侧链带有脂肪族双季铵盐的赖氨酸的合成及抗菌性能分析

第20卷第7期2008年7月化学研究与应用

Che m ical Research and App licati on Vol .20,No .7

July,2008

收稿日期:2008203210;修回日期:2008204230基金项目:西南民族大学基金资助项目(234689)

联系人简介:罗建斌(19712),男,博士,主要从事聚氨酯生物材料的抗菌性能和生物相容性的研究工作。Email:luojb1971@

文章编号:100421656(2008)0720844204

侧链带有脂肪族双季铵盐的赖氨酸的合成

及抗菌性能分析

罗建斌3

,马　晨

(西南民族大学化学与环境保护工程学院,四川　成都　610041)

摘要:为了解决单季铵盐扩链剂所合成的聚氨酯对革兰氏阴性细菌不敏感的问题,文中合成了侧链带有脂肪

族双季铵盐的赖氨酸作为聚氨酯的扩链剂(E D8)。用质谱、核磁共振对所合成的产物进行分析。最后,通过采用最低抑菌浓度(M I C )法对E D8进行抗菌性能测试发现,E D8对革兰氏阴性细菌的抗菌效果比单季铵盐扩链剂好8倍。

关键词:抗菌;双季铵盐;扩链剂中图分类号:O631.3 文献标识码:A

自从Heidelberger 于1915年报道了季铵盐具

有广谱的杀菌功能之后[1,2]

,水溶性季铵盐作为杀菌剂在各个行业中得到了广泛应用。Dog mak 的研究工作使季铵盐的应用更进了一步,他研究了带长链烷基的季铵盐,发现这种分子具有双亲性的性质和表面活性。带长链烷基的季铵盐的杀菌

机理分为六步[3,4]:(1)带正电荷的N +

吸附在表面带负电荷的细菌表面;(2)长链烷基刺入细菌的细胞壁;(3)与细胞膜结合;(4)扰乱细胞膜组成;(5)胞内物质如K +,DNA ,RNA 等泄露;(6)菌体死亡。其特点是物理杀菌,所以这种杀菌性能是持久的、可恢复的。季铵盐的抗菌性能与其表面活性相关,例如,季铵盐的长链烷基如果太短,其

表面活性就较低,抗菌性能就差[3]

。

尽管季铵盐已经有了广泛的应用和研究,但也有研究发现有细菌对季铵盐(QAS )具有抗药性[5,6],由于革兰氏阴性细菌(G -)独有的细胞膜

结构,所以常常容易产生抗药性[7]

。革兰氏阳性细菌通常对QAS 敏感,但也有一些细菌具有独特的基因,可以对药物产生抵抗作用。为了解决以上存在的问题,人们采取了各种方法。由于双季铵盐的表面活性较单链季铵盐的表面活性好2～3

个数量级[8]

,所以有研究者考虑用双季铵盐解决G -细菌对季铵盐的不敏感问题,并得到了良好的

效果

[9,10]

。

聚氨酯具有良好的物理机械性能和良好的生

物相容性,在生物医学工程领域应用广泛[11]

。但是,凝血、钙化以及感染是制约其进一步应用的主要难题。为了解决聚氨酯材料表面形成细菌生物膜的问题,研究者进行了多种尝试,发现使材料表

面细菌失活的方法相对可行[12]

。目前抗菌聚氨

酯主要采用银离子和季铵盐抗菌的方法[13,14]

。对

于硬段含有单季铵盐的聚氨酯的研究发现[15]

,其对革兰氏阳性细菌,如金黄色葡萄球菌,具有很好的抗菌性能。但存在材料可以溶于水中,不能作为本体材料使用的问题以及对革兰氏阴性细菌抗菌效果差的问题。

因此可以设想,如果将双季铵盐接在聚合物的侧链,必然会提高聚合物的杀菌效果,解决聚氨酯对革兰氏阴性细菌抗菌效果差和扩链剂用量大的问题。但目前所合成的双季铵盐均没有可以进行反应的活性官能团,只能作为单体使用,不能引入到聚合物中。

本文设计了侧链含有双季铵盐的赖氨酸(E D8)(合成路线如图1所示),赖氨酸的两个氨基具有很好的反应活性,可以作为聚氨酯的扩链剂。这样,双季铵盐就可以容易地引入到聚合物的侧链,解决目前单季铵盐扩链剂存在的问题。

第7期罗建斌等:

侧链带有脂肪族双季铵盐的赖氨酸的合成及抗菌性能分析

图1　E D8的合成路线

Fig .1　Synthesis r oute of E D8

1　实验部分

1.1　实验药品

赖氨酸盐酸盐购于三高公司(99%);2-氨基

-2-甲基-1,3-丙二醇(AMP )购于ACROS (99%)。HOBT 和叔丁氧基碳酸酯(BOC )2O 购于Advanced Che m ical Technol ogy CO.(99%);二甲基正辛胺购于ACROS (97%);N ,N -二环己基碳二亚胺(DCC )购于南京天华试剂公司(97%);2-溴乙胺氢溴酸盐购于上海南翔试剂公司(分析纯),氯化亚砜购于天津博迪试剂公司(分析纯);二甲基丙二胺为工业品,用前蒸馏提纯。1.2　实验仪器

1

HNMR 数据用Varian I nova -400核磁共振

仪(400MHz )表征。质谱用HPH1100-LC /MS D ,大气压化学电离(正离子模式)测定。113　22溴乙基异氰酸酯(化合物5,BE I )

的合成

图2　2-溴乙基异氰酸酯的合成路线

Fig .2　synthesis of BE I

化合物5(BE I )的合成路线如Figure 2所示。

将20.49g (0.1mol )2-溴乙胺氢溴酸盐(2-B r omoethyla m ine hydr obr om ide,BE A ),150mL 二氯甲烷,32mL 吡啶放入氮气保护的三颈瓶中,将上述悬浮液用冰盐浴冷却至-15℃以下。将13g (0.0438mol )三光气溶于100mL 二氯甲烷中,慢慢滴加,保持温度不超过0℃,滴加完毕后,搅拌4h 。反应完毕后用0.5M 的盐酸洗涤两次。

水溶液用二氯甲烷洗涤,合并有机层,在冰冻下用饱和食盐水洗涤,用无水硫酸镁干燥。减压浓缩后进行减压蒸馏得到淡黄色透明带有强烈刺

激气味的液体。产率:84%。I R (K B r )v c m -1

:3684,3059,2943,2271,1766,1426,1355,1283,

1222,1167,1027,960,898,787,573。1

HNMR (CDCl 3,T MS )δppm:3.68(t,2H ),3.52(t,2H )。1.4　化合物1(2BOCK -AMP )的合成

合成路线如图1所示。α,ω-双叔丁氧基赖氨酸(α,ω-B is -tert -but oxycarbonyla m ino -Lysine,2BOCK )按照传统方法合成。将α,ω-双叔丁氧基赖氨酸4.85g (14mmol ),2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇(AMP )1.58g (15mmol ),HOBT 2.94g (21.78mmol ),溶于30mL N ,N -二甲基乙酰胺(DMAc )和40mL 四氢呋喃(T HF )的混合溶剂中。用冰浴冷却到0℃,加入3g DCC (14mmol ),反应24h,抽滤除去DCU,加入100mL 稀盐酸,用乙酸乙酯萃取,有机层用饱和碳酸钠溶液、饱和食盐水、水洗涤五次,减压浓缩,硅胶柱层析(氯仿∶甲醇=50∶1),得到纯品2BOCK -AMP 4.06g (收率:67%)。

1

H -NMR (CDCl 3)δppm:1.27(m ,2H ),1.43(m ,23H ),1.80(m ,2H ),3.12(m ,2H ),3.70(m ,3H ),3.89(m ,2H ),4.01(s,2H ),4.67(s,1H ),5.49(s,1H ),6.58(s,1H )。MS,理论值:433,测定值,m /z (%):434(100)。1.5　化合物2(B r -2BOCK -AMP )的合成

合成路线如图1所示。取2BOCK -AMP 4.33g (10mmol )溶于50mL 无水四氢呋喃(THF )中,加入BE I 3.09g (20.6mmol )和0.1%的辛酸亚

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