最小的情况下，在外部环境中在来自生物体的组织内或组织上进行的实验或测量。
应当理解，式(I)化合物家族中包括异构体形式，包括“E”或“Z”构型异构体或E和Z异构体混合物的非对映异构体、对映异构体、互变异构体和几何异构体。还应当理解，一些异构体形式，例如非对映异构体、对映异构体和几何异构体可以通过物理和/或化学方法并由本领域技术人员来分离。
公开的实施方案的一些化合物可以作为单一的立体异构体、外消旋体和/或对映异构体和/或非对映异构体的混合物存在。所有这些单一的立体异构体、外消旋体及其混合物都在所述和要求保护的主题的范围内。
本文所用的术语“任选取代的”是指该术语所指的基团可以是未取代的，或可以被一个或多个独立地选自以下的基团取代：烷基、烯基、炔基、硫代烷基、环烷基、环烷基烷基、环烯基、环烷基烯基、杂环烷基、环烷基杂烷基、环烷氧基、环烯氧基、环氨基、卤代、羧基、卤代烷基、卤代炔基、炔氧基、杂烷基、杂烷氧基、羟基、羟基烷基、烷氧基、硫代烷氧基、烯氧基、卤代烷氧基、卤代烯基、卤代炔基、卤代烯氧基、硝基、氨基、硝基烷基、硝基烯基、硝基炔基、硝基杂环基、烷基氨基、二烷基氨基、烯基胺、氨基烷基、炔基氨基、酰基、烷氧基、烷氧基烷基、烷氧基芳基、烷氧基羰基、烷氧基环烷基、烷氧基杂芳基、烷氧基杂环烷基、烯酰基、炔酰基、酰胺基、二酰胺基、酰氧基、烷基磺酰氧基、杂环、杂环烯基、杂环烷基、杂环烷基烷基、杂环烷基烯基、杂环烷基杂烷基、杂环烷氧基、杂环烯氧基、杂环氧基、杂环氨基、卤代杂环烷基、烷基亚磺酰基、烷基磺酰基、烷基次磺酰基(alkylsulfenyl)、烷基羰氧基、烷硫基、酰硫基、氨基磺酰基、含磷基团如膦酰基和氧膦基、亚磺酰基、亚磺酰基氨基、磺酰基、磺酰基氨基、芳基、杂芳基、杂芳基烷基、杂芳基烯基、杂芳基杂烷基、杂芳基氨基、杂芳氧基、芳基烯基、芳基烷基、烷基芳基、烷基杂芳基、芳氧基、芳基磺酰基、氰基、氰酸酯、异氰酸酯、-C(O)NH(烷基)和-C(O)N(烷基)2。当使用术语“取代的”时，该术语所指的基团可以被一个或多个上述相同的基团取代。
本文所用的术语“半衰期”是指数量减少至其初始值的一半所需的时间。具体而言，半衰期可以是物质浓度降低到其初始浓度值的一半所需的时间。
本文所用的术语“药学上可接受的盐”是指保留上述化合物所需的生物学活性的盐，并且包括药学上可接受的酸加成盐和碱加成盐。合适的药学上可接受的酸加成盐可以由无机酸或有机酸制备。这种无机酸的实例是盐酸、硫酸和磷酸。合适的有机酸可以选自脂肪族、脂环族、芳族、杂环羧酸和磺酸类有机酸，其实例为甲酸、乙酸、丙酸、琥珀酸、乙醇酸、葡萄糖酸、乳酸、苹果酸、酒石酸、柠檬酸、富马酸、马来酸、烷基磺酸、芳基磺酸。关于药学上可接受的盐的其他信息可见于Remington's Pharmaceutical Sciences(雷明顿药物学),19th Edition(第19版),Mack Publishing Co.,Easton,PA 1995。对于固体试剂，本领域技术人员可以理解，本发明的化合物、试剂和盐可以以不同的结晶形式或多晶型形式存在，所有这些形式均应在本公开和指定式的范围内。
本文所用的术语“治疗有效量”或“有效量”是指足以实现有益或期望的临床结果的量。可以以一次或多次给药来施用有效量。有效量通常足以减轻、改善、稳定、逆转、减慢或延迟疾病状态的进展。
本文所用的术语“微生物”广义上是指具有细胞膜的真核生物和原核生物，包括但不限于细菌、酵母、真菌、质粒、藻类和原生动物。、
用语“基本上”不排除“完全”，例如，“基本上不含”Y的组合物可以完全不含Y。必要时，在本发明的定义中可以省略“基本上”。
除非另有说明，否则术语“包含/括(comprising)”和“包含/括(comprise)”及其语法变体旨在表示“开放”或“包含性”语言，使得它们包括所列举的要素，但也允许包括其他未列举的要素。
在制剂组分浓度的上下文中本文所用的术语“约”通常是指所述值的+/-5％，更通常是指所述值的+/-4％，更通常是指所述值的+/-3％，更通常是指所述值的+/-2％，甚至更通常是指所述值的+/-1％，甚至更通常是指所述值的+/-0.5％。
贯穿本公开，可以以范围形式公开某些实施方案。应当理解，范围格式的描述仅是为了方便和简洁，并且不应被解释为对所公开范围的范围的僵化限制。因此，范围的描述应当视为已经具体公开了所有可能的子范围以及该范围内的各个数值。例如，对范围1-6的描述应视为已具体公开了1-3、1-4、1-5、2-4、2-6、3-6等子范围，以及该范围内的各个数字，例如1、2、3、4、5和6。不管范围的广度无关如何，这都适用。
本文还可以广泛地和概括性地描述某些实施方案。落入一般公开范围内的每个较窄的种类和亚类群也形成本公开的一部分。这包括对实施例的一般性描述，其附带条件或否定限制是从上位概念(genus)中除去了任何主题，无论本文中否具体列举了删除的材料。
可选实施方案的详述描述
现在公开式(I)的聚合物的示例性非限制性实施方案。
一方面，本发明的聚合物或其盐或水合物可以具有式(I)：
Figure BDA0002976646220000121
其中
L1具有下述结构：
Figure BDA0002976646220000122
其中R1和R2在每个实例中相同或不同，并且独立地选自由氢、任选取代的烷基和任选取代的烷氧基组成的组；A1和A2在每个实例中相同或不同，并且是任选取代的芳基；L2在每个实例中选自由任选取代的烷基、任选取代的烯基、任选取代的炔基和任选取代的芳基组成的组；X在每个实例中相同或不同，并且是卤素；n为至少1的整数。
在式(I)的聚合物的一些实施方案中，R1和R2在每个实例中可以相同或不同，并且独立地选自由氢和任选取代的烷氧基组成的组。烷氧基可以是线性或支链基团。烷氧基可以是C1-C16烷氧基、C1-C12烷氧基、更优选C1-C10烷氧基、最优选C1-C8烷氧基。优选地，C1-C8烷氧基可以是甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、1-丁氧基、2-丁氧基或异丁氧基。在优选的实施方案中，R1和R2中的至少一个可以选自C1-C8烷氧基。在更优选的实施方案中，R1可以是氢，并且R2可以选自甲氧基、乙氧基、丙氧基或异丙氧基。在最优选的实施方案中，R1是氢，且R2是乙氧基。在实施方案中，可以在式(I)的聚合物中以L1结构形成原甲酸酯接头。
有利的是，本文所述的式(I)的聚合物能够在原甲酸酯接头的位置被切割，从而可在pH不大于8的中性至酸性条件下降解。在某些实施方案中，在pH 6的条件下，具有原甲酸酯接头的聚合物的半衰期可小于24小时，或优选小于9小时。在某些实施方案中，在pH 7的条件下，具有原甲酸酯接头的聚合物的半衰期可小于72小时，优选小于15小时，或更优选小于12小时。在某些实施方案中，在pH 8的条件下，具有原甲酸酯接头的聚合物的半衰期可小于20天，小于8天，或优选小于6天。在一实施方案中，90天后，多于90％的聚合物可以已经降解。
在式(I)的聚合物的一些其他实施方案中，R1和R2在每个实例中可以相同或不同，并且独立地选自任选取代的烷基。烷基可以是线性或支链基团。烷基可以是C1-C16烷基、C1-C12烷基，更优选C1-C10烷基，最优选C1-C8烷基。优选，C1-C8烷基可以是甲基、乙基、1-丙基、异丙基、1-丁基、2-丁基或异丁基。在优选的实施方案中，R1和R2可以相同，并且选自甲基、乙基、1-丙基或异丙基。在更优选的实施方案中，R1和R2为甲基。在实施方案中，可以在式(I)的聚合物中的L1结构中形成缩醛接头。
有利的是，本文所述的式(I)的聚合物能够在缩醛接头的位置被切割，从而可在中性至酸性条件下，例如pH不大于8的条件下降解。在一些实施方案中，在pH 6的条件下，具有缩醛接头的聚合物的半衰期可小于30小时，或优选小于6小时。在某些实施方案中，在pH 7的条件下，具有缩醛接头的聚合物的半衰期可小于72小时，或优选小于10小时。在某些实施方案中，在pH 8的条件下，具有缩醛接头的聚合物的半衰期可小于12天，或优选小于6天。
同样有利的是，本文所述的式(I)的聚合物可以显示出与已知的不可降解的抗微生物类似物相似的抗微生物活性。这可以归因于L1的结构。在不受理论束缚的情况下，处于两亲构象的咪唑鎓主链。具有交替排列的疏水区和亲水区的两亲构象可以通过充当亲水区的咪唑环和充当疏水区的L1形成。两亲构象中的这种咪唑鎓主链可以促进该聚合物的抗微生物活性。
在式(I)的聚合物中，A1和A2在每个实例中可以相同或不同，并且独立地选自任选取代的芳基。在优选的实施方案中，A1和A2可以选自C8-C20芳基。C8-C20芳基可以衍生自芳烃。芳烃可以是单环芳烃或多环芳烃。优选，芳烃可以是单环芳烃。优选地，单环芳烃可以选自苯、甲苯、乙苯、二甲苯或二乙苯。在更优选的实施方案中，A1和A2可以独立地选自亚二甲苯基(xylylene)，其是衍生自二乙苯的芳基。在最优选的实施方案中，A1和A2相同，并且选自邻亚二甲苯基或对亚二甲苯基。
有利的是，与A1和A2为邻亚二甲苯基的聚合物相比，A1和A2为对亚二甲苯基的式(I)的聚合物在中性或酸性条件下可以表现出较短的降解时间。在酸性条件下，特别是在pH6，具有对亚二甲苯基的聚合物的半衰期可以比具有邻亚二甲苯基的聚合物的半衰期短约60％-80％，显示出更快的降解速度。在pH 8的条件下，式(I)的聚合物可以表现出相似的稳定性，其中A1和A2基团对聚合物的半衰期的影响较小。
在一个优选的实施方案中，可以提供L1，其中R1为H，R2为乙氧基，且A1和A2为对亚二甲苯基。在另一个优选的实施方案中，可以提供L1，其中R1为H，R2为乙氧基，且A1和A2为邻亚二甲苯基。在另一个优选的实施方案中，可以提供L1，其中R1和R2为甲基，且A1和A2为对亚二甲苯基。在又一个优选的实施方案中，可以提供L1，其中R1和R2为甲基，且A1和A2为邻亚二甲苯基。
有利的是，与已知的不可降解的抗微生物类似物相比，本文所述具有接头L1的本发明的式(I)的聚合物，可对多种微生物表现出保留的或改善的抗微生物活性，并且在中性或酸性条件下具有降解性能。在优选的实施方案中，本文所述的聚合物的最低抑制浓度(MIC)值可以基本上等于已知的不可降解的抗微生物类似物的最低抑制浓度。在更优选的实施方案中，MIC值可以比已知的不可降解的抗微生物类似物的MIC值低至少50％，或至少75％，或优选约90％。
在式(I)的聚合物中，L2在每个实例中可以选自任选取代的烷基、任选取代的烯基、任选取代的炔基和任选取代的芳基。在实施方案中，L2可以选自任选取代的烯基或任选取代的芳基。烯基可以是C2-C16烯基、C2-C12烯基，更优选C2-C10烯基，最优选C2-C8烯基。C2-C8烯基可以是丁烯基。优选地，丁烯基可以是2-反丁烯基或2-顺丁烯基。芳基可以是C8-C20芳基基团。优选地，C8-C20芳基取代基可以是亚二甲苯基。在优选的实施方案中，L2可以是亚二甲苯基或丁烯基。在更优选的实施方案中，L2选自：
Figure BDA0002976646220000151
有利的是，本文所述的L2可提供疏水性区以在本发明的聚合物中形成两亲构象。在不受理论束缚的情况下，这可能进一步有助于该聚合物的抗微生物活性。
在式(I)的聚合物中，X在每个实例中可以相同或不同，，并且为卤素。卤素可以选自氯、氟、溴和碘。在一个实施方案中，X为溴。
在式(I)的聚合物中，n可以是至少1的整数。优选地，n可以是1-100、1-50、1-30、1-15、2-15或3-15的整数。更优选地，n可以是3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15。最优选，n可以是7。
在实施方案中，本文所述的式(I)的聚合物可以选自：
Figure BDA0002976646220000152
Figure BDA0002976646220000161
Figure BDA0002976646220000171
有利的是，本文所述的聚合物IBN-AP1至IBN-AP5和IBN-OP1至IBN-OP5能够在中性或酸性条件下降解。因此，该聚合物不保留或由蒸馏产生于自然环境中。这可以减少抗微生物剂在生态系统中的生物积累，这对于减少、预防或避免产生抗微生物剂抗性微生物至关重要。更有利的是，发现与已知的不可降解的抗微生物类似物相比，所公开的聚合物显示出对多种微生物的保留或改善的抗微生物活性。
在优选的实施方案中，聚合物IBN-AP2、IBN-AP4、IBN-OP2、IBN-OP3和IBN-OP4可以有利地表现出保留的或改善的抗微生物活性。具体而言，针对相同微生物种类，这些聚合物的MIC值可以基本上等于或低于已知的不可降解的抗微生物类似物的MIC值，从而显示出改善的抗微生物活性。在优选的实施方案中，MIC值可以比已知的不可降解的抗微生物类似物的MIC值低约50-90％。在更优选的实施方案中，MIC值可以比已知的不可降解的抗微生物类似物的MIC值低约90％。更具体而言，即使在4μg/ml的低浓度下，该聚合物也可以显示抗微生物活性。同样有利的是，本文所述聚合物的溶血即使在2000μg/ml的最高浓度下也可以小于10％，这表明低毒性。
在更优选的实施方案中，聚合物IBN-AP4和IBN-OP3可以有利地显示出与已知的不可降解的抗微生物类似物相比改善的或相当的抗微生物活性，同时在中性或酸性条件下具有降解性能。具体而言，该聚合物针对微生物可表现出更快的杀伤速度。在一实施方案中，可以在10分钟内将微生物群减少到约1％。在另一个实施方案中，可以在180分钟内将微生物群减少至约0.1％。
有利的是，本文所述式(I)的聚合物能够在中性或酸性条件下在L1处被切割。中性条件可以是pH不小于7且不大于8。优选地，中性条件可以是pH 7或pH 8。酸性条件可以是pH小于7。优选地，酸性条件可以是pH 6、pH 5、pH 4、pH 3、pH 2或pH 1。更优选地，酸性条件可以是弱酸性。最优选地，弱酸性条件可以是pH 6。
更有利的是，本文所述聚合物的降解产物可以对微生物具有弱抗微生物活性或基本上没有抗微生物活性，从而导致很少或基本上没有抗生素残留进入生态系统。甚至更有利的是，即使在2000μg/ml的最高浓度下，降解产物也可以显示出低毒性，溶血低于10％。
在不受理论束缚的情况下，该聚合物的降解产物可以包含二咪唑鎓片段和小分子。优选地，二咪唑鎓片段可以是二醇。小分子可以是酮、酯、羧酸或醇。优选地，小分子可以是丙酮、甲酸乙酯、甲酸和乙醇。
在另一方面，提供了用于制备本文所述式(I)的聚合物的方法，该方法包括以下步骤：
使具有式(II)的二咪唑与具有式(III)的二卤化物接触：
Figure BDA0002976646220000181
其中L1具有下述结构：
Figure BDA0002976646220000182
其中R1和R2在每个实例中相同或不同，并且独立地选自氢、任选取代的烷基和任选取代的烷氧基；且A1和A2在每个实例中相同或不同，并且是任选取代的芳基；
X-L2-X
式(III)
其中L2在每个实例中选自任选取代的烷基、任选取代的烯基、任选取代的炔基和任选取代的芳基；且X在每个实例中相同或不同，并且是卤素。
在实施方案中，式(II)的二咪唑可以选自由以下组成的组：
Figure BDA0002976646220000191
在实施方案中，式(III)的二卤化物可以选自由以下组成的组：
Figure BDA0002976646220000192
在另一方面，抗微生物组合物可以包含本文所述式(I)的聚合物。
在一些实施方案中，抗微生物组合物可以用于非治疗性应用。优选地，非治疗性应用可包括环境消毒。更优选地，非治疗性应用可包括杀虫、农业或园艺用途。
在优选的实施方案中，本申请提供了用于离体杀伤微生物或抑制微生物生长的方法。该方法可以包括使所述微生物与有效量的本文所述抗微生物组合物离体接触。优选地，该方法可以包括使抗微生物组合物与无生命的表面接触。无生命的表面的非限制性实例可以包括医疗设备的表面、医院内部表面、纺织品、食品包装、儿童玩具或电器。
在优选的实施方案中，本申请提供了本文所述抗微生物组合物的非治疗性用途。非治疗性用途可包括离体杀伤微生物或抑制微生物的生长。优选地，非治疗性用途可包括使抗微生物组合物与无生命的表面接触。无生命的表面的非限制性实例可以包括医疗设备的表面、医院内部表面、纺织品、食品包装、儿童玩具或电器。
微生物可以选自细菌、真菌或其混合物。细菌可以是革兰氏阳性细菌或革兰氏阴性细菌。革兰氏阳性细菌可以选自金黄色葡萄球菌、银白色葡萄球菌(Staphylococcusargenteus)、施韦策葡萄球菌(Staphylococcus schweitzeri)、猿猴葡萄球菌(Staphylococcus simiae)或其混合物。革兰氏阴性细菌可以选自铜绿假单胞菌、多色假单胞菌(Pseudomonas polycolor)、旺德假单胞菌(Pseudomonas vendrelli)、大肠杆菌(Escherichia coli)、弗格森埃希氏菌(Escherichia fergusonii)、赫尔曼埃希氏菌(Escherichia hermannii)、伤口埃希氏菌(Escherichia vulneris)或其混合物。真菌可以是选自白假丝酵母菌(Candida albicans)、光滑假丝酵母菌(Candida glabrata)、热带假丝酵母菌(Candida tropicalis)或其混合物。在优选的实施方案中，微生物可以选自金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌、白假丝酵母菌或其混合物。
当微生物与有效量的抗微生物组合物接触时，微生物群可减少到约1％至约0.1％的范围内，约0.5％至约0.1％的范围内，优选地至约0.5％，更优选至约0.1％。
本文所述抗微生物组合物的浓度可以为约1μg/ml至约300μg/ml、约1μg/ml至约200μg/ml、约1μg/ml至约100μg/ml、约1μg/ml至约80μg/ml、约1μg/ml至约62μg/ml、约1μg/ml至约31μg/ml、约1μg/ml至约16μg/ml、约1μg/ml至约8μg/ml、约2μg/ml至约300μg/ml、约2μg/ml至约200μg/ml、约2μg/ml至约100μg/ml、约2μg/ml至约80μg/ml、约2μg/ml至约62μg/ml、约2μg/ml至约31μg/ml、约2μg/ml至约16μg/ml、约2μg/ml至约8μg/ml、约4μg/ml至约300μg/ml、约4μg/ml至约200μg/ml、约4μg/ml至约100μg/ml、约4μg/ml约80μg/ml、约4μg/ml至约62μg/ml，优选约4μg/ml至约31μg/ml，更优选约4μg/ml至约16μg/ml，或最优选约4μg/ml至约8μg/ml。优选地，浓度可以为4μg/ml或8μg/ml。
可以在约0.5分钟至约360分钟、约0.5分钟至约180分钟、约0.5分钟至约60分钟、约0.5分钟至约10分钟、约1分钟至约360分钟、约1分钟至约180分钟、约1分钟至约60分钟、约1分钟至约10分钟、约2分钟至约360分钟、约2分钟至约180分钟、约2分钟至约60分钟、约2分钟至约10分钟、约5分钟至约360分钟、约5分钟至约180分钟、约5分钟至约60分钟或约5分钟至约10分钟的持续时间内，实现微生物群的减少。优选地，在10分钟内实现微生物活性的减少。
在一些其他实施方案中，该抗微生物组合物可以用于治疗性应用。在优选的实施方案中，本文所述的抗微生物组合物还可以包含药学上可接受的盐。优选地，该抗微生物组合物可以用作治疗微生物感染的抗生素。该抗微生物组合物可以杀伤微生物或抑制微生物的生长，从而治疗微生物感染。
在优选的实施方案中，本申请提供了治疗微生物感染的方法。该方法可以包括向个体施用治疗有效量的本文所述抗微生物组合物。个体可以是人体或动物体。微生物感染可以由一种或多种微生物引起。
在优选的实施方案中，本申请提供了本文所述抗微生物组合物在制造用于治疗微生物感染的药物中的用途。微生物感染可以由一种或多种微生物引起。
微生物可以选自细菌、真菌或其混合物。细菌可以是革兰氏阳性细菌或革兰氏阴性细菌。革兰氏阳性细菌可以选自金黄色葡萄球菌、银白色葡萄球菌(Staphylococcusargenteus)、施韦策葡萄球菌(Staphylococcus schweitzeri)、猿猴葡萄球菌(Staphylococcus simiae)或其混合物。革兰氏阴性细菌可以选自铜绿假单胞菌、多色假单胞菌(Pseudomonas polycolor)、旺德假单胞菌(Pseudomonas vendrelli)、大肠杆菌(Escherichia coli)、弗格森埃希氏菌(Escherichia fergusonii)、赫尔曼埃希氏菌(Escherichia hermannii)、伤口埃希氏菌(Escherichia vulneris)或其混合物。真菌可以是选自白假丝酵母菌(Candida albicans)、光滑假丝酵母菌(Candida glabrata)、热带假丝酵母菌(Candida tropicalis)或其混合物。在优选的实施方案中，微生物可以选自金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌、白假丝酵母菌或其混合物。
当微生物与治疗有效量的抗微生物组合物接触时，微生物群可减少至约1％至约0.1％的范围内，约0.5％至约0.1％的范围内，优选地至约0.5％，更优选至约0.1％。
本文所述抗微生物组合物的浓度可以为约1μg/ml至约300μg/ml、约1μg/ml至约200μg/ml、约1μg/ml至约100μg/ml、约1μg/ml至约80μg/ml、约1μg/ml至约62μg/ml、约1μg/ml至约31μg/ml、约1μg/ml至约16μg/ml、约1μg/ml至约8μg/ml、约2μg/ml至约300μg/ml、约2μg/ml至约200μg/ml、约2μg/ml至约100μg/ml、约2μg/ml至约80μg/ml、约2μg/ml至约62μg/ml、约2μg/ml至约31μg/ml、约2μg/ml至约16μg/ml、约2μg/ml至约8μg/ml、约4μg/ml至约300μg/ml、约4μg/ml至约200μg/ml、约4μg/ml至约100μg/ml、约4μg/ml约80μg/ml、约4μg/ml至约62μg/ml，优选约4μg/ml至约31μg/ml，更优选约4μg/ml至约16μg/ml，或最优选约4μg/ml至约8μg/ml。优选地，浓度可以为4μg/ml或8μg/ml。
可以在约0.5分钟至约360分钟、约0.5分钟至约180分钟、约0.5分钟至约60分钟、约0.5分钟至约10分钟、约1分钟至约360分钟、约1分钟至约180分钟、约1分钟至约60分钟、约1分钟至约10分钟、约2分钟至约360分钟、约2分钟至约180分钟、约2分钟至约60分钟、约2分钟至约10分钟、约5分钟至约360分钟、约5分钟至约180分钟、约5分钟至约60分钟或约5分钟至约10分钟的持续时间内，实现微生物群的减少。优选地，在10分钟内实现微生物活性的减少。
实施例
咪唑鎓聚合物的合成
缩醛聚合物系列
Figure BDA0002976646220000231
原甲酸酯聚合物系列
Figure BDA0002976646220000232
方案1.酸敏感性可降解咪唑鎓聚合物的合成方案
通过制备含有可能的的酸敏感性可降解接头的二咪唑单体单元(化合物1-4)，合成新的咪唑鎓聚合物。通过将二咪唑与二溴化物5、6或7缩合得到咪唑鎓聚合物IBN-AP1、2、3、4和5以及IBN-OP1、2、3、4和5，来制备最终的聚合物。在以下示例中提供了详情。
一般信息
所有无水溶剂均购自Sigma-Aldrich，且在无进一步纯化的情况下使用。除实验文本中另有说明外，所有其他试剂均按原样使用。
使用Merck 60F-254硅胶板进行分析型薄层色谱(TLC)，并通过紫外光(254nm)和/或在用20％KMnO4 w/v的H2O溶液染色后加热板来进行可视化。在Merck提供的Kieselgel60(0.040-0.063mm)上在正压下进行快速柱色谱法。
在Bruker AV-400(400MHz)光谱仪上记录1H和13C核磁共振(NMR)光谱。以百万分之一(ppm)的形式报告化学位移(δ)，其中用作内标的四甲基硅烷的残留溶剂峰在0.00ppm处。1H NMR数据按以下顺序报告：化学位移、多重性(br＝宽，s＝单峰，d＝双峰，t＝三重峰，q＝四重峰和m＝多重峰)、耦合常数(J,Hz)，积分和分配。在Bruker MicroTOF-Q系统上记录高分辨率质谱(HRMS)。将样品以20μL·min-1直接注入腔室。典型的仪器参数：毛细管电压，4kV；雾化器，0.4bar(巴)；干气，120℃、2L·min-1；m/z范围40-3000。
缩略语表
THF-四氢呋喃
PTFE-聚四氟乙烯
TsOH-对甲苯磺酸
DMSO-二甲基亚砜
MHB-Mueller Hinton肉汤
YM-酵母霉菌汤
CFU-菌落形成单位
PBS-磷酸盐缓冲液
MeOH-甲醇
OD-光学密度
eq.-当量
实施例1-缩醛接头的合成
Figure BDA0002976646220000241
通用程序：
将醇8或9(1.0eq)、2,2-二甲氧基丙烷(0.8-1.0eq)和p-TsOH·H2O(10mol％)悬浮在圆底烧瓶中的甲苯/环己烷(1:1v/v,0.25M)中，该圆底烧瓶配备了装有
Figure BDA0002976646220000242
分子筛(370mg/mmol)的均压滴液漏斗。将回流冷凝器安装在滴液漏斗上，并将反应装置内的空气交换为Ar。将混合物在150℃加热，确保回流的溶剂在回到反应混合物之前在分子筛上冷凝。16h后，将反应混合物冷却至室温并真空浓缩。通过柱色谱法纯化固体，得到为无色油的缩醛接头。
实施例1.1缩醛接头1的合成
Figure BDA0002976646220000251
通过通用程序由醇8(527mg,2.80mmol)和2,2-二甲氧基丙烷(295μL,2.39mmol)制备缩醛接头1，并通过柱色谱法(2％MeOH/CHCl3)分离为黄色油(225mg，41％)。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.54(s,2H,ImH),7.32(d,4H,J＝7.5Hz,ArH),7.12(d,4H,J＝7.5Hz,ArH),7.08(s,2H,ImH),6.89(t,2H,J＝1.0Hz,ImH),5.10(s,4H,2x NCH2),4.54(s,4H,2xOCH2),1.51(s,6H,2x CH3)；13C NMR(101MHz,CDCl3)δ139.0,137.4,135.2,129.8,127.9,127.4,119.2,100.9,62.7,50.5,25.2。
实施例1.2缩醛接头2的合成
Figure BDA0002976646220000252
通过通用程序由醇9(1.00g,5.31mmol)和2,2-二甲氧基丙烷(650μL,5.31mmol)制备缩醛接头2，并通过柱色谱法(5％MeOH/CHCl3)分离为无色油(502mg，45％)。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.47(s,2H,ImH),7.33-7.28(m,6H,ArH),7.07(t,2H,J＝1.0Hz,ImH),7.00-6.98(m,2H,ArH),6.85(t,2H,J＝1.0Hz,ImH),5.15(s,4H,2x NCH2),4.44(s,4H,2xOCH2),1.49(s,6H,2x CH3)；13C NMR(101MHz,CDCl3)δ137.6,136.3,134.6,129.7,129.1,128.5,119.5,101.3,61.3,48.1,25.1。
实施例2–原甲酸酯接头的合成
Figure BDA0002976646220000261
通用程序：
将醇8或9(1.0eq)，2,2-二甲氧基丙烷(0.8-1.0eq)和p-TsOH·H2O(10mol％)悬浮在圆底烧瓶中的甲苯/环己烷(1:1v/v,0.25M)中，该圆底烧瓶配备了装有
Figure BDA0002976646220000262
分子筛(370mg/mmol)的均压滴液漏斗。将回流冷凝器安装在滴液漏斗上，并将反应装置内的空气交换为Ar。将混合物在150℃下加热，确保回流的溶剂在回到反应混合物之前在分子筛上冷凝。16h后，将反应混合物冷却至室温并真空浓缩。通过柱色谱法纯化固体，得到为无色油的缩醛接头。
实施例2.1.原甲酸酯接头3的合成
Figure BDA0002976646220000263
通过通用程序由醇8(500mg,2.66mmol)和原甲酸三乙酯(440μL,2.66mmol)制备原甲酸酯接头3，并通过柱色谱法(2-10％MeOH/CH2Cl2)分离为无色油(148mg,26％)。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.54(s,2H,ImH),7.33(d,4H,J＝7.5Hz,ArH),7.13(d,4H,J＝7.5Hz,ArH),7.09(s,2H,ImH),6.89(s,2H,ImH),5.35(s,1H,CH(OEt)),5.11(s,4H,2x NCH2),4.64(s,4H,2x OCH2),3.65(q,2H,J＝7.0Hz,OCH2CH3),1.23(t,3H,J＝7.0Hz,OCH2CH3)；13C NMR(101MHz,CDCl3)δ137.7,137.4,135.6,129.8,128.3,127.4,119.2,111.8,65.3,60.6,50.5,14.9。
实施例2.2原甲酸酯接头4的合成
Figure BDA0002976646220000271
通过通用程序由醇9(500mg,2.66mmol)和原甲酸三乙酯(440μL,2.66mmol)制备原甲酸酯接头4，并通过柱色谱法(3→5％MeOH/CHCl3)分离为无色油(200mg，35％)。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.48(s,2H,ImH),7.33-7.30(m,6H,ArH),7.06(t,2H,J＝1.0Hz,ImH),7.02-6.99(m,2H,ArH),6.85(t,2H,J＝1.0Hz,ImH),5.31(s,1H,CH(OEt)),,5.19(s,4H,2xNCH2),4.59-4.58(m,4H,2x OCH2),3.60(q,2H,J＝7.0Hz,OCH2CH3),1.23(t,3H,J＝7.0Hz,OCH2CH3)；13C NMR(101MHz,CDCl3)δ137.6,135.0,134.9,129.9,129.6,129.0,128.6,128.5,119.4,112.0,63.9,61.0,47.9,14.9。
实施例3–咪唑鎓聚合物的合成
通用程序：
将缩醛或原甲酸酯可降解接头(1-4)(1.0eq)和二溴丁烯或二溴二甲苯(5-7)(1.0eq)溶解于用PTFE压接密封帽密封的20mL小瓶中的THF(0.2M)中。将该溶液在预热的
Figure BDA0002976646220000272
加热块中加热搅拌1h。将反应混合物转移至15mL
Figure BDA0002976646220000273
管中，溶解于最小体积的甲醇中，然后用醚沉淀，形成乳白色悬浮液。在离心机中离心分离固体(7000rpm，3min)，并倒出上清液。再次洗涤固体，并将得到的固体在真空烘箱(50℃,10mbar)中干燥16h，得到咪唑鎓聚合物，为白色固体。
实施例3.1IBN缩醛聚合物1即IBN-AP1的合成
Figure BDA0002976646220000274
通过通用程序由缩醛接头1(100mg,0.24mmol)和反式1,4-二溴丁烯(52mg,0.24mmol)制备IBN缩醛聚合物1，即IBN-AP1，并分离为白色可压碎泡沫(132mg,87％)。1HNMR(400MHz,d6-DMSO)δ9.52(br s,2H,ImH),7.92-7.87(m,2H,ImH),7.84-7.80(m,2H,ImH),7.46-7.31(m,8H,2x PhH),6.07(br s,2H,2x CH),5.49(br s,4H,2x NCH2),4.93(brs,4H,2x CHCH2),4.52(br s,4H,2x OCH2),1.43(s,6H,2x CH3)；；13C NMR(101MHz,d6-DMSO)δ140.1,136.7,134.2,129.7,129.0,128.4,123.3,123.1,100.9,62.6,52.1,50.1,25.4。
实施例3.2IBN缩醛聚合物2即IBN-AP2的合成
Figure BDA0002976646220000281
通过通用程序由缩醛接头1(100mg,0.24mmol)和α,α’-二溴-对亚二甲苯(α,α’-dibromo-p-xylylene，63mg,0.24mmol)制备IBN缩醛聚合物2，即IBN-AP2，并分离为白色可压碎泡沫(154mg,96％)。1H NMR(400MHz,d6-DMSO)δ9.50(br s,2H,ImH),7.83(br s,4H,ImH),7.50-7.42(m,12H,3x p-PhH),5.43(m,8H,4x NCH2),4.51(m,4H,2x OCH2),1.42(s,6H,2x CH3).
实施例3.3IBN缩醛聚合物3即IBN-AP3的合成
Figure BDA0002976646220000282
通过通用程序由缩醛接头1(100mg,0.24mmol)和α,α’-二溴-邻亚二甲苯(α,α’-dibromo-o-xylylene，63mg,0.24mmol)制备IBN缩醛聚合物3，即IBN-AP3，并分离为白色可压碎泡沫(157mg,96％)。1H NMR(400MHz,d6-DMSO)δ9.48-9.33(m,2H,ImH),7.86-7.72(m,4H,,ImH),7.49-7.22(m,12H,2x p-PhH+o-PhH),5.66-5.59(m,4H,2x NCH2),5.45-5.37(m,4H,2x NCH2),4.51(br s,4H,2x OCH2),1.41(s,6H,2x CH3)。
实施例3.4IBN缩醛聚合物4即IBN-AP4的合成
Figure BDA0002976646220000291
通过通用程序由缩醛接头2(100mg,0.24mmol)和反式1,4-二溴丁烯(52mg,0.24mmol)制备IBN缩醛聚合物4，即IBN-AP4，并分离为白色可压碎泡沫(74mg,49％)。1HNMR(400MHz,d6-DMSO)δ9.42(br s,2H,ImH),7.89-7.84(m,4H,ImH),7.48-7.37(m,6H,o-PhH),7.19-7.17(m,2H,o-PhH),6.12(br s,2H,2x CH),5.60(br s,4H,2x NCH2),4.98(brs,4H,2x CHCH2),4.61(br s,4H,2x OCH2),1.46(s,6H,2x CH3)；13C NMR(101MHz,d6-DMSO)δ137.2,133.7,129.8,129.3,128.9,123.6,123.2,101.4,61.5,50.1,49.8,25.2。
实施例3.5IBN缩醛聚合物5即IBN-AP5的合成
Figure BDA0002976646220000292
通过通用程序由缩醛接头2(100mg,0.24mmol)和α,α’-二溴-邻亚二甲苯(α,α’-dibromo-o-xylylene，63mg,0.24mmol)制备IBN缩醛聚合物5，即IBN-AP5，并分离为白色可压碎泡沫(78mg,48％)。1H NMR(400MHz,d6-DMSO)δ9.51(br s,2H,ImH),7.92-7.86(m,4H,ImH),7.49-7.38(m,8H,o-PhH),7.30-7.28(m,2H,o-PhH),7.19-7.16(m,2H,o-PhH),,5.77(br s,4H,2x NCH2),5.61(br s,4H,2x NCH2),4.60(br s,4H,2x OCH2),1.44(s,6H,2xCH3)。
实施例3.6IBN原甲酸酯聚合物1即IBN-OP1的合成
Figure BDA0002976646220000301
通过通用程序由原甲酸酯接头3(77mg,0.18mmol)和反式1,4-二溴丁烯(38mg,0.18mmol)制备IBN原甲酸酯聚合物1，即IBN-OP1，并分离为灰白色泡沫(94mg,82％)。1HNMR(400MHz,d6-DMSO)δ9.55-9.32(m,2H,ImH),7.87-7.74(m,4H,ImH),7.47-7.30(m,8H,2xPhH),6.05(br s,2H,2x CH),5.48-5.41(m,5H,CH(OEt)+2x NCH2),4.91(br s,4H,2xCHCH2),4.64-4.49(m,4H,2x OCH2),3.58(q,2H,J＝7.0Hz,OCH2CH3),1.12(t,3H,J＝7.0Hz,OCH2CH3)；13C NMR(101MHz,d6-DMSO)δ138.9,136.7,134.5,129.7,129.0,128.6,123.3,123.1,112.5,65.4,60.2,52.1,50.2,,15.4。
实施例3.7：IBN原甲酸酯聚合物2即IBN-OP2的合成
Figure BDA0002976646220000302
通过通用程序由原甲酸酯接头3(65mg,0.15mmol)和α,α’-二溴对二亚甲苯(α,α’-dibromo-p-xylylene，40mg,0.15mmol)制备IBN原甲酸酯聚合物2(IBN-OP2)，并分离灰白色泡沫(65mg,62％)。1H NMR(400MHz,d6-DMSO)δ9.54(br s,2H,ImH),7.85(br s,4H,ImH),7.50-7.40(m,12H,3x p-PhH),5.45(br s,9H,CH(OEt)+4x NCH2),4.64-4.55(m,,4H,2xOCH2),3.58(q,2H,J＝7.0Hz,OCH2CH3),1.12(t,3H,J＝7.0Hz,OCH2CH3)；13C NMR(101MHz,d6-DMSO)δ139.0,136.8,135.9,134.4,129.5,129.0,128.6,123.4,123.3,112.5,65.4,60.2,52.2,52.0,15.4。
实施例3.8IBN原甲酸酯聚合物3即IBN-OP3的合成
Figure BDA0002976646220000311
通过通用程序由原甲酸酯接头3(99mg,0.23mmol)和α,α’-二溴-邻二亚甲苯(α,α’-dibromo-o-xylylene，61mg,0.23mmol)制备IBN原甲酸酯聚合物3即IBN-OP3，并分离为白色薄片(149mg,93％)。1H NMR(400MHz,d6-DMSO)δ9.50-9.18(m,2H,ImH),7.86-7.74(m,4H,,ImH),7.50-7.29(m,12H,2x p-PhH+o-PhH),5.68-5.60(m,4H,2x NCH2),5.47-5.41(m,5H,CH(OEt)+2x NCH2),4.64-4.56(m,4H,2x OCH2),3.61-3.54(m,2H,OCH2CH3),1.14-1.10(m,3H,OCH2CH3)；13C NMR(101MHz,d6-DMSO)δ138.5,136.7,134.0,133.0,129.7,129.6,128.5,128.1,123.2,122.8,112.0,64.9,59.7,51.8,49.2,15.0。
实施例3.9IBN原甲酸酯聚合物4即IBN-OP4的合成
Figure BDA0002976646220000312
通过通用程序由原甲酸酯接头4(70mg,0.16mmol)和反式1,4-二溴丁烯(35mg,0.16mmol)制备IBN原甲酸酯聚合物4，即IBN-OP4，并通过用THF沉淀而分离为灰白色泡沫(65mg,62％)。1H NMR(400MHz,d6-DMSO)δ9.47-9.25(m,2H,ImH),7.89-7.81(m,4H,ImH),7.48-7.40(m,6H,o-PhH),7.21-7.19(m,2H,o-PhH),6.11-6.04(m,2H,2x CH),5.62-5.59(m,5H,CH(OEt)+2x NCH2),4.96(br s,4H,2x CHCH2),4.79(br s,4H,2x OCH2),3.63-3.54(m,2H,OCH2CH3),1.14-1.11(m,3H,OCH2CH3)；13C NMR(101MHz,d6-DMSO)δ136.8,135.7,133.4,129.8,129.4,128.8,128.5,123.1,122.8,112.1,63.8,59.9,49.7,49.2,15.0。
实施例3.10IBN原甲酸酯聚合物5即IBN-OP5的合成
Figure BDA0002976646220000321
通过通用程序由原甲酸酯接头4(70mg,0.16mmol)和α,α’-二溴-邻二亚甲苯(α,α’-dibromo-o-xylylene，43mg,0.16mmol)制备IBN原甲酸酯聚合物5，即IBN-OP5，并通过用THF沉淀而分离为白色泡沫(52mg,46％)。1H NMR(400MHz,d6-DMSO)δ9.53-9.27(m,2H,ImH),7.90-7.82(m,4H,ImH),7.49-7.40(m,8H,o-PhH),7.30-7.26(m,2H,o-PhH),7.20-7.18(m,2H,o-PhH),5.74-5.53(m,9H,CH(OEt)+4x NCH2),4..79(br s,4H,2x OCH2),3.58-3.54(m,2H,OCH2CH3),1.13-1.08(m,3H,OCH2CH3)；13C NMR(101MHz,d6-DMSO)δ137.2,135.7,133.4,133.0,129.8,129.6,129.2,128.9,128.8,128.4,123.4,123.1,112.1,63.8,60.0,49.3,49.2,,15.0。
实施例4-通过1H NMR光谱计算聚合物长度
根据纯化聚合物的1H NMR光谱分析，发现IBN-AP和IBN-OP聚合物具有咪唑端基。基于咪唑鎓(δ9.5–9.4ppm)与咪唑(δ6.9或7.2ppm)积分值之比，按照每条链上的咪唑和咪唑鎓单元数，计算平均聚合物长度，如图4所示。
Figure BDA0002976646220000322
抗微生物性能评估
评估了新咪唑鎓聚合物对四种不同且临床相关微生物的抗微生物活性：金黄色葡萄球菌、E.coli、铜绿假单胞菌和白假丝酵母菌。
实施例5–测定最低抑制浓度
使用金黄色葡萄球菌(ATCC 6538，革兰氏阳性)、E.coli(ATCC 8739,革兰氏阴性)、铜绿假单胞菌(革兰氏阴性)和白假丝酵母菌(ATCC 10231，真菌)作为代表微生物来挑战咪唑鎓盐的抗微生物功能。实验前，所有细菌和真菌均在-80℃冷冻保存，并在37℃在Mueller Hinton肉汤(MHB)中过夜生长。真菌在酵母霉菌(YM)肉汤中于22℃过夜生长。使这些培养物的子样品再生长3h，并稀释，以使600nm处的光密度值为0.07，对应于细菌的3×108CFU mL-1和真菌的106×CFU mL-1(McFarland标准品1；通过平板计数确认)。
将聚合物以4mg mL-1的浓度溶解在MHB或YM肉汤中，并通过微量稀释测定法测定最低抑制浓度(MIC)。在96-孔板中的每个孔中，将细菌溶液(100μL,3×105CFU mL-1)与100μL低聚物溶液(连续2倍稀释，4mg mL-1到2μg mL-1)混合。将平板在37℃以300rpm的恒定振荡速度孵育24h。通过使用酶标仪在600nm波长测量培养液的光密度来确定细菌的生长。针对白假丝酵母菌的MIC测量与细菌相似，不同之处在于真菌溶液在YM中为106CFU mL-1，且平板在室温下孵育。
将最低抑制浓度作为用酶标仪未观察到微生物生长时抗微生物剂的浓度。仅含有微生物细胞的PBS溶液用作阴性对照。该测定进行四次重复，并且实验重复至少两次。
表1列出了聚合物的最低抑制浓度(MIC)。还将聚合物的MIC值与不可降解的咪唑鎓聚合物PIM-45进行了比较，PIM-45的结构如下文所示：
Figure BDA0002976646220000331
表1.酸敏感性可降解聚合物的最小抑制浓度(MIC)
Figure BDA0002976646220000332
Figure BDA0002976646220000341
当对四种微生物进行测试时，所有十种聚合物均显示出高抗微生物活性。在缩醛连接的聚合物系列中,IBN-AP2表现出的性能最好。与不可降解的咪唑鎓聚合物PIM-45相比，IBN-AP2对E.coli和金黄色葡萄球菌的MIC值较低，但对铜绿假单胞菌和白假丝酵母菌的MIC值较高。在原甲酸酯连接的聚合物系列中，IBN-OP2、3和4被确定为活性最高的聚合物。所有这三种聚合物对E.coli、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌和白假丝酵母菌的MIC值均低于不可降解的咪唑鎓聚合物PIM-45或与之相当。
实施例6–测定聚合物的抗微生物效率
对E.coli进行了4种有效咪唑鎓聚合物IBN-AP2、IBN-AP4、IBN-OP3和IBN-OP4的杀伤时间研究。
用MIC浓度的聚合物处理微生物，并以不同的时间间隔从每个孔中取出样品。除去100μl细胞悬浮液，通过用生长培养基进行系列10倍稀释来挽救。对于平板接种，将100μl稀释样品铺在生长培养基琼脂平板上，并在37℃过夜孵育后对菌落计数。
所有的聚合物即使在4μg/ml的低浓度也显示出杀菌性能(图1)。IBN-AP4和IBN-OP3显示出比其他两种聚合物高的效率。对于IBN-OP3，在8μg/ml时，在10分钟内观察到细胞群减少了99％以上。对于IBN-AP4和IBN-OP3，在3h内细胞群体减少了99.9％。
实施例7–测定聚合物的毒性
还通过测量这些聚合物诱导的溶血程度来评估这些化合物的毒性。
用PBS缓冲液稀释新鲜的大鼠红细胞(RBC)，得到RBC储备悬浮液(4vol％血细胞)。将100μL RBC悬浮液的等分式样添加到96孔板中，该平板含有100μL各种浓度的聚合物溶液(范围为4mg mL-1至2μg mL-1，在PBS中连续两倍稀释)。在37℃孵育1h后，将每个孔的内容物用移液管吸移到微量离心管中，并以2000rpm离心5min。将上清液的等分试样(100μL)转移到新的96孔板中。通过使用酶标仪(TECAN)测量100μL上清液在576nm(OD576)的光密度，确定随血红蛋白释放变化的溶血活性。仅含有PBS的对照溶液用作0％溶血的参照。将用0.5％Triton-X裂解的红细胞的吸光度视为100％溶血。溶血百分比计算如下：
Figure BDA0002976646220000351
数据表示为四次重复的平均值和标准偏差，并且将测试重复两次。数据表示为平均值±平均值的标准偏差(误差线表示S.D.)。使用学生t检验来确定各组之间的显著性。P≤0.05的差异被认为是统计学上显著的。
除IBN-AP3外，所有聚合物均显示出低毒性，即使在测试的最高浓度2000μg/ml溶血也低于10％。
实施例8-咪唑鎓聚合物的降解
在去离子水中制备浓度为100mM的Sorenson磷酸盐缓冲液(pH6.0、7.0、8.0)。将缓冲液的储备溶液分为1mL部分，将其冷冻干燥并溶于1mL D2O中。将4mg咪唑鎓聚合物样品溶解在氘化缓冲液中，小心确保化合物完全溶解。将该溶液储存在25℃的NMR管中，并在具体时间点获得1H NMR光谱。发现128次扫描足以获得良好的信噪比。
通过二甲基缩醛质子(504)的信号消失，观察到缩醛聚合物(IBN-AP)的降解。作为代表示例，图5显示了在D2O、PBS pH 6中，在4天内采集的IBN-AP4的1H NMR光谱图重叠。为了进行比较，包括了独立合成的F-diol4样品的1H NMR光谱。
通过OEt基团的CH3质子(604)的信号消失，以及甲酸乙酯(606)和乙醇(605)的末端质子信号的出现，观察到原甲酸酯聚合物(IBN-OP)的降解。作为代表示例，图6显示了在D2O、PBS pH 6中，在48小时采集的IBN-OP3的1H NMR光谱叠加。为了进行比较，包括独立合成的F-diol3(F-二醇3)样品的1H NMR谱图。
缩醛和原甲酸酯连接的聚合物系列均预期在酸性条件下降解，形成二咪唑鎓片段和小分子。缩醛聚合物IBN-AP1和原甲酸酯聚合物IBN-OP1的降解途径分别在方案4a和4b中作了说明。
Figure BDA0002976646220000361
方案2.(a)缩醛聚合物IBN-AP1和(b)原甲酸酯聚合物IBN-OP1的降解途径。(c)剩余咪唑鎓聚合物的降解产物。
完全降解后，缩醛连接的聚合物IBN-AP1形成二咪唑鎓片段F-diol1(F-二醇1)和等摩尔数的丙酮(方案2a)。从原甲酸酯连接的聚合物IBN-OP1的降解中可以预期到相同的二咪唑鎓片段F-diol1，伴随着等摩尔数的甲酸乙酯，其进一步分解为甲酸和乙醇(方案2b)。这些途径适用于其余的聚合物IBN-AP2-5和IBN-OP2-5，产生了相应的二咪唑鎓片段Fdiol2-5(F二醇2-5，方案2c)。
独立合成降解产物Fdiol1-5(F二醇1-5)以评估其抗微生物性能和毒性(表2)。根据以上实施例5和7中所述的方法测定这些降解产物的抗微生物性能和毒性。发现F-diol2(F-二醇2)对所有四种病原微生物菌株均无活性，而F-diol1(F-二醇1)、F-diol3(F-二醇3)和F-diol4(F-二醇4)仅对金黄色葡萄球菌显示弱活性，对革兰氏阴性细菌E.coli和铜绿假单胞菌和白假丝酵母菌没有活性。发现F-diol5(F-二醇5)对金黄色葡萄球菌和E.coli的活性较弱，并且对铜绿假单胞菌和白假丝酵母菌没有抑制作用。所有的二咪唑鎓片段均显示出低毒性，即使在测试的最高浓度2000μg/ml溶血也低于10％。
表2.咪唑鎓片段的最小抑制浓度(MIC)
Figure BDA0002976646220000371
使用NMR分析，在pH 6、7和8的条件下研究了活性最高的聚合物的降解曲线。发现所有五种聚合物(IBN-AP2、AP4、OP2、OP3和OP4)在这些条件下均可降解，在pH 6时降解最快，而在pH 8时则缓慢(图2)。完全降解的聚合物样品的1H NMR光谱分析证实形成了二咪唑鎓片段F-diol2、F-diol 3和F-diol4，以及丙酮或甲酸乙酯。
与具有侧翼为邻亚二甲苯基(o-xylylene)间隔基的接头的聚合物IBN-AP4和IBN-OP4相比，具有与可降解的接头相邻的对亚二甲苯基间隔基的聚合物IBN-AP2、IBN-OP2和IBN-OP3的降解时间更短。在pH 6时，缩醛聚合物IBN-AP2的半衰期小于6小时(图2a)，而IBN-AP4的半衰期约为30小时(图2b)。这种趋势在原甲酸酯聚合物系列中得到了反映：IBN-OP2和OP3都含有与原甲酸酯基团相邻的对亚二甲苯基间隔基，并且两者在酸性条件下的半衰期均为9小时(图2c和2d)。另一方面，在相同条件下，IBN-OP4的半衰期经测定为24小时(图2e)。
所有聚合物在pH 8缓冲条件下均显示出更高的稳定性，但最终降解为无活性的二咪唑鎓片段。在碱性条件下，IBN-AP2、AP4、OP2和OP3的半衰期为11-15天(图2a-d)，间隔基的影响不太明显。30天后，仅10-20％的缩醛或原甲酸酯接头保持完整。相比之下，发现在相同条件下IBN-OP4的半衰期为24天，并且在90天后降解超过90％(图2e)。
在降解过程中，预计MIC值的变化反映了活性聚合物向非活性降解产物的转化。为了确定是否确实如此，将IBN-AP4和IBN-OP3溶解在缓冲溶液中，并在不同时间点监测其针对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的MIC值。聚合物样品在给定时间点的相对活性表示为在第0天时其MIC相对在测量时其MIC的分数(图3)。
在Sorenson磷酸盐缓冲液(pH 6)中，IBN-AP4和IBN-OP3的降解非常快。IBN-AP4对E.coli和金黄色葡萄球菌的活性在5h后下降至四分之一，并且在第4天时几乎失去活性(MIC>250μg/ml；图3a和3b)。当IBN-OP3经历相似的条件时，降解样品的活性在第1天后不到原始聚合物的10％(图3c和3d)。两种聚合物在pH为7和8的条件下均显示出更高的稳定性，在前2天保留了其原始活性的一半。到第18天，IBN-OP3的活性丧失快于IBN-AP4，这意味着在中性和碱性条件下IBN-AP4更稳定。储存在雨水(pH 6)中的样品显示出与储存在pH 7磷酸盐缓冲液中的样品相似的降解曲线。5h后，降解样品的活性减半，然后缓慢降解。总体而言，这些MIC变化与不同pH缓冲溶液中的IBN-AP4和IBN-OP3的降解曲线(图2)非常吻合。
工业适用性
上文定义的咪唑鎓低聚物或聚合物可包括在抗微生物组合物中。这类抗微生物组合物可以用作用于治疗多种微生物或真菌感染的治疗组合物或药物。可以治疗的微生物或真菌感染的实例包括E.coli、铜绿假单胞菌和白假丝酵母菌感染。这类组合物可以以局部乳膏、软膏或凝胶的形式外涂于患处。
另外，咪唑鎓低聚物或聚合物也可以包括在用于非治疗性应用的抗微生物组合物中。本发明咪唑鎓低聚物的快速杀伤动力学使其特别适用于一般的消毒目的。这样，可以将如上所定义的低聚物和聚合物添加到洁净剂、消毒溶液、去污剂、消毒剂和家用清洁剂中。还可以添加低聚物以赋予织物和材料抗微生物性能，并且其可以用于制造无菌耗材，例如手套。

Claims (26)

1.具有下式(I)的聚合物或其盐或水合物：
Figure FDA0004090842630000011
其中
L1具有下述结构：
Figure FDA0004090842630000012
其中R1和R2在每个实例中相同或不同，并且独立地选自由氢、任选取代的烷基和任选取代的烷氧基组成的组；
A1和A2在每个实例中相同或不同，并且是任选取代的芳基；
L2在每个实例中选自由任选取代的烷基、任选取代的烯基、任选取代的炔基和任选取代的芳基组成的组；
X在每个实例中是相同或不同的，并且是卤素；
n为至少1的整数。
2.根据权利要求1所述的聚合物，其中R1和R2中的至少一个选自C1-C8烷氧基。
3.根据权利要求2所述的聚合物，其中R1和R2相同或不同，并且独立地选自氢和乙氧基。
4.根据权利要求1所述的聚合物，其中R1和R2在每个实例中相同或不同，并且独立地选自C1-C8烷基。
5.根据权利要求4所述的聚合物，其中R1和R2是甲基。
6.根据前述权利要求中任一项所述的聚合物，其中A1和A2相同或不同，并且是衍生自烷基苯的芳基。
7.根据权利要求6所述的聚合物，其中A1和A2相同或不同，并且为亚二甲苯基。
8.根据权利要求7所述的聚合物，其中所述亚二甲苯基是邻亚二甲苯基或对亚二甲苯基。
9.根据权利要求1所述的聚合物，其中以下述组合之一提供R1、R2、A1和A2：
R1和R2是甲基；且A1和A2是对亚二甲苯基；
R1和R2是甲基；且A1和A2是邻二甲苯基；
R1是H，R2是乙氧基；且A1和A2是对亚二甲苯基；和
R1是H，R2是乙氧基；且A1和A2是邻二甲苯基。
10.根据权利要求1所述的聚合物，其中L2选自由烯基和芳基组成的组。
11.根据权利要求1所述的聚合物，其中X选自由氯、氟、溴和碘组成的组。
12.根据权利要求1所述的聚合物，其中n是1-100的整数。
13.根据权利要求1所述的聚合物，其中n是1-50的整数。
14.根据权利要求1所述的聚合物，其中n是1-30的整数。
15.根据权利要求1所述的聚合物，其中n是1-15的整数。
16.根据权利要求1所述的聚合物，其中n是3-15的整数。
17.根据权利要求1所述的聚合物，其中n是7。
18.根据权利要求1所述的聚合物，其中所述聚合物选自由以下组成的组：
Figure FDA0004090842630000031
19.制备根据权利要求1-18中任一项所述聚合物的方法，包括以下步骤：
使具有下式(II)的二咪唑与具有式(III)的二卤化物接触：
Figure FDA0004090842630000032
其中L1具有下述结构：
Figure FDA0004090842630000033
其中R1和R2在每个实例中相同或不同，并且独立地选自由氢、任选取代的烷基和任选取代的烷氧基组成的组；且A1和A2在每个实例中相同或不同，并且是任选取代的芳基；
X-L2-X
式(III)
其中L2在每个实例中均选自由任选取代的烷基、任选取代的烯基、任选取代的炔基和任选取代的芳基组成的组；且X在每个实例中相同或不同，并且是卤素。
20.一种抗微生物组合物，包含根据权利要求1-18中任一项所述的聚合物或其盐或水合物。
21.一种杀伤微生物或抑制微生物生长的方法，所述方法包括使所述微生物与根据权利要求20所述的抗微生物组合物离体接触。
22.根据权利要求20所述的抗微生物组合物的非治疗用途，用于离体杀伤微生物或抑制微生物的生长。
23.根据权利要求20所述的抗微生物组合物，用作抗生素。
24.根据权利要求20所述的抗微生物组合物在制造用于治疗微生物感染的药物中的用途。
25.根据权利要求24所述的用途，其中，所述微生物感染是由一种或多种微生物引起的。
26.根据权利要求21所述的方法、根据权利要求22所述的用途、或根据权利要求25所述的用途，其中所述微生物是细菌、真菌或其混合物。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021107870A1 (en) * 2019-11-25 2021-06-03 Agency For Science, Technology And Research Antimicrobial agent, coating formulation, composite surface coating and methods of preparing the same
EP4157919A4 (en) * 2020-05-26 2024-05-29 Nanyang Technological University BIODEGRADABLE POLYIMIDAZOLIUMS AND OLIGOIMIDAZOLIUMS

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014025314A1 (en) * 2012-08-10 2014-02-13 Agency For Science, Technology And Research An Antifungal Compound
CN107108518A (zh) * 2014-09-15 2017-08-29 新加坡科技研究局 抗菌咪唑鎓化合物
CN107614587A (zh) * 2015-05-19 2018-01-19 新加坡科技研究局 抗微生物胍鎓和硫脲鎓官能化的聚合物

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101635200B (zh) * 2009-08-18 2011-07-27 苏州大学 一种染料敏化太阳能电池电解质及其制备方法和应用
SG189900A1 (en) * 2010-10-15 2013-06-28 Agency Science Tech & Res An antimicrobial composition

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014025314A1 (en) * 2012-08-10 2014-02-13 Agency For Science, Technology And Research An Antifungal Compound
CN107108518A (zh) * 2014-09-15 2017-08-29 新加坡科技研究局 抗菌咪唑鎓化合物
CN107614587A (zh) * 2015-05-19 2018-01-19 新加坡科技研究局 抗微生物胍鎓和硫脲鎓官能化的聚合物

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