CN116535543A - 一种由长链叔胺季铵化制得的壳聚糖季铵盐及其应用 - Google Patents
一种由长链叔胺季铵化制得的壳聚糖季铵盐及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116535543A CN116535543A CN202310656750.3A CN202310656750A CN116535543A CN 116535543 A CN116535543 A CN 116535543A CN 202310656750 A CN202310656750 A CN 202310656750A CN 116535543 A CN116535543 A CN 116535543A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- chitosan
- tertiary amine
- quaternary ammonium
- ammonium salt
- long
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 title claims abstract description 101
- 150000003242 quaternary ammonium salts Chemical class 0.000 title claims abstract description 38
- 150000003512 tertiary amines Chemical class 0.000 title claims abstract description 27
- 238000005956 quaternization reaction Methods 0.000 title description 17
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 37
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 claims abstract description 26
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 14
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 13
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 12
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 11
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- CDIIZULDSLKBKV-UHFFFAOYSA-N 4-chlorobutanoyl chloride Chemical compound ClCCCC(Cl)=O CDIIZULDSLKBKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N Dodecane Natural products CCCCCCCCCCCC SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- -1 dodecyl dimethyl tertiary amine Chemical class 0.000 claims description 6
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 6
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- UQKAOOAFEFCDGT-UHFFFAOYSA-N n,n-dimethyloctan-1-amine Chemical group CCCCCCCCN(C)C UQKAOOAFEFCDGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 3
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 claims description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 238000009472 formulation Methods 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 16
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 14
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 13
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 9
- 241000191967 Staphylococcus aureus Species 0.000 description 8
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 108010050327 trypticase-soy broth Proteins 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 239000001974 tryptic soy broth Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003385 bacteriostatic effect Effects 0.000 description 3
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 3
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 125000001453 quaternary ammonium group Chemical group 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 238000011146 sterile filtration Methods 0.000 description 3
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 3
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 3
- 239000002262 Schiff base Substances 0.000 description 2
- 150000004753 Schiff bases Chemical class 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 2
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 2
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 2
- 238000002715 modification method Methods 0.000 description 2
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 239000006150 trypticase soy agar Substances 0.000 description 2
- 229920002101 Chitin Polymers 0.000 description 1
- 206010017472 Fumbling Diseases 0.000 description 1
- 238000007259 addition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002152 alkylating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000001728 carbonyl compounds Chemical class 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000006482 condensation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012043 crude product Substances 0.000 description 1
- 230000006196 deacetylation Effects 0.000 description 1
- 238000003381 deacetylation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 1
- AIUDWMLXCFRVDR-UHFFFAOYSA-N dimethyl 2-(3-ethyl-3-methylpentyl)propanedioate Chemical compound CCC(C)(CC)CCC(C(=O)OC)C(=O)OC AIUDWMLXCFRVDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 1
- 150000008282 halocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 150000005826 halohydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000004476 mid-IR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- YWWNNLPSZSEZNZ-UHFFFAOYSA-N n,n-dimethyldecan-1-amine Chemical compound CCCCCCCCCCN(C)C YWWNNLPSZSEZNZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
- C08B37/00—Preparation of polysaccharides not provided for in groups C08B1/00 - C08B35/00; Derivatives thereof
- C08B37/0006—Homoglycans, i.e. polysaccharides having a main chain consisting of one single sugar, e.g. colominic acid
- C08B37/0024—Homoglycans, i.e. polysaccharides having a main chain consisting of one single sugar, e.g. colominic acid beta-D-Glucans; (beta-1,3)-D-Glucans, e.g. paramylon, coriolan, sclerotan, pachyman, callose, scleroglucan, schizophyllan, laminaran, lentinan or curdlan; (beta-1,6)-D-Glucans, e.g. pustulan; (beta-1,4)-D-Glucans; (beta-1,3)(beta-1,4)-D-Glucans, e.g. lichenan; Derivatives thereof
- C08B37/0027—2-Acetamido-2-deoxy-beta-glucans; Derivatives thereof
- C08B37/003—Chitin, i.e. 2-acetamido-2-deoxy-(beta-1,4)-D-glucan or N-acetyl-beta-1,4-D-glucosamine; Chitosan, i.e. deacetylated product of chitin or (beta-1,4)-D-glucosamine; Derivatives thereof
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
- A01N43/00—Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators containing heterocyclic compounds
- A01N43/02—Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators containing heterocyclic compounds having rings with one or more oxygen or sulfur atoms as the only ring hetero atoms
- A01N43/04—Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators containing heterocyclic compounds having rings with one or more oxygen or sulfur atoms as the only ring hetero atoms with one hetero atom
- A01N43/14—Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators containing heterocyclic compounds having rings with one or more oxygen or sulfur atoms as the only ring hetero atoms with one hetero atom six-membered rings
- A01N43/16—Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators containing heterocyclic compounds having rings with one or more oxygen or sulfur atoms as the only ring hetero atoms with one hetero atom six-membered rings with oxygen as the ring hetero atom
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01P—BIOCIDAL, PEST REPELLANT, PEST ATTRACTANT OR PLANT GROWTH REGULATORY ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR PREPARATIONS
- A01P1/00—Disinfectants; Antimicrobial compounds or mixtures thereof
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K31/00—Medicinal preparations containing organic active ingredients
- A61K31/70—Carbohydrates; Sugars; Derivatives thereof
- A61K31/715—Polysaccharides, i.e. having more than five saccharide radicals attached to each other by glycosidic linkages; Derivatives thereof, e.g. ethers, esters
- A61K31/716—Glucans
- A61K31/722—Chitin, chitosan
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
- A61P31/00—Antiinfectives, i.e. antibiotics, antiseptics, chemotherapeutics
- A61P31/04—Antibacterial agents
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/30—Against vector-borne diseases, e.g. mosquito-borne, fly-borne, tick-borne or waterborne diseases whose impact is exacerbated by climate change
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Pharmacology & Pharmacy (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Plant Pathology (AREA)
- Pest Control & Pesticides (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Agronomy & Crop Science (AREA)
- Oncology (AREA)
- Communicable Diseases (AREA)
- Dentistry (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
Abstract
本发明公开了一种由长链叔胺季铵化制得的壳聚糖季铵盐及其应用，由脱乙酰壳聚糖与4‑氯丁酰氯在N‑甲基吡咯烷酮中反应获得N‑氯丁酰基壳聚糖后，再与长链叔胺反应制得壳聚糖季铵盐。本发明的制备方法操作简单、反应条件温和、溶剂消耗量较低，所得壳聚糖季铵盐具有很强的抗菌抑菌活性，可广泛应用于日常抗菌材料或医学抗菌材料的制备。
Description
技术领域
本发明涉及抗菌材料技术领域，具体涉及一种由长链叔胺季铵化制得的壳聚糖季铵盐及其制备方法。
背景技术
壳聚糖(Chitosan)是自然界中唯一的阳离子碱性多糖，可经甲壳素脱乙酰化得到。壳聚糖含量丰富，作为一种可再生、无毒副作用、生物相容性和降解性良好的多糖，具有一定的杀菌、抑菌活性，被广泛应用于医药、食品、农业、日化、环保等多种行业领域中。壳聚糖的分子间和分子内存在很强的氢键作用，结晶度高，使其难溶于水及多数有机溶剂中，只能溶于盐酸、多元羧酸等酸性溶液，限制了其应用，但其含有活泼的-OH、-NH2，可引入其他活性基团，进而能够改善其生物活性，甚至产生新的活性功能。
在壳聚糖众多的衍生物中，壳聚糖季铵盐是重要的衍生物之一，壳聚糖季铵化扩大了壳聚糖衍生物的应用领域，具有较高的研究价值。壳聚糖通过季铵化改性不但能够提高壳聚糖衍生物的水溶性，而且合成的壳聚糖季铵盐还具有更强的抗菌抑菌性能。目前，壳聚糖的季铵化改性方法主要有两种：直接季铵化法和接技季铵化法。壳聚糖的直接季铵化改性根据完成的途径可以分为两种：一是利用壳聚糖分子结构中的氨基与烷基化试剂作用并使伯胺基团转化为叔胺基团，然后再与卤代烃作用而在其分子链中形成季铵基团；二是通过壳聚糖的氨基先与羰基化合物作用并生成Schiff碱，然后再经还原生成N-烃基化壳聚糖，最后通过与卤代烃的作用而在壳聚糖分子链中形成季铵基团。壳聚糖接枝季铵化的本质是利用壳聚糖分子中含活泼H的基团(包括C3位和C6位上的羟基及C2位上的氨基)，与含活泼反应性基团的季铵化试剂之间的缩合反应或加成反应，向壳聚糖分子结构中引进季铵基团，从而生成壳聚糖季铵化产物。
但是，目前常见的壳聚糖季铵化的改性方法中存在操作复杂、溶剂消耗量大、改性路线单一等问题。
发明内容
针对现有壳聚糖季铵化方法中存在的操作复杂、溶剂消耗量大、改性线路单一等问题，本发明提供了一种由长链叔胺季铵化制得的壳聚糖季铵盐及其制备方法，其具有增强的抗菌性能和良好的生物相容性，可以广泛用作临床医用抗菌材料。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明公开了一种由长链叔胺季铵化制得的壳聚糖季铵盐，其特点在于：由脱乙酰壳聚糖与4-氯丁酰氯在N-甲基吡咯烷酮中反应获得N-氯丁酰基壳聚糖后，再与长链叔胺反应制得壳聚糖季铵盐；所述N-氯丁酰基壳聚糖的结构式如式(1)所示，所述长链叔胺的结构式如式(2)所示，所述壳聚糖季铵盐的结构式如式(3)所示，其中n为长链叔胺的叔胺链长度，具体反应式如图1所示：
进一步地，所述长链叔胺为n＝10的N,N-二甲基正辛胺、n＝12的N,N-二甲基癸胺或n＝14的十二烷基二甲基叔胺。
本发明所述的壳聚糖季铵盐的制备方法，包括以下步骤：
(1)将脱乙酰壳聚糖溶解在N-甲基吡咯烷酮中，然后逐滴加入溶解在N-甲基吡咯烷酮中的4-氯丁酰氯，常温下搅拌反应5-6小时；反应结束后，将反应体系倒入乙醚中沉淀出聚合物，然后依次用甲醇和乙醚洗涤并抽滤，得到N-氯丁酰基壳聚糖；
(2)将步骤(1)所得N-氯丁酰基壳聚糖溶解在稀盐酸溶液中，再加入长链叔胺，55-60℃下搅拌反应20-24h；反应结束后，将反应体系倒入无水乙醇中沉淀出聚合物，然后离心、用无水乙醇洗涤并抽滤，最后真空干燥、研磨，得到目标产物壳聚糖季铵盐。
进一步地，步骤(1)中，脱乙酰壳聚糖与4-氯丁酰氯的用量比为2-2.05g：2.78mL。
进一步地，步骤(1)中，搅拌反应在氮气气氛下进行。
进一步地，步骤(2)中，所述稀盐酸溶液的浓度为0.1mol/L，N-氯丁酰基壳聚糖、稀盐酸溶液与长链叔胺的用量比为1-1.05g：65-75mL：10mL。
进一步地，步骤(2)中所述真空干燥是在40℃下真空干燥18-24h。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
本发明提供了一种新的壳聚糖季铵化的合成路线，是通过将不同链长的叔胺(N,N-二甲基正辛胺、N,N-二甲基癸胺、十二烷基二甲基叔胺)与酰化壳聚糖直接进行反应，发生季铵化。本发明的制备方法操作简单、反应条件温和、溶剂消耗量较低，所得壳聚糖季铵盐具有很强的抗菌抑菌活性，可广泛应用于日常抗菌材料或医学抗菌材料的制备。
附图说明
图1为本发明的合成路线图。
图2为实施例1、2、3、4所得产物CS-中、CS-12、CS-10、CS-8的红外光谱图。
图3为壳聚糖和对比例所得对比样1与对比样2的红外光谱图。
图4为壳聚糖在20min内对金黄色葡萄球菌的杀菌效果平板涂布照片；
图5为实施例1中产物CS-中在20min内对金黄色葡萄球菌的杀菌效果平板涂布照片；
图6为实施例2中产物壳聚糖季铵盐CS-12在20min内对金黄色葡萄球菌的杀菌效果平板涂布照片；
图7为实施例3中产物壳聚糖季铵盐CS-10在20min内对金黄色葡萄球菌的杀菌效果平板涂布照片。
图8为实施例3中产物壳聚糖季铵盐CS-8在20min内对金黄色葡萄球菌的杀菌效果平板涂布照片。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一、中间体产物N-氯丁酰基壳聚糖的制备
实施例1
本实施例按如下步骤制备N-氯丁酰基壳聚糖(CS-中)：
量取60mL的N-甲基吡咯烷酮加入到三颈烧瓶中，加入2.0015g的脱乙酰壳聚糖并溶解，然后将溶解在5mLN-甲基吡咯烷酮的2.78mL4-氯丁酰氯逐滴加到该溶液中。在氮气气氛下，将反应混合物在常温下搅拌反应6h。
反应结束后，将反应体系倒入乙醚中沉淀，得到聚合物为粗品，之后依次用甲醇和乙醚洗涤样品并进行抽滤，最后40℃真空烘干，得到中间体产物N-氯丁酰基壳聚糖1.6979g。
二、壳聚糖季铵盐反应条件的优化
实施例2
本实施例以叔胺链长度n＝14的十二烷基二甲基叔胺为原料，按如下步骤制备碳链长度为12的壳聚糖季铵盐(CS-12)：
通风橱内取发烟盐酸0.6mL，溶解于70mL超纯水中，即得到0.1mol/L的盐酸溶液，无菌过滤后加入到三颈烧瓶中，取1.0048g实施例1所得N-氯丁酰基壳聚糖加入并溶解，再向三颈烧瓶逐滴加入10mL十二烷基二甲基叔胺。之后将三颈烧瓶放置于油浴锅中60℃搅拌反应24h。反应结束后，将反应体系倒入无水乙醇中沉淀出聚合物，放入转速为8000rpm的离心机中离心5min，之后用无水乙醇洗涤并抽滤产物。最后40℃下真空干燥24h，产物研磨成粉末，即得到壳聚糖季铵盐CS-12共0.9188g。
实施例3
本实施例以叔胺链长度n＝12的N,N-二甲基癸胺为原料，按如下步骤制备碳链长度为10的壳聚糖季铵盐(CS-10)：
通风橱内取发烟盐酸0.6mL，溶解于70mL超纯水中，即得到0.1mol/L的盐酸溶液，无菌过滤后加入到三颈烧瓶中，取1.0021g实施例1所得N-氯丁酰基壳聚糖加入并溶解，再向三颈烧瓶逐滴加入10mL N,N-二甲基癸胺。之后将三颈烧瓶放置于油浴锅中60℃搅拌反应24h。反应结束后，将反应体系倒入无水乙醇中沉淀出聚合物，放入转速为8000rpm的离心机中离心5min，之后用无水乙醇洗涤并抽滤产物。最后40℃下真空干燥24h，产物研磨成粉末，即得到壳聚糖季铵盐CS-10共0.9011g。
实施例4
本实施例以n＝10的N,N-二甲基正辛胺为原料，按如下步骤制备碳链长度为8的壳聚糖季铵盐CS-8：
通风橱内取发烟盐酸0.6mL，溶解于70mL超纯水中，即得到0.1mol/L的盐酸溶液，无菌过滤后加入到三颈烧瓶中，取1.0007g实施例1所得N-氯丁酰基壳聚糖加入并溶解，再向三颈烧瓶逐滴加入10mLN,N-二甲基正辛胺。之后将三颈烧瓶放置于油浴锅中55℃搅拌反应24h。反应结束后，将反应体系倒入无水乙醇中沉淀出聚合物，放入转速为8000rpm的离心机中离心5min，之后用无水乙醇洗涤并抽滤产物。最后40℃下真空干燥24h，产物研磨成粉末，即得到壳聚糖季铵盐CS-8共0.8761g。
图2为壳聚糖和实施例1、2、3、4所得产物CS-中、CS-12、CS-10、CS-8的红外光谱图。壳聚糖在1600cm-1处有较强的吸收峰，这是壳聚糖分子中-NH2的变形振动吸收峰，而由图可以看见，CS-中的红外光谱图中该峰消失，说明壳聚糖分子链中的-NH2被反应取代，壳聚糖酰化成功。而CS-12、CS-10、CS-8出现在1463.89cm-1处较强的吸收峰，这是-N+(CH3)3的弯曲振动吸收峰，证明几种链段长度不同的壳聚糖季铵盐都成功合成。
对比例
在壳聚糖季铵盐的制备工艺摸索过程中，本发明进行了大量实验，包括溶剂体系、反应温度与后处理条件等，部分实验列举如下：
1、以N-甲基吡咯烷酮为溶剂
量取60mL的N-甲基吡咯烷酮加入至三颈烧瓶中，取1.0159g实施例1所得N-氯丁酰基壳聚糖加入并溶解，再向三颈烧瓶逐滴加入10mL十二烷基二甲基叔胺。之后将三颈烧瓶放置于油浴锅中60℃搅拌反应24h。反应结束后，反应体系中存在沉淀物，依次用乙醚和甲醇洗涤并抽滤产物，最后40℃下真空干燥24h，得到最终产物(命名为对比样1)。
2、以二甲基亚砜(DMSO)为溶剂
量取60mLDMSO加入至三颈烧瓶中，取1.0015g实施例1所得N-氯丁酰基壳聚糖加入并溶解，再向三颈烧瓶逐滴加入10mL十二烷基二甲基叔胺。之后将三颈烧瓶放置于油浴锅中60℃搅拌反应24h。反应结束后，将反应体系倒入乙醚中，发现并未沉淀出聚合物。之后将反应体系倒入丙酮中，发现沉淀出聚合物，然后继续用丙酮洗涤并抽滤产物。最后40℃下真空干燥24h，得到最终产物(命名为对比样2)。
由图3的红外光谱图可知，所得对比样1与对比样2不存在-N+(CH3)3的弯曲振动吸收峰，表明N-氯丁酰基壳聚糖与十二烷基二甲基叔胺未发生季铵化反应。
3、制备碳链长度为8的壳聚糖季铵盐CS-8时，将反应温度分别设定为60℃、45℃，反应结束后，反应体系呈浑浊沉淀状态，且经后续测试证明所得产物(60℃所得产物命名为对比样3、45℃所得产物命名为对比样4)无抗菌抑菌性能。
三、壳聚糖季铵盐抗菌性能的验证
按如下步骤测试上述各实施例、对比例所得样品的杀菌效果：
a、实验前准备：准备100mL锥形瓶，10mL离心管若干、5mL离心管若干、胰酪大豆胨液体培养基(TSB)、胰酪大豆胨琼脂发酵固体培养基(TSB)，全部进行高压蒸汽灭菌(121℃、40min)、备用。胰酪大豆胨琼脂发酵固体培养基冷却到60℃，倾倒平板，等待凝固，形成固体培养皿。
b、摇菌：取15mL玻璃试管，加入10-12mL的胰酪大豆胨液体培养基(TSB)，接种金黄色葡萄球菌，然后置于恒温振荡器，37℃、160r/min培养18-20小时，使得菌落计数达到约5×108CFU/mL。
c、使用移液枪吸取100μL步骤b获得的菌液添加于3.9mL去离子水中，摇晃均匀。
d、取400μL步骤c获得的细菌悬浮液于9.6mL去离子水中，混匀后得到细菌稀释液；分别取0.05g各实施例与对比例所制得的样品加入到细菌稀释液中，磁子搅拌充分接触。
e、在各实施例所制得的样品与细菌稀释液充分接触之后，分别在0min、5min、10min、20min取20μL细菌稀释液滴入固体培养基中，涂布平板，将培养皿放置恒温培养箱中培养(培养温度为30-37℃，培养时间为24-36h)，记录细菌数目。
各实施例、对比例所得的样品的杀菌性能测试结果如表1所示。
表1对金黄色葡萄球菌的杀菌测试
对比可知，实施例2、3、4所得的CS-12、CS-10、CS-8的抗菌性能显著优于壳聚糖、实施例1所得的CS-中和对比例中合成的产物。CS-12在5min时就可将金黄色葡萄球菌完全杀灭；CS-10在5min时杀菌率也达到98.02％，在10min也达到近100％；CS-8在5min时杀菌率达到94.31％，10min也达到99.07％，20min时达到100％。而对比例中合成的产物，抗菌性能与壳聚糖并无太大差别，甚至对比样3还远不如壳聚糖本身的抗菌效果，说明本发明中的壳聚糖季铵化的反应需在合适的溶剂和反应温度中进行。N-氯丁酰基壳聚糖即实施例1中所得产物CS-中的抗菌性能对比壳聚糖有明显提升，但是与壳聚糖季铵盐的抗菌速度和抗菌性能相比仍有显著的差别。从抗菌效果的对比也可以证明壳聚糖季铵盐的成功合成。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (8)
1.一种由长链叔胺季铵化制得的壳聚糖季铵盐，其特征在于：由脱乙酰壳聚糖与4-氯丁酰氯在N-甲基吡咯烷酮中反应获得N-氯丁酰基壳聚糖后，再与长链叔胺反应制得壳聚糖季铵盐；所述N-氯丁酰基壳聚糖的结构式如式(1)所示，所述长链叔胺的结构式如式(2)所示，所述壳聚糖季铵盐的结构式如式(3)所示，其中n为长链叔胺的叔胺链长度：
2.根据权利要求1所述的壳聚糖季铵盐，其特征在于：所述长链叔胺为n＝10的N,N-二甲基正辛胺、n＝12的N,N-二甲基癸胺或n＝14的十二烷基二甲基叔胺。
3.一种权利要求1或2所述的壳聚糖季铵盐的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将脱乙酰壳聚糖溶解在N-甲基吡咯烷酮中，然后逐滴加入溶解在N-甲基吡咯烷酮中的4-氯丁酰氯，常温下搅拌反应5-6小时；反应结束后，将反应体系倒入乙醚中沉淀出聚合物，然后依次用甲醇和乙醚洗涤并抽滤，得到N-氯丁酰基壳聚糖；
(2)将步骤(1)所得N-氯丁酰基壳聚糖溶解在稀盐酸溶液中，再加入长链叔胺，55-60℃下搅拌反应20-24h；反应结束后，将反应体系倒入无水乙醇中沉淀出聚合物，然后离心、用无水乙醇洗涤并抽滤，最后真空干燥、研磨，得到目标产物壳聚糖季铵盐。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，脱乙酰壳聚糖与4-氯丁酰氯的用量比为2-2.05g：2.78mL。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，搅拌反应在氮气气氛下进行。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述稀盐酸溶液的浓度为0.1mol/L，N-氯丁酰基壳聚糖、稀盐酸溶液与长链叔胺的用量比为1-1.05g：65-75mL：10mL。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述真空干燥是在40℃下真空干燥18-24h。
8.一种权利要求1或2所述的壳聚糖季铵盐在制备抗菌制剂中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310656750.3A CN116535543B (zh) | 2023-06-05 | 2023-06-05 | 一种由长链叔胺季铵化制得的壳聚糖季铵盐及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310656750.3A CN116535543B (zh) | 2023-06-05 | 2023-06-05 | 一种由长链叔胺季铵化制得的壳聚糖季铵盐及其应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116535543A true CN116535543A (zh) | 2023-08-04 |
| CN116535543B CN116535543B (zh) | 2024-04-26 |
Family
ID=87447187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310656750.3A Active CN116535543B (zh) | 2023-06-05 | 2023-06-05 | 一种由长链叔胺季铵化制得的壳聚糖季铵盐及其应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116535543B (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101235099A (zh) * | 2007-01-29 | 2008-08-06 | 北京理工大学 | 一类羧甲基壳聚糖季铵盐衍生物及其制备方法 |
| CN103483466A (zh) * | 2013-09-04 | 2014-01-01 | 郑州大学 | 一种氧化石墨烯衍生物的制备方法与应用 |
| CN103951765A (zh) * | 2014-04-28 | 2014-07-30 | 华南理工大学 | O-富马酯-n-壳聚糖季铵盐及其制法与应用 |
| CN103980385A (zh) * | 2014-04-28 | 2014-08-13 | 华南理工大学 | O-季铵化-n-硫脲壳聚糖及其制法与应用 |
| CN104672348A (zh) * | 2015-02-14 | 2015-06-03 | 滨州医学院 | 具有良好水溶性和抗菌活性的壳聚糖季铵盐衍生物及其制备方法 |
| CN107184986A (zh) * | 2017-04-24 | 2017-09-22 | 佛山科学技术学院 | 一种非甾体抗炎药‑壳聚糖的合成方法及其产物 |
| CN107216411A (zh) * | 2017-07-18 | 2017-09-29 | 中国科学院烟台海岸带研究所 | 一种含脲类乙酰化壳聚糖季铵盐及其制备方法和应用 |
| CN110404517A (zh) * | 2019-08-15 | 2019-11-05 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 一种聚乙烯醇基多孔吸附材料及其制备方法 |
| CN115399179A (zh) * | 2021-05-27 | 2022-11-29 | 中国科学院化学研究所 | 一种多糖基阳离子聚合物用作农林土传病害防治的应用 |
-
2023
- 2023-06-05 CN CN202310656750.3A patent/CN116535543B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101235099A (zh) * | 2007-01-29 | 2008-08-06 | 北京理工大学 | 一类羧甲基壳聚糖季铵盐衍生物及其制备方法 |
| CN103483466A (zh) * | 2013-09-04 | 2014-01-01 | 郑州大学 | 一种氧化石墨烯衍生物的制备方法与应用 |
| CN103951765A (zh) * | 2014-04-28 | 2014-07-30 | 华南理工大学 | O-富马酯-n-壳聚糖季铵盐及其制法与应用 |
| CN103980385A (zh) * | 2014-04-28 | 2014-08-13 | 华南理工大学 | O-季铵化-n-硫脲壳聚糖及其制法与应用 |
| CN104672348A (zh) * | 2015-02-14 | 2015-06-03 | 滨州医学院 | 具有良好水溶性和抗菌活性的壳聚糖季铵盐衍生物及其制备方法 |
| CN107184986A (zh) * | 2017-04-24 | 2017-09-22 | 佛山科学技术学院 | 一种非甾体抗炎药‑壳聚糖的合成方法及其产物 |
| CN107216411A (zh) * | 2017-07-18 | 2017-09-29 | 中国科学院烟台海岸带研究所 | 一种含脲类乙酰化壳聚糖季铵盐及其制备方法和应用 |
| CN110404517A (zh) * | 2019-08-15 | 2019-11-05 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 一种聚乙烯醇基多孔吸附材料及其制备方法 |
| CN115399179A (zh) * | 2021-05-27 | 2022-11-29 | 中国科学院化学研究所 | 一种多糖基阳离子聚合物用作农林土传病害防治的应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116535543B (zh) | 2024-04-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | Preparation and antimicrobial activity of sulfopropyl chitosan in an ionic liquid aqueous solution | |
| CN105218700B (zh) | 一种壳寡糖‑o‑曲酸‑曼尼希碱衍生物抗菌剂及其制备方法 | |
| CN105061632B (zh) | 一种可得然胶季铵盐的制备方法及抑菌性能 | |
| CN108456169B (zh) | 一种凝胶因子及其制备方法、水凝胶、镧金属水凝胶及其应用 | |
| CN106995502B (zh) | 双功能基团改性壳聚糖衍生物及其制备方法 | |
| CN103951765A (zh) | O-富马酯-n-壳聚糖季铵盐及其制法与应用 | |
| CN115181195B (zh) | 一种含喹啉基团的壳寡糖季铵盐衍生物及制备方法和应用 | |
| WO2021088723A1 (zh) | 一种交替结构抗菌聚氨基酸衍生物或共聚物及其制备方法 | |
| CN103936885A (zh) | O-富马酯-n-三甲基壳聚糖季铵盐及其制法与应用 | |
| CN116535543B (zh) | 一种由长链叔胺季铵化制得的壳聚糖季铵盐及其应用 | |
| Cao et al. | Synthesis of non-water soluble polymeric guanidine derivatives and application in preparation of antimicrobial regenerated cellulose | |
| CN108864324B (zh) | 一种三氮唑基壳聚糖双季铵盐及其制备方法和应用 | |
| Pasaribu et al. | Synthesis and evaluation antibacterial activity of phosphate buffer solution (pH 7.4)-Soluble acylated chitosan derivative | |
| CN109293799A (zh) | 一种具有抗菌性能的油溶性壳聚糖衍生物材料的制备方法 | |
| CN110229249B (zh) | 一种季铵化壳聚糖-端羧基呫吨酮复合抗菌材料的制备方法 | |
| CN113444254A (zh) | 基于两亲性生物碳材料的o-季铵化香草基壳聚糖碳渣微粒的合成方法 | |
| Abdel-Monem et al. | In vitro Antibacterial Activity of Maleamates Functionalized-Chitosan-PVC/Silver Nanocomposites | |
| CN108524945B (zh) | 一种庆大霉素改性壳聚糖的制备方法 | |
| CN113214464B (zh) | 一种抗菌聚酯材料及其制备方法与应用 | |
| CN113527539B (zh) | 一种2,4-二氯苯氧乙酸氨基改性羟丙基壳聚糖的制备方法及其用途 | |
| CN113929892B (zh) | 一种含金属的高效阳离子抗菌聚合物及其制备方法和应用 | |
| CN110283113A (zh) | 一种二苯甲酮双酰胺桥连双季铵盐型光诱导协同抗菌剂及其制备方法 | |
| CN111138562B (zh) | 一种o-氟康唑型壳聚糖季铵盐的制备方法 | |
| CN116102671B (zh) | 一种7-羟基-4-甲基香豆素基聚合物的制备方法与抗菌应用 | |
| CN1126764C (zh) | 寡聚魔芋葡甘聚糖醛酸丙酯双硫盐及其制备和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |