N，N－二甲基十四烷基對(duì)乙烯基芐基氯化銨的合成及抑菌性能研究

楊萬麗，王麗艷，盧曉玲，盛東楊，王清文

（1.東北林業(yè)大學(xué) 生物質(zhì)材料科學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱150040；2.齊齊哈爾大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

N，N－二甲基十四烷基對(duì)乙烯基芐基氯化銨的合成及抑菌性能研究

楊萬麗1，2，王麗艷2，盧曉玲2，盛東楊2，王清文1

（1.東北林業(yè)大學(xué) 生物質(zhì)材料科學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱150040；2.齊齊哈爾大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

以對(duì)乙烯基芐基氯和N，N－二甲基十四烷基叔胺（14DMA）為原料，合成了含有乙烯基的低毒高效的新型抗菌劑N，N－二甲基十四烷基對(duì)乙烯基芐基氯化銨。通過單因素實(shí)驗(yàn)確定優(yōu)化的合成條件為：反應(yīng)溫度40～60℃、對(duì)乙烯基芐基氯與14DMA摩爾比1∶1.2、反應(yīng)時(shí)間3 h、20 mL石油醚作溶劑、0.01 g銅作催化劑，在此條件下產(chǎn)物收率達(dá)82.57%。產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)通過IR、1HNMR確證。采用抑菌圈法研究了產(chǎn)物對(duì)金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌、大腸桿菌的抑菌活性，結(jié)果表明其抑菌效果良好。

季銨鹽；合成；表征；抑菌性

隨著生活水平的提高，人們對(duì)耐用消費(fèi)品的抗菌性有了更高的要求，抗菌材料應(yīng)用前景廣闊［1］。但以何種方式將抗菌基團(tuán)引入材料中并賦予制品抗菌性的研究還較少。研究者嘗試采用化學(xué)鍵合的方法在材料中引入抗菌基團(tuán)，材料的抗菌性與引入抗菌基團(tuán)的種類和數(shù)量直接相關(guān)［2，3］。

季銨鹽化合物作為殺菌劑已被人們所熟知，其具有廣譜、殺菌效果好、毒性低、水溶性好等特點(diǎn)［4］。不同的官能團(tuán)能賦予季銨鹽不同的抗菌性能，近年來，一些帶有不同官能團(tuán)的季銨鹽相繼誕生［5～7］。基于季銨鹽分子結(jié)構(gòu)與毒性關(guān)系的一般規(guī)律以及取代鏈長短對(duì)季銨鹽抗菌力的影響［8］，作者設(shè)計(jì)合成了含有乙烯基（便于在聚烯烴大分子鏈上接枝）的新型季銨鹽化合物——N，N－二甲基十四烷基對(duì)乙烯基芐基氯化銨，優(yōu)化了合成條件，通過IR、1HNMR對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并采用抑菌圈法研究了其抑菌活性。合成路線如下：

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑與儀器

N，N－二甲基十四烷基叔胺（14DMA），江蘇飛翔化工股份有限公司；對(duì)乙烯基芐基氯（C9H9Cl），天津化學(xué)試劑一廠；石油醚（沸程30～60℃），丹東勝利化工廠；乙酸乙酯，天津凱通化學(xué)試劑有限公司；丙酮，沈陽紅日化工廠。C9H9Cl為化學(xué)純，其它試劑均為分析純。

750Magna型傅立葉紅外光譜儀，美國Nicolet公司；Advance 400型超導(dǎo)核磁共振儀，瑞士Bruker公司；SHP－250B型生化培養(yǎng)箱，奔騰電子有限公司；CM－1000型生物潔凈工作臺(tái)，上海璽恒實(shí)業(yè)有限公司。

1.2 合成方法［9］

在裝有回流冷凝管的100 mL三口瓶中加入20 mL石油醚，按計(jì)量加入0.6 mL對(duì)乙烯基卞基氯和1.5 mL 14DMA，控制在40～60℃進(jìn)行反應(yīng)，每隔0.5 h測(cè)定胺值［10］，當(dāng)胺值不再變化時(shí)（約3 h）結(jié)束反應(yīng)。用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸除揮發(fā)性雜質(zhì)得黃色粘稠狀液體，用石油醚萃取，再經(jīng)丙酮－乙酸乙酯（1∶3，體積比）重結(jié)晶，干燥，得到白色粉末，即目標(biāo)化合物。

1.3 結(jié)構(gòu)表征

采用KBr壓片法對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行IR表征；以CDCl3為溶劑對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行1HNMR表征。

1.4 抑菌活性測(cè)試

1.4.1 菌種培養(yǎng)

（1）金黃色葡萄球菌：無菌條件下取25 m L菌種置于225 m L滅菌生理鹽水中均質(zhì)，制成10∶1稀釋液，將其接入7.5%NaCl肉湯或胰蛋白胨肉湯中，于37℃培養(yǎng)24 h。將上述稀釋液或培養(yǎng)液分別劃線平皿和Baird－Parker平板，于37℃培養(yǎng)24～48 h，備用。

（2）枯草芽孢桿菌：將枯草芽孢桿菌菌種在無菌條件下接種至營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基斜面，置于37℃恒溫箱中培養(yǎng)24 h，即可見到一層白色圓整、邊緣光滑的枯草芽孢桿菌菌落。將已培養(yǎng)好的枯草芽孢桿菌無菌接種到5 m L營養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基中，搖勻，于37℃搖床培養(yǎng)24 h，然后接種到100 m L豆?jié){（含5%黃豆）中，于37℃振蕩培養(yǎng)24 h，備用。

（3）大腸桿菌：將菌株植入營養(yǎng)肉湯中于37℃搖床培養(yǎng)約18 h；再經(jīng)營養(yǎng)肉湯瓊脂培養(yǎng)基平皿劃線，置于37℃隔水恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)約24 h；最后挑取單個(gè)菌落于營養(yǎng)肉湯瓊脂斜面培養(yǎng)基中，置于37℃隔水恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)約24 h，備用。

1.4.2 抑菌活性測(cè)試

取產(chǎn)物1.0 g涂抹于菌種培養(yǎng)皿上，分別于12 h、24 h時(shí)測(cè)量并記錄抑菌圈直徑與藥品直徑，計(jì)算相對(duì)抑菌直徑比（D）：D＝抑菌圈直徑／藥品直徑。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成條件的優(yōu)化

2.1.1 反應(yīng)溫度

原料對(duì)乙烯基芐基氯中含有阻聚劑對(duì)叔丁基鄰二苯酚，其阻聚效果在溫度不超過60℃時(shí)是對(duì)二苯酚的25倍，而在高溫下會(huì)因分解而失去阻聚作用。為了保護(hù)乙烯基，選擇反應(yīng)溫度為40～60℃。

2.1.2 物料比（對(duì)乙烯基芐基氯與14DMA的摩爾比，下同，表1）

表1 物料比對(duì)產(chǎn)物收率的影響Tab.1 The influence of molar ratio of reactants on the yield of product

14DMA過量直接影響胺值的測(cè)定，同時(shí)14DMA與產(chǎn)物的極性相近，也會(huì)提高純化的難度。由表1可知，物料比為1∶1.2時(shí)的產(chǎn)物收率最高，為82.57%。因此，選擇物料比為1∶1.2。

2.1.3 反應(yīng)時(shí)間（表2）

表2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)物收率的影響Tab.2 The influence of reaction time on the yield of product

2.1.4 溶劑 （表3）

表3 溶劑對(duì)產(chǎn)物收率的影響Tab.3 The influence of solvent on the yield of product

由表3可知，石油醚作溶劑（用量為20 m L）時(shí)，產(chǎn)物的收率最高。因此，選擇20 m L石油醚作為溶劑。

2.1.5 催化劑

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，加入0.01 g銅粉作催化劑，與未加催化劑相比，產(chǎn)物收率由74.68%提高至82.57%。

2.2 產(chǎn)物結(jié)構(gòu)表征

2.2.1 紅外光譜分析（圖1）

圖1 產(chǎn)物的紅外光譜Fig.1 The IR spectrum of the product

由圖1可知，紅外光譜中2922.74 cm－1、2853.03 cm－1處歸屬于與C相連的—CH3和—CH2的伸縮振動(dòng)吸收峰，3184.35 cm－1處歸屬于苯環(huán)上氫的伸縮振動(dòng)峰，2761.99 cm－1處歸屬于與N相連的—CH3的伸縮振動(dòng)吸收峰，1591.13 cm－1處歸屬于乙烯基的伸縮振動(dòng)峰，1605.02 cm－1處歸屬于苯環(huán)骨架上的振動(dòng)峰，754.79 cm－1處歸屬于苯環(huán)的面外彎曲振動(dòng)峰，其倍頻和復(fù)合頻出現(xiàn)在1832.71 cm－1處。紅外光譜與目標(biāo)化合物的結(jié)構(gòu)相一致。

2.2.21HNMR分析

產(chǎn)物的1HNMR（400 MHz，CDCl3），δ：0.90～1.25（m，24 H），1.95（s，2 H），2.16（s，2H），2.9～3.5（m，6 H），5.0～5.9（m，3 H），1.86（s，2 H）。

2.3 產(chǎn)物抑菌活性（表4）

表4 產(chǎn)物的抑菌活性Tab.4 The antimicrobial activity of the product

由表5可知，產(chǎn)物在12 h和24 h時(shí)對(duì)3種細(xì)菌的相對(duì)抑菌直徑比幾乎相同。表明目標(biāo)化合物具有較好的抑菌活性，且見效較快。

3 結(jié)論

以對(duì)乙烯基卞基氯、N，N－二甲基十四烷基叔胺（14DMA）為原料合成新型抗菌劑N，N－二甲基十四烷基對(duì)乙烯基芐基氯化銨，確定優(yōu)化的合成條件為：反應(yīng)溫度40～60℃、對(duì)乙烯基芐基氯與14DMA的摩爾比1∶1.2、反應(yīng)時(shí)間3 h、20 m L石油醚作溶劑、0.01 g銅為催化劑，在此條件下產(chǎn)物收率達(dá)82.57%。產(chǎn)物結(jié)構(gòu)經(jīng)IR、1HNMR確證。目標(biāo)化合物對(duì)金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌、大腸桿菌具有較好的抑菌活性，且見效較快。

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Study on Synthesis and Antimicrobial Activity ofN，N－Dimethyl Tetradecanylp－Vinylbenzyl Ammonium Chloride

YANG Wan－li1，2，WANG Li－yan2，LU Xiao－ling2，SHENG Dong－yang2，WANG Qing－wen1
（1.Key Laboratory of Bio－Based Material Science and Technology of Ministry of Education，Northeast Forestry University，Harbin150040，China；2.College of Chemical and Chemistry Engineering，Qiqihar University，Qiqihar161006，China）

N，N－Dimethyl tetradecanylp－vinylbenzyl ammonium chloride，a novel low toxic and high efficient antimicrobial agent with vinyl group in its structure，was synthesized withp－vinylbenzyl chloride andN，N－dimethyltetradecylamine as raw materials.The optimum synthetic conditions were obtained through single factor experiment as follows：reaction temperature was 40～60℃，molar ratio ofp－vinylbenzyl chlorlde toN，N－dimethyltetradecylamine was 1∶1.2，reaction time was 3 h，20 m L of petroleum ether as solvent，0.01 g of Cu as catalyst.The yield of product reached 82.57%.The product structure was confirmed by IR，1HNMR.Its antimicrobial activities were tested forStaphylococcus aureus，Bacillus subtilisandEscherichia coliby the inhibition zone method.The results showed that the target compound had good antimicrobial effect.

quaternary ammonium；synthesis；characterization；antimicrobial activity

O 623.731

A

1672－5425（2012）11－0029－03

10.3969／j.issn.1672－5425.2012.11.008

黑龍江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（B201116），生物質(zhì)材料科學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（東北林業(yè)大學(xué)）開放基金資助項(xiàng)目（2012－01），齊齊哈爾大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃訓(xùn)練項(xiàng)目（101）

2012－08－18

楊萬麗（1977－），女，黑龍江齊齊哈爾人，博士研究生，副教授，研究方向：木塑復(fù)合材料功能化研究；通訊作者：王清文，教授，E－mail：qwwang＠nefu.edu.cn。