N，N－二甲基十四烷基對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 生物質材料科學與技術教育部重點實驗室，黑龍江 哈爾濱150040；2.齊齊哈爾大學化學與化學工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

N，N－二甲基十四烷基對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 生物質材料科學與技術教育部重點實驗室，黑龍江 哈爾濱150040；2.齊齊哈爾大學化學與化學工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

以對乙烯基芐基氯和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－二甲基十四烷基對乙烯基芐基氯化銨。通過單因素實驗確定優(yōu)化的合成條件為：反應溫度40～60℃、對乙烯基芐基氯與14DMA摩爾比1∶1.2、反應時間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82.57%。產(chǎn)物的結構通過IR、1HNMR確證。采用抑菌圈法研究了產(chǎn)物對金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌、大腸桿菌的抑菌活性，結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，人們對耐用消費品的抗菌性有了更高的要求，抗菌材料應用前景廣闊［1］。但以何種方式將抗菌基團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鍵合的方法在材料中引入抗菌基團，材料的抗菌性與引入抗菌基團的種類和數(shù)量直接相關［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［4］。不同的官能團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的季銨鹽相繼誕生［5～7］?；诩句@鹽分子結構與毒性關系的一般規(guī)律以及取代鏈長短對季銨鹽抗菌力的影響［8］，作者設計合成了含有乙烯基（便于在聚烯烴大分子鏈上接枝）的新型季銨鹽化合物——N，N－二甲基十四烷基對乙烯基芐基氯化銨，優(yōu)化了合成條件，通過IR、1HNMR對目標產(chǎn)物的結構進行表征，并采用抑菌圈法研究了其抑菌活性。合成路線如下：

1 實驗

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；對乙烯基芐基氯（C9H9Cl），天津化學試劑一廠；石油醚（沸程30～60℃），丹東勝利化工廠；乙酸乙酯，天津凱通化學試劑有限公司；丙酮，沈陽紅日化工廠。C9H9Cl為化學純，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，上海璽恒實業(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，按計量加入0.6 mL對乙烯基卞基氯和1.5 mL 14DMA，控制在40～60℃進行反應，每隔0.5 h測定胺值［10］，當胺值不再變化時（約3 h）結束反應。用旋轉蒸發(fā)儀蒸除揮發(fā)性雜質得黃色粘稠狀液體，用石油醚萃取，再經(jīng)丙酮－乙酸乙酯（1∶3，體積比）重結晶，干燥，得到白色粉末，即目標化合物。

1.3 結構表征

采用KBr壓片法對產(chǎn)物進行IR表征；以CDCl3為溶劑對產(chǎn)物進行1HNMR表征。

1.4 抑菌活性測試

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，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時測量并記錄抑菌圈直徑與藥品直徑，計算相對抑菌直徑比（D）：D＝抑菌圈直徑／藥品直徑。

2 結果與討論

2.1 合成條件的優(yōu)化

2.1.1 反應溫度

原料對乙烯基芐基氯中含有阻聚劑對叔丁基鄰二苯酚，其阻聚效果在溫度不超過60℃時是對二苯酚的25倍，而在高溫下會因分解而失去阻聚作用。為了保護乙烯基，選擇反應溫度為40～60℃。

2.1.2 物料比（對乙烯基芐基氯與14DMA的摩爾比，下同，表1）

表1 物料比對產(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定，同時14DMA與產(chǎn)物的極性相近，也會提高純化的難度。由表1可知，物料比為1∶1.2時的產(chǎn)物收率最高，為82.57%。因此，選擇物料比為1∶1.2。

2.1.3 反應時間（表2）

表2 反應時間對產(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，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

實驗發(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)物結構表征

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的伸縮振動吸收峰，3184.35 cm－1處歸屬于苯環(huán)上氫的伸縮振動峰，2761.99 cm－1處歸屬于與N相連的—CH3的伸縮振動吸收峰，1591.13 cm－1處歸屬于乙烯基的伸縮振動峰，1605.02 cm－1處歸屬于苯環(huán)骨架上的振動峰，754.79 cm－1處歸屬于苯環(huán)的面外彎曲振動峰，其倍頻和復合頻出現(xiàn)在1832.71 cm－1處。紅外光譜與目標化合物的結構相一致。

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時對3種細菌的相對抑菌直徑比幾乎相同。表明目標化合物具有較好的抑菌活性，且見效較快。

3 結論

以對乙烯基卞基氯、N，N－二甲基十四烷基叔胺（14DMA）為原料合成新型抗菌劑N，N－二甲基十四烷基對乙烯基芐基氯化銨，確定優(yōu)化的合成條件為：反應溫度40～60℃、對乙烯基芐基氯與14DMA的摩爾比1∶1.2、反應時間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82.57%。產(chǎn)物結構經(jīng)IR、1HNMR確證。目標化合物對金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌、大腸桿菌具有較好的抑菌活性，且見效較快。

［1］ 江山，王立，俞豪杰，等.高分子抗菌材料抗菌基團引入方式的研究進展［J］.石油化工，2003，32（7）：620－624.

［2］ 邢曉東，王曉工.紫外光接枝季銨鹽抗菌聚乙烯膜的制備和表征［J］.高分子學報，2005，（1）：157－160.

［3］ 邢曉東，王曉工.聚合物表面紫外接枝技術及應用進展［J］.化工進展，2008，27（1）：50－55.

［4］ 王麗艷，徐群，邢鳳蘭，等.非對稱雙子表面活性劑的合成及結構表征［J］.化學世界，2010，51（6）：367－369.

［5］ Palermo E F，Lee D K，Ramamoorthy A，et al.The role of cationic group structure in membrane binding and disruption by amphiphilic copolymers［J］.Phys Chem B，2011，115（2）：366－375.

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［8］ 鹿桂乾.甲基丙烯酸二甲氨基乙酯系高分子抗菌劑的制備及構效關系研究［D］.廣州：中山大學，2007.

［9］ 王瑛，紀明中，嚴蓮荷.十四烷基二甲基芐基氯化銨的合成及晶體結構［J］.南京理工大學學報，2005，29（5）：590－593.

［10］ 陳耀祖.有機微量定量分析［M］.北京：科學出版社，1982：112－115.

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

黑龍江省自然科學基金資助項目（B201116），生物質材料科學與技術教育部重點實驗室（東北林業(yè)大學）開放基金資助項目（2012－01），齊齊哈爾大學創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃訓練項目（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：木塑復合材料功能化研究；通訊作者：王清文，教授，E－mail：qwwang＠nefu.edu.cn。