本發(fā)明涉及日化領(lǐng)域及醫(yī)藥行業(yè)，具體是一種季膦化殼聚糖季銨鹽及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

殼聚糖(Chitosan)是由甲殼素經(jīng)過(guò)脫乙?；玫降奈ㄒ坏膲A性多糖。殼聚糖含量豐富，作為一種可再生、無(wú)毒副作用，生物相容性和降解性良好的多糖，具有很多獨(dú)特的生理、藥理功能性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、農(nóng)業(yè)、日化、環(huán)保等多種行業(yè)領(lǐng)域中。殼聚糖具有殺菌、抑菌活性，以及無(wú)毒、無(wú)污染的特性，可以作為修飾的對(duì)象以期開發(fā)出二次先導(dǎo)化合物。殼聚糖含有活潑的-OH、-NH₂，可引入其他活性基團(tuán)，進(jìn)而能夠改善其生物活性，甚至產(chǎn)生新的活性功能。但是由于殼聚糖本身的水溶性較差，嚴(yán)重影響了殼聚糖的使用范圍，通過(guò)對(duì)殼聚糖的化學(xué)修飾，可以得到水溶性較好和生物活性好的衍生物，擴(kuò)大殼聚糖的使用范圍。

季膦鹽與季銨鹽都是比較常見的陽(yáng)離子化合物。季膦鹽的分解溫度高，pH適應(yīng)性好，低毒，抗菌性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于現(xiàn)在大量使用的季銨鹽類抗菌劑，并且能夠在環(huán)境中快速分解，而且沒有生物積累，因此對(duì)季膦鹽類抗菌劑的研究也逐漸成為新的焦點(diǎn)。季膦鹽抗菌劑以其自身優(yōu)勢(shì)在污水處理、塑膠制品、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用。目前，對(duì)季膦鹽的研究主要集中在小分子季膦鹽，而將季膦鹽接入到天然高分子聚合物或者人工合成的高分子聚合物的研究還相對(duì)較少。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種具有較好抑真菌活性的季膦化殼聚糖季銨鹽及其制備方法和應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種季膦化殼聚糖季銨鹽，季膦化殼聚糖季銨鹽結(jié)構(gòu)式如式(1)所示，

其中，R’為環(huán)己基或苯基；R”為乙?；眷Ⅺ}、氯乙?；驓洌黄骄酆隙萵取值范圍是20-3000。

一種季膦化殼聚糖季銨鹽的制備方法：

首先將殼聚糖季銨化而后直接與氯乙酰氯反應(yīng)得到氯乙?；瘹ぞ厶羌句@鹽，所得氯乙酰化殼聚糖季銨鹽再與三環(huán)己基膦或三苯基膦反應(yīng)，產(chǎn)物經(jīng)純化即得到如式(1)所示的季膦化殼聚糖季銨鹽；

所述氯乙酰氯的摩爾量為殼聚糖季銨鹽摩爾量的2-3倍；三環(huán)己基膦或三苯基膦的摩爾量為氯乙?；瘹ぞ厶羌句@鹽摩爾量的3-4倍。

所述殼聚糖分散于過(guò)量的N-甲基-2-吡咯烷酮中，然后加入殼聚糖摩爾量5-6倍的NaOH，殼聚糖摩爾量3-4倍的NaI，殼聚糖摩爾量10-15倍的CH₃I，在60℃溫度下回流反應(yīng)1-1.5h，而后用過(guò)量的乙醇沉淀，過(guò)濾后直接將所得固體溶于過(guò)量的水中，向此水溶液中滴加殼聚糖摩爾量2-3倍的氯乙酰氯，室溫下，反應(yīng)1-2h，而后在70℃溫度下減壓旋蒸至褐色粘稠狀，而后用過(guò)量的乙醇沉淀，再經(jīng)乙醇洗滌，冷凍干燥，即得到氯乙?；瘹ぞ厶羌句@鹽待用。

所述氯乙酰化殼聚糖季銨鹽與三環(huán)己基膦或三苯基膦在60-70℃反應(yīng)18-24h，而后直接用丙酮沉淀，再經(jīng)丙酮洗滌，冷凍干燥，即得到季膦化殼聚糖季銨鹽待用。

所述反應(yīng)后產(chǎn)物經(jīng)丙酮沉淀和洗滌后，所得固體再溶于蒸餾水，而后置于透析袋內(nèi)用蒸餾水透析36-48h，再冷凍干燥后即得到如式(1)所示的季膦化殼聚糖季銨鹽。

一種季膦化殼聚糖季銨鹽的應(yīng)用，所述季膦化殼聚糖季銨鹽用于制備抑真菌劑。

真菌為蘆筍莖枯和西瓜枯萎植物致病菌。

本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)：

(1)與殼聚糖相比本發(fā)明化合物在引入季銨鹽基團(tuán)后，水溶性得到了極大的提高。

(2)本發(fā)明制備成季膦化殼聚糖季銨鹽后，其生物活性得以提高，例如：抑真菌活性。

(3)在合成工藝上本合成方法有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明合成步驟簡(jiǎn)單、所需設(shè)備及原料易得、成本較低、易于推廣，而且本產(chǎn)品產(chǎn)率較高，可達(dá)60％以上。本發(fā)明所得產(chǎn)品可廣泛用于生物、醫(yī)藥、食品、化工等領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1為殼聚糖的紅外光譜圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供氯乙?；瘹ぞ厶羌句@鹽的紅外譜圖，從圖2可知與殼聚糖原料相比，1751cm^-1處的吸收峰為酯鍵的吸收峰，790cm^-1處的吸收峰為C-Cl鍵的吸收峰，1473cm^-1處為季銨鹽上甲基的吸收峰，以上分析數(shù)據(jù)，證明氯乙?；瘹ぞ厶羌句@鹽合成。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供三環(huán)己基季膦化殼聚糖季銨鹽的紅外譜圖，從圖3可知與圖2相比，790cm^-1處吸收峰消失，1450cm^-1處的吸收峰為季銨鹽和季膦鹽基團(tuán)的吸收峰，2935和2857cm^-1處的吸收峰為環(huán)己基的C-H鍵的吸收峰，表明三環(huán)己基膦已經(jīng)成功接入氯乙?；瘹ぞ厶羌句@鹽制得三環(huán)己基季膦化殼聚糖季銨鹽。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供三苯基季膦化殼聚糖季銨鹽的紅外譜圖，從圖4可知與圖2氯乙?；瘹ぞ厶羌句@鹽相比，790cm^-1處的C-Cl鍵吸收峰消失，1438cm^-1處的吸收峰為季膦鹽的吸收峰，3066cm^-1處的吸收峰為苯基的C-H鍵的吸收峰，表明三苯基膦已經(jīng)成功接入氯乙?；瘹ぞ厶羌句@鹽制得三苯基季膦化殼聚糖季銨鹽。因此可以證明季膦化殼聚糖季銨鹽的成功合成。

具體實(shí)施方式

本研究首先將殼聚糖進(jìn)行季銨鹽以提高殼聚糖的水溶性，然后得到的殼聚糖季銨鹽與氯乙酰氯反應(yīng)制備得到氯乙?；瘹ぞ厶羌句@鹽，然后利用膦化物中磷原子的孤對(duì)電子親核進(jìn)攻氯乙?；瘹ぞ厶羌句@鹽，將膦化物接入殼聚糖分子中，得到了季膦化殼聚糖季銨鹽，并且研究了其對(duì)蘆筍莖枯、西瓜枯萎植物致病菌的抑制作用。該類衍生物制備簡(jiǎn)便、條件溫和，為糖類抑真菌劑的研制提供了可行思路。

季膦化殼聚糖季銨鹽的合成路線如下：

其中，R’為環(huán)己基或苯基；R”為乙酰基季膦鹽、氯乙?；驓?；平均聚合度n取值范圍是20-3000。

實(shí)施例1

本實(shí)施例按以上合成路線合成目標(biāo)化合物季膦化殼聚糖季銨鹽。

1)氯乙?；瘹ぞ厶羌句@鹽的制備：1.62g殼聚糖(參見圖1)于60mLN-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中，而后加入4.50g NaI，15mL 15％NaOH，15mL碘甲烷，60℃下回流反應(yīng)1h，反應(yīng)結(jié)束后，用無(wú)水乙醇沉淀，抽濾，過(guò)濾后直接將所得固體溶于100mL的水中，向此水溶液中滴加1.51mL氯乙酰氯，在室溫下反應(yīng)1h。而后在70℃下減壓旋蒸至呈褐色粘稠狀，而后用過(guò)量的乙醇沉淀，再經(jīng)乙醇洗滌，冷凍干燥，得到產(chǎn)物氯乙?；瘹ぞ厶羌句@鹽(參見圖2)2.96g，待用。

2)三環(huán)己基季膦化殼聚糖季銨鹽的制備：0.41g氯乙?；瘹ぞ厶羌句@鹽(參見圖2)加到20mL DMF(N,N-二甲基甲酰胺)中，然后加入0.84g的三環(huán)己基膦，在60℃條件下反應(yīng)24h。反應(yīng)結(jié)束后，用丙酮沉淀，抽濾，洗滌，去離子水透析36h，真空冷凍干燥，即得三環(huán)己基季膦化殼聚糖季銨鹽(參見圖3)。

實(shí)施例2

與實(shí)施例1不同之處在于：

1)氯乙?；瘹ぞ厶羌句@鹽的制備：1.62g殼聚糖(參見圖1)于60mLN-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中，而后加入6.00g NaI，18mL 15％NaOH，18mL碘甲烷，60℃下回流反應(yīng)1.5h，反應(yīng)結(jié)束后，用無(wú)水乙醇沉淀，抽濾，過(guò)濾后直接將所得固體溶于100mL的水中，向此水溶液中滴加2.27mL氯乙酰氯，在室溫下反應(yīng)1h。而后在70℃下減壓旋蒸至呈褐色粘稠狀，而后用過(guò)量的乙醇沉淀，再經(jīng)乙醇洗滌，冷凍干燥，得到產(chǎn)物氯乙?；瘹ぞ厶羌句@鹽(參見圖2)3.15g，待用。

2)三環(huán)己基季膦化殼聚糖季銨鹽的制備：0.41g氯乙酰化殼聚糖季銨鹽(參見圖2)加到20mL DMF(N,N-二甲基甲酰胺)中，然后加入0.56g的三環(huán)己基膦，在70℃條件下反應(yīng)18h。反應(yīng)結(jié)束后，用丙酮沉淀，抽濾，洗滌，去離子水透析36h，真空冷凍干燥，即得三環(huán)己基季膦化殼聚糖季銨鹽(參見圖3)。

實(shí)施例3

與實(shí)施例1不同之處在于：

1)氯乙酰化殼聚糖季銨鹽的制備：1.62g殼聚糖(參見圖1)于60mLN-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中，而后加入4.50g NaI，18mL 15％NaOH，18mL碘甲烷，60℃下回流反應(yīng)1h，反應(yīng)結(jié)束后，用無(wú)水乙醇沉淀，抽濾，過(guò)濾后直接將所得固體溶于100mL的水中，向此水溶液中滴加1.51mL氯乙酰氯，在室溫下反應(yīng)2h。而后在70℃下減壓旋蒸至呈褐色粘稠狀，而后用過(guò)量的乙醇沉淀，再經(jīng)乙醇洗滌，冷凍干燥，得到產(chǎn)物氯乙?；瘹ぞ厶羌句@鹽(參見圖2)3.08g，待用。

2)三苯基季膦化殼聚糖季銨鹽的制備：0.41g氯乙?；瘹ぞ厶羌句@鹽(參見圖2)加到20mL DMF(N,N-二甲基甲酰胺)中，然后加入0.79g的三苯基膦，在60℃條件下反應(yīng)24h。反應(yīng)結(jié)束后，用丙酮沉淀，抽濾，洗滌，去離子水透析36h，真空冷凍干燥，即得三苯基季膦化殼聚糖季銨鹽(參見圖4)。

實(shí)施例4

與實(shí)施例1不同之處在于：

1)氯乙?；瘹ぞ厶羌句@鹽的制備：1.62g殼聚糖(參見圖1)于60mLN-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中，而后加入6.00g NaI，18mL 15％NaOH，18mL碘甲烷，60℃下回流反應(yīng)1.5h，反應(yīng)結(jié)束后，用無(wú)水乙醇沉淀，抽濾，過(guò)濾后直接將所得固體溶于100mL的水中，向此水溶液中滴加2.27mL氯乙酰氯，在室溫下反應(yīng)2h。而后在70℃下減壓旋蒸至呈褐色粘稠狀，而后用過(guò)量的乙醇沉淀，再經(jīng)乙醇洗滌，冷凍干燥，得到產(chǎn)物氯乙?；瘹ぞ厶羌句@鹽(參見圖2)3.21g，待用。

2)三苯基季膦化殼聚糖季銨鹽的制備：0.41g氯乙?；瘹ぞ厶羌句@鹽(參見圖2)加到20mL DMF(N,N-二甲基甲酰胺)中，然后加入0.52g的三苯基膦，在70℃條件下反應(yīng)18h。反應(yīng)結(jié)束后，用丙酮沉淀，抽濾，洗滌，去離子水透析36h，真空冷凍干燥，即得三苯基季膦化殼聚糖季銨鹽(參見圖4)。

應(yīng)用例

抑制蘆筍莖枯和西瓜枯萎植物致病菌能力的測(cè)定：

采用菌絲生長(zhǎng)速率法分別測(cè)定所合成的季膦化殼聚糖季銨鹽、氯乙?；瘹ぞ厶羌句@鹽與低分子量殼聚糖的抑制蘆筍莖枯和西瓜枯萎植物致病菌的能力并做對(duì)比：將實(shí)施例中制備的殼聚糖衍生物和低分子量殼聚糖真空冷凍干燥至恒重后，以水作溶劑，配制成5mg/mL的樣品水溶液后，分別取0.15mL，0.3mL和1.5mL樣品溶液加入至體積為14.85mL、14.7mL和13.5mL的培養(yǎng)基中，配制成樣品濃度為0.05mg/mL、0.1mg/mL和0.5mg/mL的培養(yǎng)基。以等濃度的多菌靈為陽(yáng)性對(duì)照，以等體積的無(wú)菌水代替樣品作為空白對(duì)照。將培養(yǎng)基搖勻倒入直徑為9cm的培養(yǎng)皿中，待其完全凝固后，在每個(gè)培養(yǎng)皿中接種直徑為5mm的菌餅。在27℃下培養(yǎng)48h至72h后，十字交叉法測(cè)量菌落直徑，計(jì)算樣品的抑菌率，全部實(shí)驗(yàn)重復(fù)一次。

抑菌率(％)＝1-[(D_樣品-5)/(D_空白-5)]×100

表1，殼聚糖衍生物與殼聚糖的抑制蘆筍莖枯致病菌的能力(％)

表2，殼聚糖衍生物與殼聚糖的抑制西瓜枯萎致病菌的能力(％)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：本發(fā)明所合成的殼聚糖衍生物與殼聚糖的抑制蘆筍莖枯和西瓜枯萎病菌的能力如表1和2所示，本發(fā)明所合成的季膦化殼聚糖季銨鹽的抑菌能力明顯優(yōu)于氯乙?；瘹ぞ厶羌句@鹽和殼聚糖，尤其是三苯基季膦化殼聚糖季銨鹽在0.5mg/mL時(shí)的抑菌率可達(dá)65％以上。季膦化殼聚糖季銨鹽的抗菌活性與取代基的吸電子能力有關(guān)。對(duì)三環(huán)己基季膦化殼聚糖季銨鹽與三苯基季膦化殼聚糖季銨鹽來(lái)講，苯環(huán)具有很強(qiáng)的吸電子能力，使得磷原子的正電荷密度更高，從而抗菌活性越強(qiáng)。