KR20230012973A

KR20230012973A - 항균성 화합물

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Publication number: KR20230012973A
Application number: KR1020220078380A
Authority: KR
Inventors: 백이현; 이지석; 최형삼; 정선정; 강순희; 윤해성; 허윤형
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2021-07-16
Filing date: 2022-06-27
Publication date: 2023-01-26

Abstract

본 발명은 신규한 화합물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 우수한 항균 특성을 나타내면서, 중합 가능한 관능기를 가져 항균성을 나타내는 중합체의 제조가 가능한 화합물에 관한 것이다.

Description

항균성 화합물{ANTIBACTERIAL COMPOUND}

본 발명은 항균 특성을 나타내는 신규 화합물에 관한 것이다.

최근, 생활의 다양화, 생활 수준의 향상, 의식의 변화 및 개선에 따라, 개인의 생활 환경에서의 위생과 쾌적함 증진에 대한 관심이 높아지고 있다. 이에 따라, 이를 위협하는 미생물에 대한 연구가 이루어지고 있는데, 일상 생활 환경에 존재하는 미생물은 그 종류가 대단히 많을 뿐 아니라, 자연계에 광범위하게 분포하고 있어 피해가 심각한 실정이다.

특히, 식생활, 주거 환경, 의복, 공업 제품 등 다양한 환경에 박테리아, 곰팡이 등과 같은 미생물이 서식할 수 있는데, 이때, 박테리아는 각종 염증이나 식중독 등의 원인이 될 수 있으며, 곰팡이는 악취를 발생시킬 뿐 아니라, 각종 피부질환, 호흡기질환, 알레르기, 아토피성 피부염 등의 원인이 될 수 있어 문제가 된다. 또한, 전자제품 및 생활용품 류의 표면에 서식하는 미생물의 경우 제품의 성능의 저하 요인이 될 수도 있다.

이에, 이러한 미생물에 의한 인간의 피해를 막기 위해 미생물의 증식을 억제하거나 혹은 미생물을 사멸하기 위한 다양한 항균 물질이 개발되고 있다.

구체적으로, 기존에 개발된 항균 물질로는 크게 무기 항균제와 유기 항균제로 나눌 수 있다. 상기 무기 항균제는 은이나 구리 등의 금속을 함유한 항균제로, 열안정성이 우수하여 고온 조건에서도 항균 특성이 유지될 수 있다는 장점이 있으나, 가격이 비싸고 가공 후 포함된 금속 이온으로 인한 변색 가능성이 있다는 문제가 있다. 또한, 유기 항균제는 무기 항균제에 비해 가격이 저렴하고 적은 양으로도 항균 효과가 우수하다는 장점이 있으나, 물품에 적용 후 용출될 가능성이 있어 항균 지속성이 좋지 않다는 문제가 있어 왔다.

더욱이, 유기 항균제는 미생물의 번식의 저지 및 사멸 측면에서 제품의 안정성을 확보할 수는 있으나, 동시에 독성이 있어 사용자의 피부에 자극을 유발하는 원인이 되기도 한다.

이에, 항균 물질의 용출로 인한 항균성의 저하 및 안전성 문제를 방지하기 위해, 물품에 항균 물질을 중합체의 형태로 도입하는 것이 논의되어 왔다. 이에 따라, 화합물 자체의 항균 특성이 우수하면서, 동시에 중합 가능한 관능기를 가져 항균성 중합체의 합성이 가능한 항균성 단량체에 대한 요구가 존재한다.

한국등록특허 제10-0601393호

본 발명은, 박테리아 증식 억제 효과가 뛰어난 신규한 화합물을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 상기 화합물을 포함하는 항균제를 제공하고자 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여,

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다:

[화학식 1]

상기 화학식 1에서,

Y는 O, S, 또는 N(R₇)이고,

L은 단일 결합, 탄소수 1 내지 10의 알킬렌, 또는 탄소수 6 내지 60의 아릴렌이고,

R₁ 내지 R₃는 각각 독립적으로 수소 또는 메틸이고,

R₄ 내지 R₇은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴이고,

X^-는 1개 이상의 하이드록시로 치환된 탄소수 6 내지 20의 방향족산의 짝염기이고,

여기서, 상기 방향족산의 짝염기는 할로겐, 탄소수 1 내지 4의 알킬, 탄소수 1 내지 4의 할로알킬 및 탄소수 1 내지 4의 알콕시로 구성되는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 항균제를 제공한다.

본 발명에 따른 화합물은 박테리아 증식 억제 효과가 뛰어나며, 중합 가능한 관능기를 가져 항균성을 나타내는 중합체의 제조가 가능하다는 장점이 있다.

도 1은 화합물 A의 MS 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 2는 화합물 A의 ¹H NMR 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 3은 화합물 1의 ¹H NMR 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 4는 화합물 1의 Mass spectrum을 나타낸 것이다.

본 발명에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용되며, 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한 본 발명에 있어서, 각 층 또는 요소가 각 층들 또는 요소들의 "상에" 또는 "위에” 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층 또는 요소가 직접 각 층들 또는 요소들의 위에 형성되는 것을 의미하거나, 다른 층 또는 요소가 각 층 사이, 대상체, 기재 상에 추가적으로 형성될 수 있음을 의미한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 명세서에 사용되는 전문 용어는 단지 특정 구현예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 그리고, 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.

한편, 본 명세서에서 사용하는 용어 "(메트)아크릴레이트"는 아크릴레이트 및 메타크릴레이트를 모두 포함한다.

또한, 본 명세서에 있어서, 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 20인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 16이다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 12이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 8 내지 12이다. 상기 알킬기의 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸-부틸, 1-에틸부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 1-에틸-프로필, 1,1-디메틸프로필, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 2-메틸헥실, 3-메틸헥실, 4-메틸헥실, 5-메틸헥실, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2,4,4-트리메틸-1-펜틸, 2,4,4-트리메틸-2-펜틸, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 있어서, 알킬렌은 2가기인 것을 제외하고는 전술한 알킬기에 관한 설명이 적용될 수 있다.

또한, 본 명세서에서, 아릴기는 특별히 한정되지 않으나 탄소수 6 내지 60인 것이 바람직하며, 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 20이다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 10이다. 상기 아릴기가 단환식 아릴기로는 페닐기, 비페닐이기, 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트릴기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 있어서, 아릴렌은 2가기인 것을 제외하고는 전술한 아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다.

또한, 본 명세서에서, "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 "비치환되거나, 또는 중수소, 할로겐, 시아노, 탄소수 1 내지 10의 알킬, 탄소수 1 내지 10의 알콕시 및 탄소수 6 내지 20의 아릴로 구성되는 군으로부터 선택되는 1개 이상, 예를 들어, 1개 내지 5개의 치환기로 치환된"이라는 의미로 이해될 수 있다.

또한, 본 명세서에서, 알콕시기는 알킬기에서의 다른 원자와의 연결부분에 산소 원자가 결합되어 있는 치환기로, 알킬기에 대해서는 전술한 알킬기에 대한 설명이 적용될 수 있다.

일반적으로 가정, 사무실, 다중 시설 등의 일상적인 생활공간에서 사용되는 생활화학제품에 항균 특성을 나타내기 위하여, 이러한 생활화학제품의 표면에 박테리아와 같은 미생물의 번식의 저지 및/또는 사멸이 가능한 항균 코팅이 이루어지고 있다. 이때, 항균 코팅 내 포함되어있는 항균제가 미생물의 세포막 또는 세포벽을 손상시키거나 이들의 단백질의 변성을 유도하게 되고, 이에 따라 미생물의 성장이 저해되어, 미생물의 번식 및/또는 사멸이 이루어지게 된다.

또한, 박테리아(세균)는 확인된 것만 5천 종이 넘을 정도로 다양한 종류가 존재한다. 구체적으로, 박테리아는 공모양, 막대모양, 나선모양 등으로 그 세포 모양이 다양하고, 산소를 요구하는 정도 또한 균마다 상이하여 호기성균, 통성균 및 혐기성 세균으로 나뉘게 된다. 따라서, 보통 한 종류의 항균제가 다양한 박테리아의 세포막/세포벽을 손상시키거나 단백질을 변성시킬 수 있는 물리/화학적 메커니즘을 갖는 것은 쉽지 않았다.

또한, 시간이 경과될수록 물품에 사용된 항균제가 용출되는 문제가 발생하였으며, 이러한 용출된 항균제에 사용자가 노출되는 경우 항균 물질에 의해 사용자의 건강을 위협할 수 있다는 우려가 있었다. 이에 따라, 항균 물질의 용출로 인한 항균성의 저하 및 안전성 문제를 방지하기 위하여, 항균제를 단일 화합물 형태가 아닌 중합체의 형태로 도입하는 것이 논의되어 왔다.

이에, 본 발명자들은 화합물이 중합 가능한 관능기를 갖는 4급 암모늄 양이온 및 특정 구조의 음이온이 결합된 염 화합물 구조를 갖는 경우, 화합물 자체가 그람양성균(Gram-positive bacteria) 및 그람음성균(Gram-negative bacteria) 중 적어도 하나에, 보다 구체적으로는 그람양성균(Gram-positive bacteria) 및 그람음성균(Gram-negative bacteria) 모두에 항균성을 나타낼 수 있으면서도, 분자 내 도입된 중합 가능한 관능기로 인하여 단일 중합체(homopolymer) 또는 공중합체(copolymer)와 같은 항균성 중합체의 합성이 가능함을 확인하여, 본 발명을 완성하였다.

특히, 상기 화합물에 포함되어 있는 음이온은, 할로겐 음이온이 아닌, 1개 이상의 하이드록시기(-OH)로 치환된 탄소수 6 내지 20의 방향족산의 짝염기이다. 보다 구체적으로, 상기 음이온은 1개 이상의 하이드록시기(-OH) 및 1개 이상의 카르복실레이트기(-COO^-)가 치환된 방향족 고리 화합물 구조를 갖는다. 이러한 구조를 갖는 경우 분자 내 포함되어 있는 하이드록시기(-OH)가 박테리아 세포의 표면과 작용하여 세포막을 분해하고 내용물을 응고시켜 화합물의 항균성을 보다 향상시킬 수 있다. 또한 분자 내 포함되어 있는 카르복실레이트기(COO^-)로 인해 안정적인 염을 형성할 수 있다.

또한 여기에서, "특정 박테리아에 항균성을 나타낸다"는 것의 의미는, 항균성 여부를 확인하고자 하는 화합물을(정균 물질)을 시험 박테리아 배양액에 투입한 다음 이를 배양한 후의 박테리아의 수가, 정균 물질을 함유하지 않은 Reference 대비 현저히 감소되었다는 것을 의미하는 것으로, 구체적으로 후술하는 항균 특성 평가에 따라 하기 수학식 1에 의해 계산된 정균 감소율(%)이 70% 이상인 것을 의미한다.

[수학식 1]

상기 식에서,

A_s(A_sample)는 정균 물질을 함유한 배양액의 600 nm 파장에서의 흡광도이고,

A₀(A_reference)는 정균 물질을 함유하지 않은 박테리아 순수 배양액의 600 nm 파장에서의 흡광도를 의미한다.

보다 바람직하게는, 상기 "특정 박테리아에 항균성을 나타낸다"는 것은 상기 수학식 1에 의해 계산된 정균 감소율(%)이 70% 이상, 70.6% 이상, 75.5% 이상, 80% 이상, 90% 이상, 95% 이상, 95.3% 이상, 95.8% 이상, 96% 이상, 97% 이상, 97.3% 이상, 98% 이상, 98.1% 이상이면서 100% 이하임을 의미한다.

또한, 상기 그람양성균은 그람염색법으로 염색하면 보라색으로 염색되는 박테리아를 총칭하는 것으로, 그람양성균의 세포벽은 여러 겹의 펩티도글리칸으로 구성되어 있어 크리스탈 바이올렛과 같은 염기성 염료로 염색한 후 에탄올을 처리해도 탈색되지 않고 보라색을 나타내게 된다. 이러한 그람양성균으로 분류되는 박테리아로는 엔터로코쿠스 페칼리스(Enterococcus faecalis), 포도상구균(Staphylococcus　aureus), 폐렴연쇄상구균(Streptococcus　pneumoniae), 장구균(Enterococcus　faecium), 또는 유산연쇄상구균(Lactobacillus　lactis)　등이 있다.

그리고, 상기 그람음성균은 그람염색법으로 염색하면 붉은색으로 염색되는 박테리아를 총칭하는 것으로, 그람양성균에 비해 상대적으로 적은 양의 펩티도글리칸을 갖는 세포벽을 갖는 대신 지질다당질, 지질단백질, 및 다른 복잡한 중합체물질로 구성된　외막을 갖는다. 이에 따라, 크리스탈 바이올렛과 같은 염기성 염료로 염색한 후 에탄올을 처리하면 탈색이 일어나고 사프라닌과 같이 붉은색의 염료로 대비 염색을 하면 붉은색을 나타내게 된다. 이러한 그람음성균으로 분류되는 박테리아로는 프로테우스 미라빌리스(Proteus mirabilis), 대장균(Escherichia coli), 티푸스균(Salmonella typhi), 녹농균(Pseudomonas aeruginosa), 또는 콜레라균(Vibrio cholerae) 등을 들 수 있다.

따라서, 상기 그람양성균 및 그람음성균들은 접촉 시 다양한 질병을 유발할 수 있을 뿐 아니라, 면역력이 떨어진 중증환자에게는 2차 감염 또한 일으킬 수 있으므로, 하나의 항균제를 사용하여 상기 그람양성균 및 그람음성균 모두에 대해 항균성을 나타내는 것이 바람직하다.

한편, 일 구현예에 따른 화합물은, 4급 암모늄염의 양이온 및 음이온으로 인하여 그람양성균 및 그람음성균 중 적어도 하나에 대하여 항균성을 나타내게 된다. 구체적으로, 4급 암모늄염의 암모늄 양이온이 그람양성균 또는 그람음성균의 세포벽에 정전기적으로 흡착하게 되고, 이후 소수성을 나타내는 4급 암모늄염의 알킬기와의 상호 작용에 의해 박테리아의 세포 표층 구조가 파괴되어, 박테리아의 번식이 억제될 수 있다. 나아가, 4급 암모늄염의 음이온의 하이드록시기(-OH)가 박테리아 세포의 표면과 작용하여 세포박을 분해하고 내용물을 응고시켜 박테이라의 번식이 더욱 억제될 수 있다.

이하, 발명의 구체적인 구현예에 따라 화합물 및 이를 포함하는 항균제에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.

화합물

일 구현예의 화합물은 하기 화학식 1로 표시된다.

[화학식 1]

상기 화학식 1에서,

Y는 O, S, 또는 N(R₇)이고,

R₁ 내지 R₃는 각각 독립적으로 수소 또는 메틸이고,

X^-는 1개 이상의 하이드록시로 치환된 탄소수 6 내지 20의 방향족산의 짝염기이다.

여기서, 상기 방향족산의 짝염기는 1개 이상의 하이드록시 외에 비치환되거나, 또는 할로겐, 탄소수 1 내지 4의 알킬, 탄소수 1 내지 4의 할로알킬 및 탄소수 1 내지 4의 알콕시로 구성되는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환된다.

다시 말하여, 상기 방향족산의 짝염기는 1개 이상의 하이드록시 외에 비치환되거나 또는 할로겐, 탄소수 1 내지 4의 알킬, 탄소수 1 내지 4의 할로알킬 및 탄소수 1 내지 4의 알콕시로 구성되는 군으로부터 선택되는 1개 이상, 예를 들어 1 개 내지 5개의 치환기로 치환된다.

상기 화학식 1에서, Y는 O, S, 또는 NH일 수 있다. 바람직하게는, Y가 O일 수 있다.

또한, R₁은 수소 또는 메틸이고, R₂ 및 R₃는 수소일 수 있다.

또한, 상기 제1 반복단위의 4급 암모늄 양이온에 치환된 3개의 말단기 R₄, R₅및 R₆ 치환기 중 하나는 탄소수 5 내지 20의 알킬일 수 있다. 보다 구체적으로는 R₄ 내지 R₆중하나는 탄소수 5 내지 20의 선형, 즉, 직쇄 알킬일 수 있다. 이때, R₄, R₅및 R₆ 치환기 모두가 탄소수 5개 미만의 알킬인 경우 항균성을 나타내지 않는 문제가 있고, R₄, R₅및 R₆ 치환기 중 하나라도 탄소수 20 개 초과의 알킬인 경우 상기 공중합체 제조를 위한 출발 물질이 용매에 용해되지 않아 합성 자체가 불가능한 측면이 있다.

보다 구체적으로, R₄ 내지 R₆중하나는 탄소수 5 내지 20의 알킬이고, 나머지는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 4의 알킬일 수 있다.

예를 들어, R₄ 내지 R₆중하나는 탄소수 5 내지 20의 알킬이고, 나머지는 각각 독립적으로 메틸 또는 에틸일 수 있다. 바람직하게는, R₅가 탄소수 5 내지 20의 알킬이고, R₄ 및 R₆는 각각 독립적으로 메틸 또는 에틸일 수 있다.

보다 구체적으로는, R₁은 메틸이고, R₂ 및 R₃는 수소이고, R₄ 내지 R₆중하나는 탄소수 5 내지 20의 알킬이고, 나머지는 각각 독립적으로 메틸 또는 에틸이거나; 또는

R₁ 내지 R₃는 모두 수소이고, R₄ 내지 R₆중하나는 탄소수 5 내지 20의 알킬이고, 나머지는 각각 독립적으로 메틸 또는 에틸일 수 있다.

또한, 예를 들어, R₄ 내지 R₆중하나는 탄소수 6 내지 16의 알킬이고, 나머지는 각각 독립적으로 메틸 또는 에틸일 수 있다. 바람직하게는, R₅가 탄소수 6 내지 16의 알킬이고, R₄ 및 R₆는 각각 독립적으로 메틸 또는 에틸일 수 있다.

또한, 예를 들어, R₄ 내지 R₆중하나는 탄소수 8 내지 12의 알킬이고, 나머지는 각각 독립적으로 메틸 또는 에틸일 수 있다. 바람직하게는, R₅가 탄소수 8 내지 12의 알킬이고, R₄ 및 R₆는 각각 독립적으로 메틸 또는 에틸일 수 있다.

또한, R₄, R₅및 R₆ 치환기 중 탄소수 5 내지 20의 알킬 외 나머지 2개의 치환기는 서로 동일할 수 있다.

바람직하게는, 상기 화학식 1에서, R₄, R₅및 R₆ 중하나는 탄소수 6 이상, 7 이상, 또는 8 이상이면서, 20 이하, 18 이하, 16 이하, 14 이하, 또는 12 이하일 수 있다.

예를 들어, R₁은 메틸이고, R₂ 및 R₃는 수소이고, R₄는 탄소수 6 내지 16의 알킬이고, R₅및 R₆는 각각 독립적으로 메틸 또는 에틸일 수 있다. 이러한 구조의 제1 반복단위를 포함하는 항균성 공중합체는 그람양성균 및 그람양성균 중 적어도 하나, 보다 구체적으로는 그람양성균 및 그람음성균 모두에 대하여 우수한 항균성을 나타낼 수 있다.

또한, R₇은 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬, 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴일 수 있다. 예를 들어, R₇은 수소, 메틸, 또는 페닐일 수 있다.

한편, 상기 화학식 1에서, 상기 화합물은 4차 암모늄 양이온 모이어티의 상대 이온(Counter ion)으로 1개 이상의 하이드록시기(-OH)로 치환된 탄소수 6 내지 20의 방향족산, 보다 구체적으로는 1개 내지 3개의 하이드록시기로 치환된 탄소수 6 내지 20의 방향족산의 짝염기가 포함된다.

여기서, “방향족산”이라 함은, 방향족 고리 및 유기산 작용기를 동시에 포함하고 있는 방향족 화합물의 일종으로, 구체적으로 탄소수 6 내지 20의 방향족 고리에 1개 이상의 카르복실기(-COOH)가 치환된 화합물을 의미한다. 따라서, 상기“방향족산의 짝염기”는 상기 카르복실기에서 수소 이온(H⁺)이 공여된, 탄소수 6 내지 20의 방향족 고리에 1개 이상의 카르복실레이트기(-COO^-)가 치환된 화합물을 의미한다고 볼 수 있다.

다시 말하여, X^-는 1개 이상의 하이드록시기 및 1개 이상의 카르복실레이트기가 치환된 탄소수 6 내지 20의 방향족 고리 화합물이다. X^-가 이와 같은 화합물인 경우 음이온 치환 반응이 유리하여 제조가 용이할 수 있으며, 상기 화합물의 항균력 또한 보다 향상될 수 있다.

이때, 상기 방향족산의 짝염기는 하이드록시기 외에 할로겐, 탄소수 1 내지 4의 알킬, 탄소수 1 내지 4의 할로알킬 및 탄소수 1 내지 10의 알콕시로 구성되는 군으로부터 선택되는 1개 이상, 보다 구체적으로는 1개 내지 3개의 치환기로 더 치환될 수 있다.

일례로, X^-는 하기 화학식 2로 표시될 수 있다:

[화학식 2]

상기 화학식 2에서,

A는 벤젠 고리, 또는 나프탈렌 고리이고,

R은 플루오로, 브로모, 클로로, 아이오도, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸, 트리플루오로메틸, 메톡시, 또는 에톡시이고,

e는 1, 2, 또는 3이고,

f는 0 내지 5의 정수이고,

f가 2 이상인 경우 2개 이상의 R은 서로 동일하거나 또는 상이하다.

구체적으로, 상기 화학식 2에서,

R은 플루오로, 브로모, 클로로, 메틸, 트리플루오로메틸, 또는 메톡시이고,

e는 1, 2, 또는 3이고,

f는 0, 1, 2, 또는 3일 수 있다.

이 때, e+f는 1, 2, 또는 3일 수 있다.

보다 구체적으로, X^-는 하기 화학식 2-1 내지 2-6 중 어느 하나로 표시될 수 있다:

[화학식 2-1]

[화학식 2-2]

[화학식 2-3]

[화학식 2-4]

[화학식 2-5]

[화학식 2-6]

상기 화학식 2-1 내지 2-6에서,

R'는 플루오로, 브로모, 클로로, 메틸, 트리플루오로메틸, 또는 메톡시이고,

g는 0, 1, 또는 2이고,

g가 2인 경우 2개의 R'는 서로 동일하거나 또는 상이하고,

h는 1 또는 2이다.

이 때, g+h는 1, 2, 또는 3일 수 있다.

예를 들어, X^-는 하기로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나이다:

.

일례로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 1-4 중 어느 하나로 표시될 수 있다:

상기 화학식 1-1 내지 1-4에서,

R'₁은 수소 또는 메틸이고,

L'은 메틸렌, 또는 에틸렌이고,

X^-는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같고,

n은 2 내지 7의 정수이고,

m은 2 내지 6의 정수이다.

다시 말하여, 상기 화학식 1-1 내지 1-4에서,

n은 2, 3, 4, 5, 6, 또는 7일 수 있다.

m은 2, 3, 4, 5, 또는 6일 수 있다.

한편, 상기 화합물은 하기로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나이다:

.

한편, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 반응식 1과 같은 제조 방법으로 제조할 수 있다.

[반응식 1]

상기 반응식 1에서, X₁은 할로겐이고, 보다 바람직하게는 브로모 또는 클로로이고, M은 알칼리금속이며, 나머지 치환기에 대한 설명은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.

상기 반응식 1 내의 단계 1은 3차 암모니아 화합물 A-1을 할라이드 화합물 A-2와 반응시켜 4차 암모늄염 화합물 A-3을 제조하는 단계이며, 단계 2는 상기 단계 1에서 제조된 화합물 A-3의 할로겐 음이온을 목적하는 X^-이온으로 치환하기 위한 음이온 치환 반응 단계이다. 상기 제조 방법은 후술할 제조예에서 보다 구체화될 수 있다.

또한, 상기 화합물은 미생물, 특히 그람양성균(Gram-positive bacteria) 및 그람음성균(Gram-negative bacteria) 중 적어도 하나에 대해 우수한 항균 효과를 나타낼 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 화합물은 그람양성균으로 분류되는 박테리아 1종 이상에 대하여 항균성을 나타낼 수 있다. 또는, 상기 화합물은 그람음성균으로 분류되는 박테리아 1종 이상에 대하여 항균성을 나타낼 수 있다. 또는, 상기 화합물은 그람음성균으로 분류되는 박테리아 1종 이상 및 그람양성균으로 분류되는 박테리아 1종 이상에 대하여 항균성을 나타낼 수 있다.

이때, 상기 화합물이 항균성을 나타내는 그람음성균은 프로테우스 미라빌리스(Proteus mirabilis), 또는 대장균(Escherichia coli)이고, 상기 그람양성균은 엔터로코쿠스 페칼리스(Enterococcus faecalis)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 보다 바람직하게는, 상기 화합물은 그람양성균(Gram-positive bacteria) 및 그람음성균(Gram-negative bacteria) 모두에 대해 항균성을 나타낼 수 있다. 이때, 화합물이 항균성을 나타낸다는 것의 의미는, 후술하는 흡광도를 이용한 항균 특성 평가에서 측정되는 정균 감소율이 50% 이상인 것으로 확인 가능하다.

여기서, 프로테우스 미라빌리스(Proteus mirabilis)는 그람음성(Gram negative)의 간균, 통성 혐기성 또는 호기성 세균으로, 다양한 환경에 분포하며 사람과 동물의 호흡기나 피부로 감염되어 비뇨계 관련 질병을 일으킬 수 있다. 특히, 사람이 상기 프로테우스 미라빌리스에 감염되는 경우 요로감염이나 급성 신우신염을 일으킨다고 알려져 있다. 또한, 프로테우스 미라빌리스는 소변을 알칼리화하여 암모니아가 배출되도록 함에 따라 냄새를 유발할 수 있다.

구체적으로, 상기 화합물의 대장균(E.coli)에 대한 항균성 평가는 흡광도를 이용하여 측정할 수 있고, 이에 따라 측정된, 하기 수학식 1에 의해 계산되는 상기 화합물의 대장균(E.coli)에 대한 정균 감소율은 70% 이상일 수 있다.

[수학식 1]

상기 식에서,

A₀(A_reference)는 정균 물질을 함유하지 않은 대장균(E.coli) 순수 배양액의 600 nm 파장에서의 흡광도를 의미한다.

보다 바람직하게는, 상기 화합물의 상기 수학식 1로 계산된 대장균(E.coli)에 대한 정균 감소율은 70% 이상, 70.6% 이상, 75.5% 이상, 80% 이상, 90% 이상, 95% 이상, 95.3% 이상, 95.8% 이상, 96% 이상, 97% 이상, 97.3% 이상, 98% 이상, 98.1% 이상이면서 100% 이하일 수 있다.

상기 화합물의 프로테우스 미라빌리스(Proteus mirabilis) 및 엔터코쿠스 페칼리스(Enterococcus faecalis) 각각에 대한 항균성 평가 또한 대장균(E.coli)에 대한 항균성 평가와 마찬가지의 방법으로 수행될 수 있다.

항균제

한편, 다른 일 측면에 따르면, 상술한 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 항균제가 제공된다. 상기 항균제는 상술한 바와 같이 박테리아 증식 억제 효과가 뛰어난 화합물을 포함하여 우수한 항균성을 나타낼 수 있다.

이때, 항균제는 항균성이 필요한 물품에 혼합되거나, 또는 물품에 도포 또는 코팅될 수 있다. 이러한　항균성이 필요한 물품의 예로는 가습기, 수조, 냉장고, 에어워셔, 수족관, 공기청정기, 농업용 필름, 선도 유지용 재료, 가공 식품 등의 용기, 전자 부품 포장 재료 등 유해한 박테리아가 쉽게 성장하는 각종 생활화학 물품에 제한 없이 적용 가능하다.

또한, 상기 화합물을 포함하는 항균제는 적용이 필요한 용도에 따라 항균성 코팅 조성물, 항균성 수지, 항균 플라스틱 등 여러 형태로 제조될 수 있다. 나아가, 상기 항균제는 항균성 물품에 혼합 또는 도포가 용이하도록, 다른 종류의 수지 및/또는 용매를 더 포함할 수 있다.

이하, 발명의 구체적인 실시예를 통해, 발명의 작용 및 효과를 보다 상술하기로 한다. 다만, 이러한 실시예는 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니다.

제조예 A: 화합물 A의 제조

2-(디메틸아미노)에틸 메타크릴레이트 7.86 g과 브로모데칸 11.06 g을 30 mL의 아세토니트릴(Acetonitrile; ACN)에 넣고 교반하였다. 이후, 여기에 p-메톡시페놀(4-methoxyphenol; MeHQ) 4 mg을 넣고 60 ℃에서 24시간 환류 반응시켰다. 반응이 종결된 후, 300 mL의 디에틸에테르에 반응 생성물을 넣고 교반하여 침전시킨 뒤 filter하여 화합물 A를 얻었다. 얻은 화합물 A를 MALDI-TOF 질량 분석 및 ¹H NMR 분석 결과 화합물 A의 양이온에 해당하는 값이 검출되었다. 한편, 화합물 A의 MS 스펙트럼 및 ¹H NMR 스펙트럼을 각각 도 1 및 도 2에 나타내었다.

[MS-H]⁺ = 298

¹H NMR (500MHz, DMSO-d₆,δ[ppm]): 6.08(1H), 5.77(1H), 4.52(2H), 3.69(2H), 3.35(2H), 3.09(6H), 1.91(3H), 1.67(2H), 1.25(14H), 0.96(3H)

제조예 B: 화합물 B의 제조

상기 제조예 A에서 브로모데칸 대신 브로모옥탄을 사용한 것을 제외하고는, 제조예 A과 같은 방법으로 화합물 B를 합성하였다.

[MS-H]⁺ = 270

제조예 C: 화합물 C의 제조

상기 제조예 A에서 브로모데칸 대신 브로모도데칸을 사용한 것을 제외하고는, 제조예 A과 같은 방법으로 화합물 C를 합성하였다.

[MS-H]⁺ = 326

제조예 D: 화합물 D의 제조

2-(디메틸아미노)에틸 아크릴레이트 7.16 g과 브로모데칸 11.06 g을 30 mL의 아세토니트릴(ACN)에 넣고 교반하였다. 이후, 여기에 p-메톡시페놀(MeHQ) 4 mg을 넣고 60 ℃에서 24시간 환류 반응시켰다. 반응이 종결된 후, 250 mL의 디에틸에테르에 반응 생성물을 넣고 교반하여 침전시킨 뒤 filter하여 화합물 A를 얻었다. 얻은 화합물 D를 MALDI-TOF 질량 분석 및 ¹H NMR 분석 결과 화합물 D의 양이온에 해당하는 값이 검출되었다.

[MS-H]⁺ = 284

¹H NMR (500MHz, DMSO-d₆,δ[ppm]): 6.48(1H), 6.11(1H), 5.94(1H), 4.67(2H), 4.13(2H), 3.58(2H), 3.48(6H), 1.74(2H), 1.27(14H), 0.86(3H)

제조예 E: 화합물 E의 제조

상기 제조예 D에서 브로모데칸 대신 브로모옥탄을 사용한 것을 제외하고는, 제조예 D과 같은 방법으로 화합물 E를 합성하였다.

[MS-H]⁺ = 256

제조예 1: 화합물 1의 제조

상기 제조예 A에서 합성한 화합물 A 20 g을 100 mL의 DI water에 용해한 후 50 mL의 물에 용해시킨 11.3 g의 소듐 살리실레이트(sodium salicylate)를 혼합하여 24 시간 동안 상온에서 교반하여, 음이온 치환 반응을 진행하였다. 이후, 반응물을 에틸 아세테이트(EA)/DI water로 유기층을 추출하여 용매를 제거하고, EA로 재결정하여 화합물 1을 얻었다. ¹H NMR 분석 결과 화합물 1의 음이온에 해당하는 peak가 관찰되었으며, 무기 분석 결과 화합물 A에 비해 화합물 1이 현저히 낮은 Br 함량을 나타내어 치환이 정상적으로 이루어졌음을 알 수 있었다. 한편, 화합물 1의 ¹H NMR 스펙트럼 및 Mass spectrum을 각각 도 3 및 도 4에 나타내었으며, 연소 이온 크로마토그래피(Combustion Ion Chromatography; C-IC) 분석 기기를 사용하여 측정한 화합물 1과 화합물 A의 Br 함량 측정 결과는 하기 표 1에 기재한 바와 같다.

[MS-H]⁺= 298

[M-H]^-= 137

¹H NMR (500MHz, DMSO-d₆,δ[ppm]): 7.63(1H), 7.09(1H), 6.58(2H), 6.08(1H), 5.76(1H), 4.53(2H), 3.69(2H), 3.32(2H), 3.08(6H), 1.91(3H), 1.67(2H), 1.25(14H), 0.86(3H)

	Br 함량 (wt%)
화합물 A	15.4
화합물 1	2.2

제조예 2: 화합물 2의 제조

상기 제조예 1에서 화합물 A 대신 상기 제조예 C에서 제조한 화합물 C를 사용한 것을 제외하고는, 제조예 1과 같은 방법으로 화합물 2를 합성하였다.

[MS-H]⁺ = 326

[M-H]^- = 137

제조예 3: 화합물 3의 제조

상기 제조예 1에서 화합물 A 대신 화합물 F(N-(2-(아크릴로일옥시)에틸)-N,N-디메틸도데칸-1-아미늄 브로마이드, N-(2-(acryloyloxy)ethyl)-N,N-dimethyldodecane-1-aminium bromide)를 사용한 것을 제외하고는, 제조예 1과 같은 방법으로 화합물 3을 합성하였다.

[MS-H]⁺ = 312

[M-H]^- = 137

제조예 4: 화합물 4의 제조

상기 제조예 1에서 화합물 A 대신 상기 제조예 B에서 제조한 화합물 B를 사용하고, 소듐 살리실레이트(sodium salicylate) 대신 소듐 바닐레이트(sodium vanillate)를 사용한 것을 제외하고는, 제조예 1과 같은 방법으로 화합물 4를 합성하였다.

[MS-H]⁺ = 284

[M-H]^- = 167

제조예 5: 화합물 5의 제조

상기 제조예 1에서 화합물 A 대신 상기 제조예 D에서 제조한 화합물 D를 사용하고, 소듐 살리실레이트(sodium salicylate) 대신 소듐 바닐레이트(sodium vanillate)를 사용한 것을 제외하고는, 제조예 1과 같은 방법으로 화합물 5를 합성하였다.

[MS-H]⁺ = 256

[M-H]^- = 167

제조예 6: 화합물 6의 제조

상기 제조예 1에서 화합물 A 대신 상기 제조예 E에서 제조한 화합물 E를 사용하고, 소듐 살리실레이트(sodium salicylate) 대신 소듐 바닐레이트(sodium vanillate)를 사용한 것을 제외하고는, 제조예 1과 같은 방법으로 화합물 6을 합성하였다.

[MS-H]⁺ = 284

[M-H]^- = 167

실험예- 항균 특성 평가

다르게 표기하지 않는 한, 하기 특성 평가는 항온항습(23±1℃, 상대습도 50±10%)에서 진행하였다.

(1) 대장균에 대한 항균 특성 평가

대장균(E.coli, ATCC 25922)이 3000 CFU/ mL로 접종된 Nutrient broth 배양액 25 mL을 50 mL Conical tube에 옮겨 담은 후, 상기 제조예 및 비교제조예에서 제조한 항균성 화합물(정균 물질)을 하기 표 2에 기재된 투입량 만큼 각각 주입한 다음 충분히 혼합하였다. 이후, 이를 35℃가 유지되는 shakin g incubator(비전테크, VS-37SIF)에서 16시간 동안 배양하였다.

배양이 완료된 용액을 1 x PBS buffer solution을 이용하여 1/5의 농도르 희석한 후, 희석된 용액을 UV-Vis Spectrophotometer(K Lab, Optizen POP)를 이용하여 600nm 파장에서의 흡광도를 측정하였다. 또한, 항균 화합물을 투입하지 않은 순수한 배양액 내에서 대장균(E.coli, ATCC 25922)를 35℃가 유지되는 shakin g incubator(비전테크, VS-37SIF)에서 16시간 동안 배양한 용액을 대조군으로 준비하고, 상기와 동일한 방법으로 600 nm 파장에서의 흡광도를 측정하였다.

이후, 하기 수학식 1에 따라 대장균(E.coli, ATCC 25922)의 정균 감소율(%)을 계산하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

[수학식 1]

상기 식에서,

	화합물 종류	화합물 투입량 (g)	정균 감소율 (%)
실시예 1	화합물 1	0.01	95.3
실시예 2	화합물 2	0.01	98.1
실시예 3	화합물 3	0.01	97.3
실시예 4	화합물 4	0.01	75.5
실시예 5	화합물 5	0.01	95.8
실시예 6	화합물 6	0.01	70.6
비교예 1	화합물 B	0.01	69.2
비교예 2	화합물 E	0.01	62.3

상기 표 2를 참조하면, 실시예의 방향족산 짝염기를 갖는 화합물은 할로겐 음이온을 갖는 비교예의 화합물 대비 대장균에 대해 향상된 항균 특성을 나타냄을 알 수 있다. 특히, (실시예 4의 화합물 4와 비교예 1의 화합물 B) 및 (실시예 6의 화합물 6와 비교예 2의 화합물 E)를 각각 비교해보면 양이온 구조가 동일함에도 방향족산의 짝염기를 음이온으로 갖는 실시예의 화합물이 정균 감소율이 현저히 향상됨이 확인된다.

이로써, 4급 암모늄 양이온 및 방향족산의 짝염기 음이온이 결합된 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 그람양성균 및 그람음성균 중 적어도 하나에 대해 우수한 항균성을 나타냄을 알 수 있다.

Claims

하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
[화학식 1]

상기 화학식 1에서,
Y는 O, S, 또는 N(R₇)이고,
L은 단일 결합, 탄소수 1 내지 10의 알킬렌, 또는 탄소수 6 내지 60의 아릴렌이고,
R₁ 내지 R₃는 각각 독립적으로 수소 또는 메틸이고,
R₄ 내지 R₇은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴이고,
X^-는 1개 이상의 하이드록시로 치환된 탄소수 6 내지 20의 방향족산의 짝염기이고,
여기서, 상기 방향족산의 짝염기는 할로겐, 탄소수 1 내지 4의 알킬, 탄소수 1 내지 4의 할로알킬 및 탄소수 1 내지 4의 알콕시로 구성되는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.
제1항에 있어서,
Y는 O인,
화합물.
제1항에 있어서,
L은 메틸렌, 에틸렌, 또는 프로필렌인,
화합물.
제1항에 있어서,
R₁은 수소 또는 메틸이고, R₂ 및 R₃는 수소인,
화합물.
제1항에 있어서,
R₄ 내지 R₆중하나는 탄소수 5 내지 20의 알킬이고, 나머지는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 4의 알킬인,
화합물.
제5항에 있어서,
R₄ 내지 R₆중하나는 탄소수 6 내지 16의 알킬이고, 나머지는 각각 독립적으로 메틸 또는 에틸인,
화합물.
제1항에 있어서,
X^-는 하기 화학식 2로 표시되는,
화합물:
[화학식 2]

상기 화학식 2에서,
A는 벤젠 고리, 또는 나프탈렌 고리이고,
R은 플루오로, 브로모, 클로로, 아이오도, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸, 트리플루오로메틸, 메톡시, 또는 에톡시이고,
e는 1, 2, 또는 3이고,
f는 0 내지 5의 정수이고,
f가 2 이상인 경우 2개 이상의 R은 서로 동일하거나 또는 상이하다.
제1항에 있어서,
X^-는 하기 화학식 2-1 내지 2-6 중 어느 하나로 표시되는,
화합물:
[화학식 2-1]

[화학식 2-2]

[화학식 2-3]

[화학식 2-4]

[화학식 2-5]

[화학식 2-6]

상기 화학식 2-1 내지 2-6에서,
R'는 플루오로, 브로모, 클로로, 메틸, 트리플루오로메틸, 또는 메톡시이고,
g는 0, 1, 또는 2이고,
g가 2인 경우 2개의 R'는 서로 동일하거나 또는 상이하고,
h는 1 또는 2이다.
제1항에 있어서,
X^-는 하기로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나인,
화합물:

.
제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 1-4 중 어느 하나로 표시되는,
화합물:

상기 화학식 1-1 내지 1-4에서,
R'₁은 수소 또는 메틸이고,
L'은 에틸렌 또는 프로필렌이고,
X^-는 제1항에서 정의한 바와 같고,
n은 2 내지 7의 정수이고,
m은 2 내지 6의 정수이다.
제1항에 있어서,
상기 화합물은 하기로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나인,
화합물:

.
제1항에 있어서,
상기 화합물은 그람양성균(Gram-positive bacteria) 및 그람음성균(Gram-negative bacteria) 중 적어도 하나에 대해 항균성을 나타내는,
화합물.
제12항에 있어서,
상기 그람 음성균은 프로테우스 미라빌리스(Proteus mirabilis), 또는 대장균(Escherichia coli)이고,
상기 그람 양성균은 엔터코쿠스 페칼리스(Enterococcus faecalis)인,
화합물.
제12항에 있어서,
상기 화합물은 그람양성균(Gram-positive bacteria) 및 그람음성균(Gram-negative bacteria) 모두에 대해 항균성을 나타내는,
화합물.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 화합물을 포함하는,
항균제.