TWI602509B - Asymmetric double cationic antiseptic and antibacterial liquid - Google Patents

Description

非對稱型雙陽離子抗菌劑及抗菌液

本發明是有關於一種抗菌劑及抗菌液，特別是指一種非對稱型雙陽離子抗菌劑及含有該非對稱型雙陽離子抗菌劑的抗菌液。

抗菌是指在一定時間內可抑制細菌、真菌等微生物的繁殖和存活。隨著一般大眾生活水準的提升，及對健康的意識越來越強，抗菌劑的發展也越來越受到重視。目前常用的抗菌劑大致分成無機抗菌劑(如銀離子、奈米銀、二氧化鈦光催化型抗菌劑等)、天然有機抗劑菌(如孟宗竹萃取物、聚殼醣等)，及合成類抗菌劑(如季銨鹽、有機金屬等)。其中，季銨鹽類抗菌劑因為結構穩定、抗菌能力佳，因此是前述合成類抗菌劑被研究較多且應用較為廣泛的抗菌劑。

然而，也因為季銨鹽廣泛的使用，因此，細菌、微生物等開始對季銨鹽類抗菌劑產生了抗藥性，所以，具有不同結構，及/或不同抗菌機制的抗菌劑也開始被廣泛的研究、開發，希望可提供更多種類抗菌劑，可供選擇及使用。

因此，本發明之目的，即在提供一種非對稱型雙陽離子抗菌劑。

於是，本發明該非對稱型雙陽離子抗菌劑，具有如下式(I)所示之結構， (I) 其中，n介於1~3之間，R ₁、R ₂選自C ₁~C ₃之烷基，可為相同或不同，R ₃選自C ₈~C ₂₀的烷基，X ₁ ^-、X ₂ ^-選自鹵素離子，且可為相同或不同。

又，本發明的另一目的，即在提供一種抗菌液。

於是，本發明該抗菌液為包含一如前所述之非對稱型雙陽離子抗菌劑及一溶劑。

本發明之功效在於：提供一種非對稱型雙陽離子抗菌劑，利用雙陽離子提供對細菌脂質的吸附能力，再利用結構的疏水基與親水基(氮陽離子)與菌體作用而達成良好的抗菌能力，此外，藉由其結構的不對稱性，還可減少分子的結晶性。

本發明抗菌液的一實施例為包含一非對稱型雙陽離子抗菌劑。

該非對稱型雙陽離子抗菌劑為具有如下式(I)所示之結構。 (I)        其中，n介於1~3之間，R ₁、R ₂選自C ₁~C ₃之烷基，可為相同或不同，R ₃選自C ₈~C ₂₀的烷基，X ₁ ^-、X ₂ ^-分別選自鹵素離子，且可為相同或不同。

前述該非對稱型雙陽離子抗菌劑，主要係利用非對稱性的雙陽離子結構設計，因此可與帶負電荷的菌體表面有更佳的吸附能力，而再利用四級銨結構的疏水基與雙氮陽離子分別深入菌體細胞的類脂層與蛋白質層，導致菌體細胞的酶喪失活性和產生蛋白質變性後死亡，而達成抗菌效果。此外，因為本發明之抗菌劑可不需在吡啶環上引進任何的取代基，因此，可簡化該非對稱型雙陽離子抗菌劑的製程，並簡化原料來源。再者，因為本發明該非對稱型雙陽離子抗菌劑具有非對稱性結構，因此，相較其它具對稱性結構之雙陽離子抗菌劑而言，還可避免因分子結晶對抗菌性所造成的影響。

較佳地，前述該式(I)中，X ^-選自Cl ^-、Br ^-，或其中之組合，且R ₃選自C ₁₀~ C ₂₀的直鏈烷基。更佳地，R ₃選自C ₁₀~ C ₁₄的直鏈烷基，又更佳地，n=1，且R ₁、R ₂為甲基。此外，該非對稱型雙陽離子離子液體對金黃色葡萄球菌( Staphylococcus aureus)、枯草芽孢桿菌( Bacillus subtilis)、大腸桿菌( Escherichia coli)、綠膿桿菌( Pseudomonas aeruginosa)，及白色念珠菌( Candida albicans)可具有良好的抗菌活性。

要說明的是，前述該抗菌液除了可僅含有該非對稱型雙陽離子抗菌劑之外，也可視實際應用需求而進一步包含溶劑，及/或其它的協同抗菌劑。該溶劑可選自水、乙醇，或前述其中一組合；該協同抗菌劑可以選自無機抗菌劑(如銀離子、奈米銀、二氧化鈦光催化型抗菌劑等)、合成類抗菌劑(如季銨鹽、有機金屬等)、天然抗劑菌(如孟宗竹萃取物、聚殼醣等)，或前述其中一組合。由於可使用的該協同抗菌劑的種類繁多且非為本發明之重點，故不再多加贅述。

配合參閱下述反應機構(Scheme I)，茲將前述該非對稱型雙陽離子抗菌劑的製備方法說明如下。要說明的是，下述非對稱型雙陽離子抗菌劑(5a~5e)是以吡啶與季銨鹽之間為3個碳的烷基為例說明，故起始反應物2是選自1,3-二溴丙烷。 Scheme 1

首先，將吡啶(3.97 g, 50.2 mmole)1與1,3-二溴丙烷(15.2 g, 75.3 mmole)2混合，並於室溫下攪拌約四天。反應完成後粗產物以乙酸乙酯(ethyl acetate，EA)清洗，經真空乾燥後，可得到白色粉末的中間產物(溴化[1-(3-溴丙基)吡啶，[1-(3-bromopropyl)pyridinium] bromide) 3。產率： 96%。

接著，將前述該中間產物3與不同鏈長之烷基取代的胺化合物4a~4e反應，即可得到於四級銨上具不同鏈長之烷基取代的吡啶季銨鹽類非對稱型雙陽離子抗菌劑5a~5e。

前述非對稱型雙陽離子抗菌劑5a~5e的詳細製備流程說明如下：

非對稱型雙陽離子抗菌劑5a製備： 將 N,N-二甲基辛胺(4a)(2.37 g, 15.0 mmole)加入中間產物3 (2.81 g, 10.0 mmole)與乙醇(5 ml)的混合液中，於室溫攪拌六天，反應完成後粗產物以乙酸乙酯清洗，經真空乾燥後，可得到黃色固體產物5a (3.5 g, 80%)。

非對稱型雙陽離子抗菌劑5b~5e製備： 利用與5a相同的合成反應條件，取 N,N-二甲基癸胺(4b) (1.45 g, 7.8 mmole)、 N,N-二甲基十二烷基胺(4c) (1.64 g, 7.7 mmole)、 N,N-二甲基十四烷基胺(4d) (2.29 g, 9.5 mmole)、 N,N-二甲基十六烷基胺(4e) (3.15 g, 11.7 mmole)，分別與中間產物3進行反應，得到淡黃色粉末產物5b(產率：89%)、淡黃色粉末產物5c(產率：94%)、淡黃色粉末產物5d(產率：72%)，及淡黃色粉末產物5e(產率：92%)。

接著，將前述製得之非對稱型雙陽離子抗菌劑5a~5e進行抗菌測試。下列抗菌測試是以紙錠擴散試驗方法進行測試。茲將該紙錠擴散試驗方法詳細說明如下：

將三角塗菌棒沾取95 %酒精後，用酒精燈燒乾放冷，以微量吸管吸取100 µL的菌液(1.0×10 ⁸CFU/mL)與200 µL的無菌磷酸鹽緩衝溶液(phosphate buffered saline, PBS)混合均勻後，再吸總體積300 µL均勻分佈在固態培養基上，用三角塗菌棒將菌液推勻至半乾，使其滲透到培養基內。將鑷子過火後夾出已滅菌過的紙錠(paper disc，Ø 8 mm)放入剛塗滿菌液的培養基上，接著，用微量吸管吸取20 µL的抗菌劑至紙錠圓片並放入培養箱培養。培養完後觀察並測量抑菌圈的大小，測量時須包括紙錠圓片的直徑大小，若無抑菌圈則以(--)表示。

本抗菌測試是分別以5種菌株：金黃色葡萄球菌( S.aureus)、枯草芽孢桿菌( B.subtilis)、大腸桿菌( E.coli)、綠膿桿菌( P.aeruginosa)，及白色念珠菌( C.albicans)，作為該菌液的調配。並以市售抗菌劑(myristyltrimethylammonium bromide ，MTAB)為陽性控制組，而非對稱型雙陽離子抗菌劑5b~5e則作為實驗組。

茲將相關試驗結果整理如表1。

表1 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 抗菌劑^[a]</td><td> 抑菌圈(mm)^[b]</td></tr><tr><td> 菌株 </td></tr><tr><td><i>S.aureus</i></td><td><i>B.subtilis</i></td><td><i>E.coli</i></td><td><i>P.aeruginosa</i>^[d]</td><td><i>C.albicans</i></td></tr><tr><td> 5a </td><td> --^[c]</td><td> -- </td><td> -- </td><td> -- </td><td> -- </td></tr><tr><td> 5b </td><td> -- </td><td> 15.6 </td><td> 16.2 </td><td> -- </td><td> -- </td></tr><tr><td> 5c </td><td> 15.1 </td><td> 29.7 </td><td> 18.3 </td><td> 9.4 </td><td> -- </td></tr><tr><td> 5d </td><td> 19.3 </td><td> 24.7 </td><td> 14.5 </td><td> 14.5 </td><td> 9.4 </td></tr><tr><td> 5e </td><td> 13.0 </td><td> 13.7 </td><td> 8.6 </td><td> 9.8 </td><td> 10.6 </td></tr><tr><td> MTAB </td><td> 17.2 </td><td> 25.9 </td><td> 13.2 </td><td> 9.5 </td><td> 15.4 </td></tr></TBODY></TABLE>[a] 抗菌劑樣品量為10 mg/mL, 20 µL，表示(0.2 mg/disc)      [b] 包含紙錠直徑8 mm在內之抑菌圈直徑      [c] - -表示為無抑菌圈      [d] 抗菌劑樣品量為10 mg/mL, 50 µL，表示(0.5 mg/disc)

目前一般推測小分子季銨鹽的抗菌機制為(1)吸附，吸附到細菌的菌體表面，(2)穿透，擴散穿透過菌體的細胞壁或細胞膜，(3)結合，讓抗菌劑與菌體的細胞構造作用，(4)破壞死亡，擾亂細胞膜組成，讓菌體細胞的胞內物質如K ⁺、RNA、DNA、蛋白質等外洩，最後造成菌體死亡，而達成其抗菌性能。由前述抗菌機制可知，抗菌劑與菌體的吸附及穿透為該抗菌劑抗菌效果的主要影響因素之一，而抗菌劑對菌體細胞的穿透能力是藉由結構的親、疏水基共同作用的結果。一般而言，藥物的吸收性與分子結構的脂水分配系數(logP)有直接關連。也就是說，若脂溶性過低分子無法通過細胞的脂質層，不易吸收；然而脂溶性過高，則會造成藥物水溶性不足，反而會被滯留在脂質層或被代謝排除。由此顯示，季銨鹽上的烷基碳鏈長度及陽離子正電荷密度對抗菌性有較大的影響。

而由前述表1結果可知，當非對稱型雙陽離子抗菌劑之四級銨上的取代基碳鏈長度不足時(5a，n=6)，對5種菌株均無抑菌效果，推測是因碳鏈過短，脂溶性過低，因此無法通過透菌體的脂質層。隨著烷基鏈長增加(5b~5e)，開始表現對不同菌體的穿透能力，而具有不同的抗菌性。然而，當烷基鏈長增長，抗菌性反而會降低，推測是因為烷基鏈長增加，脂溶性過高而影響其抗菌性。

接著，選取前述抗菌效果表現較佳的非對稱型雙陽離子抗菌劑5d進行毒性測試，並比較非對稱型雙陽離子抗菌劑5d與苯扎氯銨(Benzalkonium chloride ，BZK)對細胞毒性的影響。苯扎氯銨為目前常用的小分子型季銨鹽抗菌劑，也為許多消費性產品的有效成分，廣泛應用於，例如，醫藥產品：如眼、耳和鼻滴劑或噴霧劑中作為消毒劑；或個人護理產品，如洗手液、衛生紙巾和濕紙巾；或是作為漱口劑的殺生物劑。

前述細胞毒性實驗是分別以BZK，及非對稱型雙陽離子抗菌劑5d為培養液，並以人類臍靜脈細胞(EA.hy926 cells)培養樣品24hr後觀察細胞存活情形，細胞存活結果分別如圖1、2所示。

參閱圖1、2，圖1、2是人類臍靜脈細胞分別在不同濃度(5 、10、20、50、100μg/ml )的BZK及非對稱型雙陽離子抗菌劑5d的存活結果。由實驗結果可知，在相同濃度(20 μg/ml)下，人類臍靜脈細胞在BZK和非對稱型雙陽離子抗菌劑5d的存活率分別約為57±2與80±4%。顯示，本案之非對稱型雙陽離子抗菌劑5d對細胞毒性小於BZK。

綜上所述，本發明提供一種含有非對稱型雙陽離子抗菌劑的抗菌液，讓該非對稱型雙陽離子抗菌劑的四級銨上的疏水基提供對細菌脂質的吸附及穿透能力，再利用吡啶季銨鹽的氮陽離子提供更進一步的抗菌效果而具有良好的抗菌能力，此外，藉由該非對稱型雙陽離子抗菌劑的非對稱結構特性，還可減少分子的結晶性，故，確實可達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

無

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一濃度-存活率長條圖，說明人類臍靜脈細胞在不同濃度的非對稱型雙陽離子抗菌劑5d的存活率； 圖2是一濃度-存活率長條圖，說明人類臍靜脈細胞在不同濃度的苯扎氯銨的存活率。

無

Claims (8)

1. 一種非對稱型雙陽離子抗菌劑，具有一如下式(I)所示之結構， 其中，n介於1~3之間，R₁、R₂選自C₁~C₃之烷基，可為相同或不同，R₃選自C₈~C₂₀的烷基，X₁ ^-、X₂ ^-分別選自鹵素離子，且可為相同或不同。
2. 如請求項第1項所述的非對稱型雙陽離子抗菌劑，其中，X₁ ^-、X₂ ^-分別可選自Cl^-或Br^-。
3. 如請求項第2項所述的非對稱型雙陽離子抗菌劑，其中，X₁ ^-及X₂ ^-選自Br^-。
4. 如請求項第1項所述的非對稱型雙陽離子抗菌劑，其中，R₃選自C₁₀~C₂₀的直鏈烷基。
5. 如請求項第4項所述的非對稱型雙陽離子抗菌劑，其中，R₃選自C₁₀~C₁₄的直鏈烷基。
6. 如請求項第1項所述的非對稱型雙陽離子抗菌劑，其中，n=1，R₁、R₂均為甲基。
7. 一種抗菌液，包含一如請求項1所述的非對稱型雙陽離子抗菌劑及一溶劑。
8. 如請求項第7項所述的抗菌液，其中，該溶劑選自乙醇、水，或前述其中一組合。