專利名稱：一種抗菌化合物及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于有機合成技術領域，尤其涉及一種抗菌化合物及其制備方法
背景技術：
細菌或真菌感染已成為威脅人類健康并備受全球醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)關注的世界性重 要問題。賦予材料或制品表面抗菌性能，以阻止細菌或真菌在其表面生長或繁殖，甚至殺死 表面的細菌或真菌，是解決細菌或真菌感染的重要手段之一。目前國際上的抗菌材料可以 分為四大類⑴無機抗菌劑，比如納米二氧化鈦，納米銀、納米銅，以及它們的離子等。⑵ 有抗菌劑，例如季銨鹽，噻唑類等；(3)高分子抗菌劑，例如高分子季銨鹽；(4)天然及其 改性抗菌劑如殼聚糖，山梨酸。賦予材料或制品表面抗菌性能最常用的是在其表面涂覆一層含抗菌劑(如納米 銀、納米銅及其它們的離子或者其他抗菌劑)的涂層，納米銀、納米銅以及其他重金屬以及 重金屬離子，依靠其緩慢釋放金屬離子到周圍環(huán)境中而達到抑菌或殺菌目的，然而隨著使 用時間的延長，其抗菌活性逐漸降低，直至最終完全喪失其抗菌活性，同時還可能誘導微生 物變異，增加產生耐藥性的概率。另外，納米材料的危害性也逐漸被人類所認識和關注。有 機抗菌劑和天然抗菌劑其耐熱性差，常常限制了其使用范圍。高分子季銨鹽抗菌劑可克服 小分子抗菌劑的易揮發(fā)、難加工、化學穩(wěn)定性差等缺點，且抗菌活性優(yōu)良，不易滲透入人體 皮膚，因而受到人們的關注。例如符若文課題組[Reactive&functionalpolymers，2007，67 355-366]制備了一系列甲基丙烯酸酯類高分子季銨鹽抗菌劑，MIC為1. 56-20mg/mL。聚 合物抗菌劑主要還是聚合物季銨鹽以及聚合物商胺抗菌劑，其熱穩(wěn)定性也不理想，而且，為 了獲得良好的抗菌劑，一般要求抗菌劑是水溶性的，這些未固定化的高分子抗菌劑也存在 流失性而導致抗菌活性缺乏持久性，同樣也會給周圍環(huán)境造成一定的壓力。如Lowe等人 [J. Appl. Polym. Sci.，2006，101 1036-1041]制備了一系列聚合物甜菜堿抗菌劑，其最低 抑菌濃度(MIC)為1125-2000ug/mL，為抗菌劑的開發(fā)提出了一種新的思路，但是其沒有可 以固定化的反應性官能團，避免不了其釋放性流失的缺點。這種釋放性的抗菌劑至少有兩個方面的不利因素(1)植入的抗菌劑有釋放的時 效性，缺乏持久抗菌活性；(2)釋放出來的抗菌劑給環(huán)境帶來壓力。這些因素是不容忽視 的，開發(fā)和制備綠色的非釋放性的抗菌劑是大勢所趨的。將帶有抗菌活性基團以化學鍵形 式固定于材料或制品表面，可賦予材料或制品持久抗菌活性，而且也不致于對環(huán)境造成污 染。Madkour [Langmuir，2009，25 1060-1067]以含鹵硅烷與含羥基的表面反應，進一步采 用原子轉移自由基聚合的方法制備了快速抗菌的圖層，但是工藝復雜，條件苛刻，難以產業(yè) 化。Saif[Langmuir，2009，25 :377_379]制備了具有持久抗菌活性的有機硅季銨鹽抗菌劑， 以及早期DOW Corning公司研發(fā)的出來的DC-5700都屬于這一類，但是季銨鹽的抗菌劑的 耐熱性不好，從而限制了它的使用范圍。如何克服目前抗菌劑領域如以上所述存在的缺點，研究和開發(fā)一類新的可固定化 的具有長效性的抗菌劑是人類社會發(fā)展的新要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種抗菌化合物，該化合物可以通過反應型官能團(硅烷 氧基)以化學鍵合方式牢固地與多種材料或產品界面鍵合，獲得持久的抗菌活性和親水 性。本發(fā)明所提供的有機硅甜菜堿型抗菌化合物，具有通式I
<formula>formula see original document page 5</formula>其中，R。=H、R3XR1 是選自-CH3,或-CH2CH3 ； R2 是選自-OR1、-CH3、或-CH2CH3 ；R3 是選自-(CH2)mNH(CH2)n，其中 m，η = 1 6，或-(CH2)p，其中 ρ = 1 10 ；R4 是-(CH2)qCH3，其中 9 = 0 17，或禮=!1;R5 是-(CH2)^CH3，其中 q = 17，或& = !1;R6 是選自-(CH2)rNH(CH2)t，其中 r，t = 1 10，或-(CH2)u，其中 u = 1 6 ；Y 是選自-COO、-SO3。上述通式I中，取代基R4與R5是相同的基團或不同的基團。本發(fā)明的另一目的在于提供上述抗菌化合物的制備方法，其合成工藝簡單，條件 易控制，產率高，易于工業(yè)化生產。該目的是這樣實現(xiàn)的，一種抗菌化合物的制備方法，其步驟為制取含叔胺的有機硅氧烷，并將該含叔胺的有機硅氧烷與反應物B在攪拌下、在 溫度10 80°C的環(huán)境中持續(xù)反應1 48h，得白色的沉淀物質；將上述白色沉淀物質過濾或離心分離，得有機硅甜菜堿型抗菌化合物，即制得目 標產物；上述反應物B是選自丙磺酸內酯、丁磺酸內酯、丙烯酸，β-丙酸內酯、X (CH2) VS03_、 或X(CH2)vC02_中的一種，其中X是Br、Cl或I，ν為大于或等于1的正整數(shù)。上述制備方法的典型合成路線圖為
<formula>formula see original document page 5</formula>
上述制備步驟中，其中含叔胺的有機硅氧烷的制備方法為取(R1O)2R2SiH與反應物A，在溫度10 80°C下，在鉬系催化劑的作用下，進行硅氫加成反應，攪拌，反應時長1 48h，即得；其中R1是選自-CH3或-CH2CH3, R2是選自-ORp-CH3或-CH2CH3 ；反應物A是含叔 胺的烯烴，優(yōu)選二甲基烯丙基胺或二乙基烯丙基胺。上述制備步驟中，其中所述鉬系催化劑是選自氯鉬酸催化劑、SiO2負載型鉬催化 劑、活性炭負載型鉬催化劑或Karstedt型鉬催化劑。上述制備步驟中，其中含叔胺的有機硅氧烷的制備方法也可以為取 (R1O) 2R2SiR3X與R4R5NH,在溫度20 80°C下，加入NaOH/異丙醇溶液作為催化劑，并在攪拌 下反應時長2 48h，即得；其中，R1是-CH3或-CH2CH3 ;R2是-0禮、-CH3或-CH2CH3 ；R3是選 自-(CH2)p，其中 ρ = 1 10 ;R4 是-(CH2)qCH3,其中 q = 0 17 ;R5 是-(CH2) qCH3，其中 q = 0 17 ；X 是 Br、Cl 或 I。本發(fā)明還提供了上述抗菌化合物的另一種制備方法，其步驟為將含氨基硅氧烷與反應物B在攪拌下、在溫度10 80°C的環(huán)境中持續(xù)反應1 48h而得有機硅甜菜堿型抗菌化合物，即制得目標產物。同樣地，上述反應物B是選自丙磺酸內酯、丁磺酸內酯、丙烯酸，β -丙酸內酯、 X(CH2) VS03_、或X(CH2)vCO2-中的一種，其中X是Br、Cl或I，ν為大于或等于1的正整數(shù)。上述技術方案的優(yōu)點在于該抗菌化合物，具有反應性官能團——硅氧烷，其可以 與多種材料界面發(fā)生化學鍵合作用，從而賦予由抗菌化合物處理的材料或制品持久的抗菌 活性以及很強的親水性。同時，制備方法的合成工藝簡單，條件容易控制，易于產業(yè)化，為它 在廣泛范圍內使用提供了方便。另外，該抗菌化合物還具有耐酸、堿、鹽等獨特優(yōu)點，尤其是 毒性低、化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好，經(jīng)該抗菌化合物處理的制品表面可以經(jīng)受常用的各種 消毒技術處理。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發(fā)明 進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。實施例1稱取98. 6g三乙氧基硅烷(CH3CH2O)3SiH]加入到帶有機械攪拌和回流裝置的圓 底燒瓶里，加入0. 2ml的氯鉬酸/異丙醇催化劑后，在攪拌和60°C溫度下用滴液漏斗緩慢滴 加51. 2g 二甲基烯丙基胺CH2 = CHCH2N(CH3)J,滴加完畢后繼續(xù)反應lh，降溫到50°C，然
后滴加丙磺酸內酯以下簡稱1，3-PS73. 2g (溶于400mL無水乙醇中)，滴加完畢后
繼續(xù)反應lh，得白色的沉淀，離心分離數(shù)次純化，得有機硅磺酸型甜菜堿抗菌劑，其結構式 為=(CH3CH2O)3Si (CH2) 3+N(CH3)2(CH2)3S03_，該抗菌劑對大腸桿菌(8099)和金黃色葡萄球菌 (ATCC6538)的最低抑菌濃度(MIC)均為15mg/mL，最低殺菌濃度(MBC)為20mg/mL。實施例2稱取107. Sg甲基二乙氧基硅烷(CH3CH2O)2CH3SiH]加入到帶有磁力攪拌和回流裝 置的平底燒瓶里，加入0. 25g SiO2負載型鉬金催化劑后，在磁力攪拌和30°C溫度下用滴液漏斗緩慢滴加88. 9g 二乙基烯丙基胺CH2 = CHCH2N(CH2CH3)2],并開始計算反應時間，反應 8h后減壓過濾回收催化劑，然后收集濾液，并向濾液中滴加97. 6g的1，3-PS (溶于400mL無 水乙醇中)，30°C溫度下繼續(xù)反應10h，得白色的沉淀，過濾并用乙醇洗滌數(shù)次純化，得有機 硅磺酸型甜菜堿抗菌劑。其結構式為(CH3CH2O) 2SiCH3 (CH2CH2) 3+N (CH3) 2 (CH2) 3S03_，該抗菌劑 對大腸桿菌(8099)和金黃色葡萄球菌(ATCC6538)的MIC均為25mg/mL，MBC為30mg/mL。實施例3稱取107. 6g甲基二乙氧基硅烷(CH3CH2O)2CH3SiH]加入到帶有磁力攪拌和回流裝 置的平底燒瓶里，加入0. 20g的Karstedt型鉬金催化劑后，在磁力攪拌下和20°C溫度下用 滴液漏斗緩慢滴加68. 2g 二甲基烯丙基胺CH2 = CHCH2N(CH3)2],并開始計算反應時間，反 應24h后減壓過濾回收催化劑，然后收集濾液，并向濾液中滴加93.2氯乙酸鈉(10120)2妝
(溶于400mL無水乙醇中)，20°C溫度下反應24h，得白色的沉淀，離心分離數(shù)次純化，得有機 硅羧酸型甜菜堿抗菌劑。其結構式為(CH3CH2O)2SiCH3 (CH2) 3+N (CH3)2CH2C02_，該抗菌劑對大 腸桿菌(8099)和金黃色葡萄球菌(ATCC6538)的MIC均為20mg/mL，MBC為25mg/mL。
實施例4稱取107. 6g甲基二乙氧基硅烷(CH3CH2O)2CH3SiH]加入到帶有機械攪拌和回流裝 置的圓底燒瓶里，加入0. 20g活性炭負載型鉬金催化劑后，在攪拌下和50°C溫度下用滴液 漏斗緩慢滴加68. 2g 二甲基烯丙基胺CH2 = CHCH2N(CH3)2L滴加完畢后繼續(xù)反應2h后減
壓過濾回收催化劑，然后收集濾液，并向濾液中滴加57.7g的β-丙內酯G=cf)>(溶解
O
于400mL 丁酮中)，40°C溫度下繼續(xù)反應6h，得白色的沉淀，離心分離數(shù)次純化，得有機硅羧 酸型甜菜堿抗菌劑。其結構式為(CH3CH2O) 2SiCH3 (CH2) 3+N (CH3) 2 (CH2) 2C02_，該抗菌劑對大腸 桿菌(8099)和金黃色葡萄球菌(ATCC6538)的MIC均為10mg/mL，MBC為20mg/mL。實施例5稱取142. 5g N. N-二乙基_3_氨丙基三甲氧基硅烷(CH3CH2)2N(CH2)3Si (OCH3)3]力口 入到帶有磁力攪拌和回流裝置的平底燒瓶里，在磁力攪拌下緩慢滴加73. 2g的1，3-PS(溶 于400mL丙酮中)，10°C反應48h后，得白色的沉淀，離心分離數(shù)次純化，得有機硅磺酸型 甜菜堿抗菌劑。其結構式為=(CH3O)3Si (CH2)3+N(CH2CH3)2(CH2)3S03-，該抗菌劑對大腸桿菌 (8099)和金黃色葡萄球菌(ATCC6538)的 MIC 均為 15mg/mL，MBC 為 20mg/mL。實施例6取97. 8g三甲氧基硅烷HSi (OCH3)3加入到帶有機械攪拌和回流裝置的平底燒瓶 里，加入0. 20g活性炭負載型鉬金催化劑后，在磁力攪拌和50°C溫度下用滴液漏斗緩慢滴 加88. 9g 二乙基烯丙基胺CH2 = CHCH2N (CH2CH3)2L滴加完畢后繼續(xù)反應2h后停止加熱，減 壓過濾回收催化劑，然后收集濾液，并向濾液中滴加93. 2g的ClCH2CH2SO3Na (溶于400mL無 水乙醇中)，加熱到50°C，繼續(xù)反應10h，得白色的沉淀，過濾并用無水乙醇洗滌數(shù)次純化， 得有機硅磺酸型甜菜堿抗菌劑。其結構式為(CH3O) 3Si (CH2) 3+N (CH2CH3) 2 (CH2) 2S03_，該抗菌 劑對大腸桿菌(8099)和金黃色葡萄球菌(ATCC6538)的MIC均為20mg/mL，MBC為25mg/mL。實施例7稱取124. Og Ν-(β-氨乙基)氨丙基甲基二甲氧基硅烷NH2 (CH2) 2NH(CH2) 3S1CH3 (OCH3) 2加入到帶有磁力攪拌器和回流裝置的平底燒瓶里，在磁力攪拌下緩慢滴加73. 2g的1，3-PS (溶于400mL無水乙醇中)，加熱到40°C反應2h后，得淡黃色油狀物有機硅磺酸型甜菜堿抗菌劑。其結構式為(CH3O) 3Si (CH2) 3NH (CH2) 2+NH2 (CH2) 3S Of，該抗菌劑對大腸桿菌(8099)和金黃色葡萄球菌(ATCC6538)的MIC均為25mg/mL，MBC 為 30mg/mLo實施例8稱取119. 2g氯丙基三甲氧基硅烷(CH3O)3SiCH2CH2CH2Cl]加入到帶有機械攪拌 器和回流裝置的圓燒瓶里，在攪拌下和80°C溫度下用滴液漏斗緩慢滴加60. 7g 二正丙胺(CH3CH2CH2)2NH](溶于200ml無水乙醇中)，滴加完畢后繼續(xù)反應IOh后降溫到30°C，滴 加73. 2g的1，3-PS (溶于200mL無水乙醇中)，繼續(xù)反應10h，得白色的沉淀，離心分離數(shù) 次純化，得有機硅磺酸型甜菜堿抗菌劑，其結構式為(CH3O) 3Si (CH2) 3+N (CH2CH2CH3) 2 (CH2) 3S 03_，該抗菌劑對大腸桿菌(8099)和金黃色葡萄球菌(ATCC6538)的最低抑菌濃度(MIC)均 為15mg/mL，最低殺菌濃度(MBC)為20mg/mL。將上述實例所得產物處理玻璃表面，均獲得了接觸角均低于10度的超親水表面， 并采用菌落計數(shù)法測試其抗菌活性及持久抗菌活性，結果如表1所示。表1實施例1-8的抗菌劑的持久抗菌活性分析(平板計數(shù)法)樣品菌種洗滌次數(shù)0151030E.coli 99.9% 99.8% 99. 5% 99.0% 99. 2%實施例1S. aureas 99. 9% 99. 9% 99. 6% 99. 5% 99. 0%E.coli 99.9% 99.9% 99. 3% 98.9% 98. 5%實施例2S. aureas 99. 9% 99. 9% 99. 9% 99. 6% 99. 0%E.coli 99.9% 99.8% 99. 2% 97.9% 97. 2%實施例3S. aureas 99. 9% 99. 9% 99. 5% 98. 2% 97. 6%E.coli 99. 9% 99. 8% 99. 0% 98. 6% 98. 1%實施例4S. aureas 99. 9% 99. 9% 99. 6% 98. 9% 98. 3%E.coli 99.9% 99. 7% 99.0% 98. 7% 98.0%實施例5S. aureas 99. 9% 99. 9% 99. 5% 98. 8% 98. 2%E.coli 99.9% 99.8% 99. 3% 97.9% 97. 2%實施例6S. aureas 99. 9% 99. 9% 99. 5% 98. 2% 97. 6%E.coli 99.9% 99. 5% 99. 1% 98.6% 98.0%實施例7S. aureas 99. 9% 99. 8% 99. 6% 99. 1% 98. 2%E.coli 99.9% 99. 7% 99. 3% 98. 7% 98. 2%
實施例8S. aureas 99. 9% 99. 9% 99. 5% 98. 8% 98. 5%在本發(fā)明其它優(yōu)選的實施例中，可以選擇以相當物質的量的CH3CH2 (CH3O)2SiH、 CH3CH2 (CH3CH2O) 2SiH、CH3 (CH3O)(CH3CH2O) 3SiH 或(CH3O)3SiH 或(CH3CH2O)2CH3SiH ； 也可選擇以相當物質的量的丁磺酸內酯、丙烯酸、X (CH2) vS03Na或X (CH2) vC02Na (其中X 是Br、Cl或I ;v為大于或等于1的正整數(shù))代替丙磺酸內酯、β _丙內酯、ClCH2CO2Na或 ClCH2CH2SO3Na0以上所述的僅是本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，并不能因此而 理解為對本發(fā)明專利范圍的限制，應當指出，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本 發(fā)明構思的前提下，還可以做出其他若干變形和改 進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
一種有機硅甜菜堿型抗菌化合物，具有通式I其中，R1是選自-CH3，或-CH2CH3；R2是選自-OR1、-CH3、或-CH2CH3；R3是選自-(CH2)mNH(CH2)n，其中m，n＝1～6，或-(CH2)p，其中p＝1～10；R4是-(CH2)qCH3，其中q＝0～17；或R4＝-HR5是-(CH2)qCH3，其中q＝0～17；R5＝-HR6是選自-(CH2)rNH(CH2)t，其中r，t＝1～10，或-(CH2)u，其中u＝1～6；Y是選自-COO、-SO3。FSA00000022500500011.tif
2.如權利要求1所述的抗菌化合物，其特征在于所述通式I中，取代基R4與R5是相 同的基團或不同的基團。
3.—種如權利要求1、2所述抗菌化合物的制備方法，其步驟為制取含叔胺的有機硅氧烷，并將該含叔胺的有機硅氧烷與反應物B在攪拌下、在溫度 10 80°C的環(huán)境中持續(xù)反應1 48h，得白色的沉淀物質；將上述白色沉淀物質過濾或離心分離純化，得有機硅甜菜堿型抗菌化合物，即制得目 標產物；上述反應物B是選自丙磺酸內酯、丁磺酸內酯、丙烯酸，β-丙酸內酯、X(CH2)vS03_、 或X(CH2)vC02_中的一種，其中X是Br、Cl或I，ν為大于或等于1的正整數(shù)。
4.根據(jù)權利要求3所述的抗菌化合物的制備方法，其特征在于，所述含叔胺的有機硅 氧烷的制備方法為取(R1O)2R2SiH與反應物Α，在溫度10 80°C下，在鉬系催化劑存在下 進行硅氫加成反應，攪拌，反應時長1 48h，即得；其中R1是選自-CH3或-CH2CH3, R2是選 自-ORp-CH3 或-CH2CH3。
5.根據(jù)權利要求4所述的抗菌化合物的制備方法，其特征在于，所述反應物A是是含叔 胺的烯烴，優(yōu)選二甲基烯丙基胺或二乙基烯丙基胺。
6.根據(jù)權利要求4所述的抗菌化合物的制備方法，其特征在于，所述鉬系催化劑是選 自氯鉬酸催化劑、SiO2負載型鉬催化劑、活性炭負載型鉬催化劑或Karstedt型鉬催化劑。
7.根據(jù)權利要求3所述的抗菌化合物的制備方法，其特征在于，所述含叔胺的有機硅 氧烷的制備方法為取(R1O) 2R2SiR3X與R4R5NH,在溫度20 80°C下，加入NaOH/異丙醇溶液 作為催化劑，并在攪拌下反應時長2 48h，即得；其中，R1是-CH3或-CH2CH3 ;R2是-ORp-CH3 或-CH2CH3 ；R3是選自-(CH2)p，其中 ρ = 1 10 ;R4是-(CH2) qCH3，其中 q = 0 17 ;R5是-(CH2) qCH3,其中9 = 0 17;乂是肚、(1或I。
8.—種如權利要求1、2所述抗菌化合物的制備方法，其步驟為將含氨基硅氧烷與反應物B在攪拌下、在溫度10 80°C的環(huán)境中持續(xù)反應1 48h而 得有機硅甜菜堿型抗菌化合物，即制得目標產物；上述反應物B是選自丙磺酸內酯、丁磺酸內酯、丙烯酸，β-丙酸內酯、X(CH2) VS03_、或X(CH2)vCO2-中的一種，其中X是Br、Cl或I，ν為大于或等于1的正整數(shù) 。
全文摘要
本發(fā)明適用于有機合成技術領域，提供了一種具有通式I的有機硅甜菜堿型抗菌化合物及其制備方法本發(fā)明所提供的抗菌化合物，具有反應性官能團——硅氧烷，其可以與多種材料界面發(fā)生化學鍵合作用，從而賦予由抗菌化合物I處理的材料或制品表面持久的抗菌活性。同時，該化合物的制備方法工藝簡單，條件容易控制，易于產業(yè)化，為它在廣泛范圍內使用提供了方便。
文檔編號C07F7/18GK101812086SQ20101011653
公開日2010年8月25日 申請日期2010年1月26日 優(yōu)先權日2009年11月28日
發(fā)明者戈早川, 肖飛, 陳仕國 申請人:深圳大學