双季铵盐化合物的结构研究(博迅SPX-250B-G使用)

有害细菌对人和动、植物有极大危害，严重影响人们的健康，甚至危及生命。随着人们对生 活环境逐渐重视，对于有害细菌的抑制及杀灭要求不断提高。近几年来，涌现出大量新型的季铵盐类 杀菌剂，同时也出现了大量的相关市售产品，如十二烷基二甲基苄基氯化铵( 洁尔灭) 、十二烷基二甲基苄基溴化铵( 新洁尔灭) 等。长链烷基季铵盐类杀菌剂具有独特的四价氮结构，其亲水的阳离子和 疏水的长链与细菌表面结合后，通过改变细菌菌膜的电势致使细菌菌膜破裂，进而达到杀死细菌的 目的。该类消毒剂大部分为单季铵盐，如新洁尔灭是单季铵盐为主要组分的代表类市售产品。然 而，近期研究发现，细菌对于单季铵盐的耐受性增高，敏感性下降，使得单季铵盐类产品的使用受到 限制。因此，开发双季铵盐杀菌剂具有重要的研究价值。

1 实验部分

1. 1 试剂与仪器

无水甲醇、乙醚、N，N-二甲基甲酰胺( DMF) 、二甲基亚砜( DMSO) 、N-甲基二乙醇胺、1，3-二 溴丙烷、N，N-二甲基乙醇胺、醋酸氯己定( CA 苯扎氯铵( BZK) ) 均为分析纯，购自国药集团化学试剂 有限公司; DF － 101S 集热式恒温加热磁力搅拌器( 郑州长城科工贸有限公司) ; 傅立叶变换红外光谱 仪( Perkin － Elmer 公司) ; Bruker Avance 400 核磁共振仪( 德国 Bruker 公司) ; KYC 1102C 型双层空气摇 床( 上海福玛实验设备有限公司) ; 博迅SPX-250B-G 型培养箱( 上海博讯实业有限公司医疗设备厂) 、 Vario EL cube 元素分析仪( Elementar 公司) 。

1. 2 QAS －1 的合成

取 1，3-二溴丙烷( 2. 0 g，10. 0 mmol) 和 N，N-二甲基乙醇胺( 1. 78 g，20. 0 mmol) 置于装有 3 mL DMF 的 25 mL 圆底烧瓶中，薄层分析法( TLC) 跟踪检测，60 ℃ 下搅拌回流反应 5 h，无水乙醚沉淀得 到粗产物，重结晶得白色固体 QAS － 1( 3. 25 g，85% ) 。熔点: 125 ～ 128 ℃。IＲ( cm － 1 ) : 3 313( br) ， 2 967( m) ，1 480 ( m) ，1 370 ( m) ，1 080 ( s) ，1 045 ( s) ，997 ( s) ，938 ( s) ，922 ( s) ，849 ( m) 。1 H NMＲ( 400 MHz，DMSO － D6 ) δ: 5. 31( t，J = 4. 9 Hz，2H，—OH) ，3. 84( t，J = 6. 2 Hz，4H，—CH2 ) ， 3. 50( t，J = 6. 2 Hz，4H，—CH2 ) ，3. 40( t，J = 8. 3 Hz，4H，—CH2 ) ，3. 16( s，12H，—CH3 ) ，2. 27 ( m，J = 4. 6 Hz，2H，—CH2 ) 。13 C NMＲ( 100 MHz，DMSO － D6 ) δ: 65. 42，60. 87，55. 29，51. 64， 17. 32。Elemental analysis( % ) calcd for C11H28Br2N2O2 ( 378. 05) : C 34. 75，H 7. 42，N 7. 37; Found: C 34. 72，H 7. 38，N 7. 32。

1. 3 QAS －2 的合成

取 1，3-二溴丙烷( 2. 0 g，10. 0 mmol) 和 N-甲基二乙醇胺( 2. 14 g，20. 0 mmol) 置于装有 3 mL DMF 的 25 mL 圆底烧瓶中，TLC 跟踪检测，60 ℃ 下搅拌回流反应 5 h，无水乙醚沉淀得到粗产物，重结晶 得白色固体 QAS － 2 ( 3. 10 g，83% ) 。熔点: 92 ～ 95 ℃。IＲ( cm － 1 ) : 3 267 ( br) ，2 956 ( m) ，1 476 ( m) ，1 076( s) ，1 047( s) ，950( s) ，897( m) 。1 H NMＲ( 400 MHz，DMSO － D6 ) δ: 5. 30( t，J = 4. 8 Hz， 4H，—OH) ，3. 85( t，J = 6. 4 Hz，8H，—CH2 ) ，3. 55( t，J = 6. 4 Hz，8H，—CH2 ) ，3. 41( t，J = 8. 2 Hz，4H，—CH2 ) ，3. 17( s，6H，—CH3 ) ，2. 26( m，2H，—CH2 ) 。13 C NMＲ( 100 MHz，DMSO － D6 ) δ: 63. 63，58. 70，54. 70，49. 31，16. 48。Elemental analysis( % ) calcd for C13 H32 Br2N2O4 ( 438. 07 ) : C 35. 47，H 7. 33，N 6. 36; Found: C 35. 40，H 7. 37，N 6. 34。

1. 4 抗菌活性测试

供试菌株: 细菌有金黄色葡萄球菌( S. Aureus( ATCC6538) ) 、大肠杆菌( E. Coli( ATCC25922) ) 、绿 脓杆菌( P. Aeruginosa( ATCC9027) ) 、变形杆菌( Proteus vulgaris( CMCC( B) 49027) ) ; 真菌有白色念珠菌 ( Canidia Albicans( ATCC10231) 。醋酸氯己定( CA) 和苯扎氯铵( BZK) 为阳性对照品。 菌液的配制: 取复苏后的菌液于 EP 管中，1 000 r/min 下离心 5 min，弃去培养液，用磷酸盐缓冲 液配成 1. 0 × 108 、1. 0 × 106 CFU/mL 的菌液，备用。 样品及对照品溶液的配制: 分别取 CA、BZK、QAS － 1 和 QAS － 2 样品 25 mg，配制成浓度为 2 500、1 600、1 000、500、100 mg·L － 1 的待测药液。 抑菌圈的测定: 取 0. 1 mL 浓度为 1. 0 × 108 CFU/mL 的菌液涂布于培养基中，将高压灭菌后的圆形 滤纸片( 直径 6. 0 mm) 分别贴在培养基中。设置 2 500、1 000、500、100 mg·L － 1 药液组，每组滴加待 测液 7 μL，另设置空白对照组，于 37 ℃恒温培养箱培养 10 h，测定抑菌圈的直径。实验重复 3 次，结 果取平均值。 最低抑菌浓度( MIC) 的测定: 设置浓度组别为 800、400、200、100、50、25、12. 5、6. 25、3. 125 mg·L － 1 ，另设空白对照组，各组试管分别加入 0. 1 mL 浓度为 1. 0 × 106 CFU/mL 菌悬液。各组试管均 置于 37 ℃培养箱中培养 24 h，记录 MIC 值。 最低杀菌浓度( MBC) 的测定: 将药品有效抑菌浓度药液 0. 1 mL 移种至培养皿，并置于 37 ℃ 培养 箱中培养 24 h。记录菌落数，以培养皿中计数少于 5 个菌落作为最低杀菌浓度( MBC) 。

1. 5 细胞毒性测试

以 QAS － 1 为代表，采用 MTT 法测定 QAS － 1 对人正常肝细胞( LO2) 和人永生化表皮细胞 ( HaCat) 的细胞毒性。培养细胞至对数生长期，制备细胞悬液，接种于 96 孔培养板中，每孔 200 μL， 于 37 ℃二氧化碳培养箱中培养 12 h，弃培养液，加入 100 μL 制备好的 QAS － 1、BZK、CA 溶液，继 续培养 12 h，弃上清液，加入 200 μL MTT 溶液( 10% ) ，于 37 ℃ 孵育 4 h 后，弃去上清液，加入 150 μL DMSO，于 570 nm 处测定吸光度值，评价 QAS －1 的细胞毒性。

2 结果与讨论

通过一步法分别合成了 2 种具有双季铵基团的季铵盐( QAS －1 和 QAS －2) ，并通过 FTIＲ、 NMＲ 和元素分析确证了其结构 。QAS － 1 的1 H NMＲ 中，5. 31 ppm 处的三重峰对应 对称羟基上的 2 个质子，3. 84 ppm 和 3. 40 ppm 处的峰对应与 N 相连的亚甲基上的质子，3. 50 ppm 处 对应与—OH 连接的亚甲基上的质子，3. 16 ppm 处的 12 个氢对应季铵盐中 4 个甲基的质子，2. 27 ppm 处的氢对应丙烷中间亚甲基上的质子; 在 QAS － 2 的1 H NMＲ 中，相同的羟基质子氢在 5. 30 ppm 处， 中间桥联丙基的氢分别在 3. 42 ppm 和 2. 26 ppm，16 个亚甲基氢的化学位移在 3. 85 ppm 和 3. 55 ppm 处，6 个甲基氢的化学位移在 3. 17 ppm 处。13 C NMＲ 显示，51. 64 ppm 对应与羟基相连的 2 个亚 甲基碳，55. 29 ppm 则对应 4 个甲基上的碳原子，65. 42 ppm 和 60. 87 ppm 对应与氮原子直接相连的亚 甲基的 2 个碳原子，而 17. 32 ppm 对应丙基中间的碳原子; QAS － 2 的羟乙基中碳的化学位移在 63. 63、54. 70 ppm，桥联丙基碳的化学位移在 58. 70 ppm 和 16. 48 ppm，甲基碳在 49. 31 ppm 处。另 外，红外光谱数据显示，3 313 cm － 1 和 3 267 cm － 1 处的吸收峰对应官能团—OH 的吸收峰。以上结构分 析均证实了双季铵盐 QAS －1 和 QAS －2 结构的正确性。 该方法操作简便，制备得到的双季铵盐 QAS － 1 和 QAS － 2，产率均在 80% 以上。目标产物均为 白色固体，极性较大，在石油醚、乙醚、丙酮等非极性或弱极性有机溶剂中不易溶解，易溶于水、甲 醇、乙醇、DMF、DMSO。

3 结 论

本文以二溴丙烷、N，N-二甲基乙醇胺、N-甲基二乙醇胺为原料合成双季铵盐 QAS － 1 和 QAS － 2，并通过 FTIＲ、NMＲ 和元素分析对其结构进行了表征，测试了 2 种季铵盐对 S. aureus、E. coli、 P. Aeruginosa、Proteus vulgaris 和 Canidia Albicans 5 种菌株的抗菌性能，并通过 SEM 及 TEM 研究了该类 季铵盐的杀菌作用机理。结果显示，2 种双季铵盐对所选菌株均具有一定的抑菌活性，且对真菌的杀 菌效果显著优于细菌; 作用机理研究显示，该类季铵盐通过作用于细菌细胞壁，破坏细菌细胞壁的完 整性，从而达到杀灭细菌的作用。毒性实验显示 QAS － 1 对细胞的杀伤能力明显低于阳性对照组 CA 和 BZK。总体来看，该类季铵盐的合成工艺简单，水溶性和抗菌活性良好，细胞毒性小，在抗菌领域 中具有潜在的应用价值，为开发具有高效、低毒的新型抗菌药物提供了实验基础。



 

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