一种环境友好型松香基季铵盐抗菌剂的制备方法
阅读说明：本技术 一种环境友好型松香基季铵盐抗菌剂的制备方法 (Preparation method of environment-friendly rosinyl quaternary ammonium salt antibacterial agent ) 是由 唐艳军 黄梦乐 于 2021-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种环境友好型松香基季铵盐抗菌剂的制备方法,属于抗菌技术领域。本发明首先松香和环氧氯丙烷加入到三口烧瓶中,加热到60℃并使之溶解成均相后,再滴加催化剂四丁基溴化铵,得到3-松香酰氧-2-羟丙基氯黄色粘稠状液体；然后以3-松香酰氧-2-羟丙基氯和胺盐为原料,乙醇为溶剂,95℃下反应8小时,得到松香基胺盐；最后,将松香基胺盐和环氧氯丙烷加入到三口烧瓶中,在90℃下回流反应5h,得到松香基季铵盐抗菌剂。本发明一方面能充分的利用松香这一可再生资源,实现了对松香深加工产业的开发,另一方面为价格低廉、高活性、无毒、环保、易生物降解的抗菌剂的制备提供了新的路径和方法。(The invention relates to a preparation method of an environment-friendly rosin-based quaternary ammonium salt antibacterial agent, belonging to the technical field of antibiosis. Firstly, adding rosin and epoxy chloropropane into a three-neck flask, heating to 60 ℃, dissolving into a homogeneous phase, and then dropwise adding a catalyst tetrabutylammonium bromide to obtain 3-rosin acyloxy-2-hydroxypropyl chloride yellow viscous liquid; then 3-abietyloxy-2-hydroxypropyl chloride and amine salt are used as raw materials, ethanol is used as a solvent, and the reaction is carried out for 8 hours at the temperature of 95 ℃ to obtain abietylamine salt; and finally, adding the rosinyl amine salt and epoxy chloropropane into a three-neck flask, and carrying out reflux reaction for 5 hours at the temperature of 90 ℃ to obtain the rosinyl quaternary ammonium salt antibacterial agent. The invention can fully utilize the renewable resources of rosin to realize the development of rosin deep processing industry, and provides a new path and method for preparing the antibacterial agent which has low price, high activity, no toxicity, environmental protection and easy biodegradation.)
技术领域
本发明涉及抗菌技术领域，尤其涉及一种环境友好型松香基季铵盐抗菌剂的制备方法。
背景技术
微生物与人们的日常生活有十分密切的联系，微生物能给人们带来益处，也能带来危害。绝大多数微生物对人和动、植物是有益的，但仍有一部分微生物能引起人及动、植物发生病害。微生物对原料、生产环境和成品的污染是造成成品不合格的重要因素，因此需要使用抗菌剂来解决现存的问题。市场上售卖的抗菌剂种类繁多，但大部分的抗菌剂有严重的毒性，会对环境造成严重污染。研究和开发新的无毒或者低毒、高效的抗菌剂，以及探索化合物的杀菌效果具有非常重要的意义。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种对环境友好的松香基季铵盐抗菌剂的制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明的步骤如下：
（1）将5-7重量份的松香和10-12重量份环氧氯丙烷加入到三口烧瓶中，加热到60℃并使之溶解成均相后，再滴加0.15-0.2重量份催化剂四丁基溴化铵，升温至95℃下反应5h。
反应结束之后，在65℃下旋转蒸发至无馏出液为止，得到3-松香酰氧-2-羟丙基氯黄色粘稠状液体。
（2）以3-松香酰氧-2-羟丙基氯（5-7重量份）和胺盐（7.5-10.5重量份）为原料，乙醇为溶剂，95℃下反应8小时；
反应结束后，旋蒸去除乙醇和未反应胺盐，得到松香基胺盐。
（3）再将松香基胺盐（5-7重量份）和环氧氯丙烷（5-7重量份）加入到三口烧瓶中，在90℃下回流反应5h，反应结束后用石油醚洗涤及乙醚萃取，得到松香基季铵盐抗菌剂。
优选的，步骤（2）中所述胺盐为三乙胺、二乙胺或二正丁胺中的一种；
优选的，步骤（2）中所述3-松香酰氧-2-羟丙基氯和胺盐摩尔比为1：1.5；
优选的，步骤（3）中所述松香基胺盐和环氧氯丙烷摩尔比为1：1；
优选的，步骤（3）中所述抗菌剂为N-(4-松香酰氧-3-羟)丁基-N,N-二乙基氯化铵、N-(3-松香酰氧-2-羟)丙基-N,N-二乙基氯化铵或N-(4-松香酰氧-3-羟)丁基-N,N-二丁基氯化铵中的一种。
本发明的有益效果：
（1）松香基季铵盐抗菌剂的杀菌机制主要为阳离子通过静电力、氢键力以及表面活性剂分子与蛋白质分子间的疏水结合等作用，吸附带负电的细菌体，聚集在细胞壁上，改变细菌细胞壁的通透性，产生室阻效应，使细菌生长受抑而死亡。
此外，其吸附到细菌体表面后，有利于疏水基（烷基）与亲水基（胺基）分别深入菌体细胞的类脂层与蛋白层，导致酶失去活性和蛋白质变性，破坏细胞结构，引起细胞的溶解和死亡。由于上述这两种作用的联合效应，使得松香基季铵盐抗菌剂具有较强的杀菌能力。
（2）本发明选择的环氧氯丙烷等原料，价格便宜，来源丰富，反应操作步骤简单，制备得到的松香基季铵盐得率高且抗菌效果极佳。
（3）本发明制备的松香基季铵盐，一方面能充分的利用松香这一可再生资源，实现对松香深加工产业的开发。另一方面为价格低廉、高活性、无毒、环保、易生物降解的抗菌剂的制备提供了新的路径和方法。
（4）本发明制备的松香基季铵盐抗菌剂对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌均有显著的效果，在较低用量的情况下也可实现良好的抗菌效果，抗菌率可达99%以上。
附图说明
图1为本发明中不同松香基季铵盐抗菌剂与大肠杆菌（E菌）共培养24h的菌落数图；
图2为本发明中不同松香基季铵盐抗菌剂与金黄色葡萄球菌（S菌）共培养24h的菌落数图；
图3为本发明中不同松香基季铵盐抗菌剂对大肠杆菌（E菌）、金黄色葡萄球菌（S菌）的抑菌环试验结果。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面将结合实施例和对比例对本发明的实施方案作进一步详细的描述，但是本发明的实施方式并不限于此。
本发明以天然产物松香为原料合成对环境友好的松香基季铵盐，比较不同松香季铵盐抗菌剂对大肠杆菌（E菌）、金黄色球葡萄球菌（S菌）的影响，发现松香基季铵盐在抗菌方面有显著效果，为抗菌剂的设计和制备提供了新的路径和方法，以下给出具体实施例：
实施例1
（1）将5重量份的松香和10重量份的环氧氯丙烷加入到三口烧瓶中，加热到60℃并使之溶解成均相后，再滴加0.15重量份催化剂四丁基溴化铵，升温至95℃下反应5h。反应结束之后，在65℃下旋转蒸发至无馏出液为止，得到3-松香酰氧-2-羟丙基氯黄色粘稠状液体。
（2）以5重量份3-松香酰氧-2-羟丙基氯和7.5重量份三乙胺为原料，乙醇为溶剂，95℃下反应8小时，反应结束后，旋蒸去除乙醇和未反应三乙胺，得到N-(4-松香酰氧-3-羟)丁基-N,N-二乙基胺。
（3）再将5重量份N-(4-松香酰氧-3-羟)丁基-N,N-二乙基胺和5重量份环氧氯丙烷加入到三口烧瓶中，在90℃下回流反应5h，反应结束后用石油醚洗涤及乙醚萃取，得到N-(4-松香酰氧-3-羟)丁基-N,N-二乙基氯化铵抗菌剂A。
实施例2
（1）将6重量份的松香和11重量份的环氧氯丙烷加入到三口烧瓶中，加热到60℃并使之溶解成均相后，再滴加0.2重量份催化剂四丁基溴化铵，升温至95℃下反应5h。反应结束之后，在65℃下旋转蒸发至无馏出液为止，得到3-松香酰氧-2-羟丙基氯黄色粘稠状液体。
（2）以6重量份3-松香酰氧-2-羟丙基氯和9重量份二乙胺为原料，乙醇为溶剂，50℃下反应10小时，反应结束后，旋蒸去除乙醇和未反应二乙胺，得到N-(3-松香酰氧-2-羟)丙基-N,N-二乙基胺。
（3）再将6重量份N-(3-松香酰氧-2-羟)丙基-N,N-二乙基胺和6重量份环氧氯丙烷加入到三口烧瓶中，在90℃下回流反应5h，反应结束后用石油醚洗涤及乙醚萃取，得到N-(3-松香酰氧-2-羟)丙基-N,N-二乙基氯化铵抗菌剂B。
实施例3
（1）将7重量份的松香和12重量份的环氧氯丙烷加入到三口烧瓶中，加热到60℃并使之溶解成均相后，再滴加0.2重量份催化剂四丁基溴化铵，升温至95℃下反应5h。反应结束之后，在65℃下旋转蒸发至无馏出液为止，得到3-松香酰氧-2-羟丙基氯黄色粘稠状液体。
（2）以7重量份3-松香酰氧-2-羟丙基氯和10.5重量份二正丁胺为原料，乙醇为溶剂，95℃下反应8小时，反应结束后，旋蒸去除乙醇和未反应二正丁胺，得到N-(4-松香酰氧-3-羟)丁基-N,N-二丁基胺。
（3）再将7重量份N-(4-松香酰氧-3-羟)丁基-N,N-二丁基胺和7重量份环氧氯丙烷加入到三口烧瓶中，在90℃下回流反应5h，反应结束后用石油醚洗涤及乙醚萃取，得到N-(4-松香酰氧-3-羟)丁基-N,N-二丁基氯化铵抗菌剂C。
测试方法：
抑菌圈法：16.5重量份的琼脂加入到500重量份的蒸馏水中，在水浴锅中（100℃）搅拌10min，然后放入灭菌箱中3h，再在无菌条件下倒板，等待冷却。
将E菌、S菌（菌浓度约为109CFU/mL）稀释成菌浓度约为107CFU/mL的菌液，均匀震荡4h。将E菌、S菌（菌浓度约为107CFU/mL）稀释成菌浓度约为106CFU/mL的菌液，在营养琼脂培养基平板表面均匀涂抹（100µL），等待干燥，再在每个平板贴放三片干燥试样样片（每片滴加20µL样品溶液）和一片对照样片（松香原液），共四片（直径为5mm）。用无菌镊子轻压样片，使其紧贴于平板表面。盖好平皿，置37℃温箱，培养24h观察结果。
稀释涂布平板法：16.5重量份的琼脂加入到500重量份的蒸馏水中，在水浴锅中（100℃）搅拌10min，然后放入灭菌箱中3h，再在无菌条件下倒板，等待冷却。
将E菌、S菌（菌浓度约为109CFU/mL）稀释成菌浓度约为107CFU/mL的菌液，均匀震荡4h。将E菌、S菌（菌浓度约为108CFU/mL）稀释成菌浓度约为107CFU/mL的菌液（500µL菌液+500µL抗菌剂+4000µLPBS），均匀震荡4h。
用24孔板将E菌、S菌（菌浓度约为107CFU/mL）依次稀释成菌浓度约为106CFU/mL、105CFU/mL、104CFU/mL、103CFU/mL、102CFU/mL的菌液，然后将菌浓度约为104CFU/mL、103CFU/mL、102CFU/mL的菌液分别涂覆在板上（100µL），盖好平皿，置37℃温箱，培养24h观察结果。
结果如下所示：
如图1所示，与对照组相比，松香基季铵盐处理组处理过的培养皿A、B、C可以说是无菌落生长，因此松香基季铵盐抗大肠杆菌（E菌）效果显著。
如图2所示，与对照组相比，松香基季铵盐处理组处理过的培养皿A、B、C无菌落生长，因此松香基季铵盐抗金黄色葡萄球菌（S菌）效果极佳。
如图3和表1所示，松香基季铵盐A对大肠杆菌的抗菌性能最好，松香基季铵盐B、C抗菌效果差不多。松香基季铵盐C对金黄色葡萄球菌（S菌）的抗菌性能最好，松香基季铵盐B次之，再是松香基季铵盐C。总的来说，松香基季铵盐A、B、C抗菌效果都极佳。
表1 不同松香基季铵盐抑菌环直径